基于无线技术的自适应判断障碍物的室内定位方法和系统的制作方法_3

文档序号:9597640阅读:来源:国知局
主设备固定位置,向从设备发送信号,逐次移动从设备,而获取RSSI值随 物理距离之间的关系。示例性的选取障碍物是人和障碍物是墙或黑板等大型物体,下表是 测得的实验的数据:
[0068] 使用excel对数据进行处理得到结果如图10。可知三种障碍物模型的关系如下:
[0069] 无障碍物时:yl = -7· 0711η (X)-52. 71
[0070] 有人遮挡时:y2 = -6· 9581η (χ) -56. 48
[0071] 有墙遮挡时:y3 = -7· 0221η (χ)-64. 59
[0072] 其中,χ代表距离,单位是米,y代表RSSI值,单位是dbm。把自然对数换成10常 用对数进行处理,则有:
[0073] yl = -53-161g(x) 式 2
[0074] y2 = -53-161g(x)-4 式 3
[0075] y3 = -53-161g (χ)-12 式 4
[0076] 处理后得到如下各种障碍因子:
[0078] 根据步骤S3的是否有障碍物的预判段,若预判段该室内环境内没有障碍物,则障 碍补偿为0。
[0079] 4个ΑΡ以每秒100次的频率去读取接入该房间内目标设备TD的RSSI值,并求出 经过高斯滤波和均值滤波后的RSSI均值。并把读取后的数据按照不同的终端设备打包好 发送给RP。RP作为主控端,汇总4个ΑΡ发送过来的目标设备TD的RSSI值。任取所述目 标设备TD和3个所述锚节点之间的RSSI平均值,根据基本的RSSI与距离的关系,代入式 2可求得所述目标设备TD和上述选取的3个锚节点间的距离,将距离代入三角测量法求出 所述目标设备TD的坐标位置。例如设目标设备的坐标位置是(X,y),其中χ和y的单位为 米。所述目标设备距离所述锚节点AP1、AP2、AP3、AP4的距离分别是dl、d2、d3、d4,选其中 的锚节点AP1、锚节点AP2、锚节点AP3作为定位参考锚节点,则根据三角测量法目标设备的 坐标位置可得以下二元二次方程组。
上述X,y即为目标设备的精确的位 置坐标。
[0084] 若预判该室内环境内有障碍物,则需要加入障碍补偿。
[0085] 取4个所述参考点中的每3个参考点和所述目标设备的RSSI平均值代入式2求 出相应的距离,再将距离代入三角测量法计算可以得到4组结果。例如当使用参考点AP1、 AP2、AP3时测得的所述目标设备的坐标为(X,yl);当使用参考点AP1、AP2、AP4时测得的所 述目标设备的坐标为(X,y2),若满足y2>y 1+3,则认为在AP4和所述目标设备之间存在障碍 物。这时候通过判断采集的目标设备与锚节点AP3的数据里面均方差r是否满足r>2. 2, 如果满足即可判断障碍物是人,系统重新利用式3进行计算c值。如果r〈 = 2. 2即判断 障碍物是大面积的物体如墙,黑板等,重新利用式4进行计算c值。通过4种组合状态,系 统将可以精确的定位到目标设备的实际位置。结合步骤S3的预判段,即可大致判断障碍物 的面积与位置,为用户排除障碍或者掌握室内具体提供充分的信息。
[0086] 另外,所述锚节点AP、参考点RP和目标设备TD之间的无线通信方式为WIFI或/ 且当所述目标设备的数量大于1时,实施方式与上述方式相同。此外,通过增加锚节点AP和 参考点RP至少一者的数量可以提高定位和判断障碍物的精度。此外,也可以取消服务器, 在所述参考点PR上建立所述离线位置数据库和计算所述目标设备的坐标位置。
[0087] 参考图5本发明基于无线技术的自适应判断障碍物的室内定位方法的第二实施 例的【具体实施方式】,当室内环境为非矩形平面房间,我们分两步对该类型房间进行定位,分 别为目标设备TD的区域定位和该区域的坐标定位。在步骤S1中,将房间分割为近似矩形 的一个主体矩形区域A1和附属区域A2和A3,锚节点API至AP10分别设置在所述三个区域 的顶点,且所述各锚节点AP之间的连线围成的区域覆盖所述主体矩形区域A1与附属区域 A2和A3,所述附属区域A2内设置参考点RP1,以该附属区域A2和主体矩形区域A1的公共 边为对称轴,在所述主体矩形区域A1内设置的和所述附属区域A2内参考点RP1轴对称的 位置设置对应的参考点RP2 ;所述附属区域A3内设置参考点RP3,以该附属区域A3和主体 矩形区域A1的公共边为对称轴,在所述主体矩形区域A1内设置的和所述附属区域A3内参 考点RP3轴对称的位置设置对应的参考点RP4。所述锚节点AP1、AP2、AP5、AP6和所述参考 点RP1为一组;所述锚节点AP3、AP4、AP8、AP7和所述参考点RP3为一组;所述锚节点AP2、 AP3、AP7、AP10、AP9、AP6和所述参考点RP2、RP4为一组。此外,在所述主体矩形区域A1和 附属区域A2的公共边的中点上设置辅助参考点SRP1 ;在所述主体矩形区域A1和附属区域 A3的公共边的中点上设置辅助参考点SRP2 ;
[0088] 在步骤S3中,分别测量所述目标设备TD距各参考点RP1、RP2、RP3和RP4的RSSI 值平均值,所述目标设备TD选取测得RSSI值最小的,即最近的所述参考点所在分组的锚节 点AP作为参考锚节点,选定参考点RP所在的区域即为所述目标设备TD所在的区域。测量 所述目标设备TD与该组所述参考点AP的RSSI值。在经过高斯滤波和均值滤波处理后,经 由最近的参考点RP转发给所述服务器SER。
[0089] 此外,由于两个区域的交界处会出现定位精度下降的情况,步骤3中,所述目标设 备TD在定位时还测量其与所述辅助参考点SPRUSPR2之间的距离,当该距离小于一个预设 值,示例性的,预设值为50厘米,则所述目标设备TD会自动发出盲区警报。所述锚节点AP ; 参考点RP ;目标设备TD ;服务器SER以及辅助参考点SRP通过蓝牙无线通信。所述辅助参 考点SRP也可通过红外传输方式与目标设备TD测距和通信。所述预设值根据所述辅助参 考点SRP的通信方式和定位精度的要求决定取值。
[0090] 本发明第二实施例的其余实施方式与第一实施例相同,在此省略。
[0091] 图6-7为本发明第三实施例的实施原理图。
[0092] 本发明第二实施例的【具体实施方式】,室内环境为多个房间。当室内环境为复数个 房间时,我们分两步对该类型房间进行定位,分别为目标设备TD的房间定位和该房间内的 坐标定位。在步骤S1中,每个房间内所述锚节点AP设置在房间的四个角,且所述各锚节点 AP之间的连线围成的区域覆盖所述房间,所述参考点RP位于各锚节点连线围成的区域中, 所述房间区域内的所述锚节点AP和所述参考点RP为一组。此外,测量各房间与其相邻房 间垂直于共有墙面的边长,若其中一方边长为另一方边长的两倍及以上,则以上述共有墙 面为对称轴,在上述边长较长的房间内增设上述边长较短的房间内的参考点RP轴对称的 对应参考点RP,从而避免所述目标设备TD参考错误的所述锚节点组:如图7所示,由于左 数第二个房间的横向宽度小于第一个房间和第三个房间宽度的一半,且第四个房间的宽度 小于第三个房间宽度的一半,因此在第二个房间中央设置参考点RP2,以两个临近房间的公 共墙未对称轴,在第一个房间内和参考点RP2轴对称的位置设置参考点RP1,在第三个房间 内和参考点RP2轴对称的位置设置参考点RP3,在第四个房间中央设参考点RP5,在第三个 房间内和参考点RP5轴对称的位置设置参考点RP4 ;若没有任意一边长大于等于另一边长 的两倍,则每个房间中央设置一个所述参考点:如图6所示参考点RP1、RP2、RP3、RP4分别 放置在各房间的中央位置。此外,锚节点AP的设置方法同第一实施例。
[0093] 在步骤3中分别测量所述目标设备TD距各参考点AP的RSSI值,所述目标设备TD 选取测得RSSI值最小的,即最近的所述参考点RP所在分组的锚节点AP作为参考锚节点, 选定参考点RP所在的房间即为所述目标设备TD所在的房间。测量所述目标设备TD与该 组所述参考点RP的RSSI值,在经过高斯滤波处理后,经由最近的参考点RP转发给所述服 务器SER。
[0094] 本发明第三实施例的其余实施方式与第一实施例相同,在此省略。
[0095] 参考图8,基于上述方法,本发明还提供了基于无线技术的自适应判断障碍物的室 内定位系统,包括:锚节点AP ;参考点RP ;目标设备TD以及服务器SER,其中,复数个所述锚 节点AP和所述参考点RP分为一组,每个分组包括的所述锚节点AP的数量大于等于4,所述 参考点RP的数量大于等于1。此外,还包括用于发出边界盲区警告的辅助参考点SRP。所 述锚节点AP ;参考点RP ;目标设备TD ;服务器SER以及辅助参考点SRP上都设有WIFI无线 通信模块。
[0096] 具体实施过程与上述方法的第一实施例的实施过程相同,在此省略。
[0097] 根据本发明的第四实施例,为基于无线技术的自适应判断障碍
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