室内定位方法、装置及系统与流程

本发明涉及室内定位
技术领域：
，尤其涉及一种基于超声波和RFID技术的室内定位方法、装置及系统。
背景技术：
：现有技术提供的室内定位技术，主要作用在于解决室内的移动目标进行定位时，难以获取精确的位置信息的技术问题。这样的技术方案存在以下的局限性：(1)对于大型的室内区域，需要依赖较多超声波发射器进行定位才能保证足够的准确度，但是增加超声波发射器的数量无疑会增加成本；(2)室内环境较为复杂，建筑物的结构、布局以及人为限制因素的影响，单纯地利用超声波定位技术会带来一定的误差。也即现有的室内定位技术方案不能同时兼顾节省成本和提供定位精度的问题。技术实现要素：鉴于以上内容，有必要提供一种室内定位方法、装置及系统，能够同时兼顾节省成本及提高室内定位精度两个方面。一种室内定位系统，包括多个超声波发射器，多个电子标签，至少一个定位装置，其中：所述多个超声波发射器，分布于室内的各个角落，以获取所述定位装置的初始位置坐标；所述多个电子标签，按照预设排列方式分布在室内各处，以修正所述定位装置的初始位置坐标；所述定位装置，按照预设时间间隔依次触发多个超声波发射器向所述定位装置发送超声波信号；获取所述超声波信号从所述超声波发射器到所述定位装置的传输时间；基于所述超声波信号的传输时间分别计算每个超声波发射器到所述定位装置的实际距离；基于所述每个超声波发射器的位置坐标及到所述定位装置的实际距离计算所述定位装置的初始位置坐标；以所述定位装置的初始位置坐标为中心，读取预设长度为半径的扫描区域内的各电子标签的信息；计算所述定位装置到所述扫描区域内各电子标签的距离；及根据所述定位装置到所述各电子标签的距离以及所述各电子标签的信息，计算所述定位装置的实际位置坐标。在本发明的一个实施例中，所述超声波发射器为四个，分布在室内的四个角落及处于同一高度，所述多个电子标签按照相邻2m的排列方式分布在室内各处。一种定位装置，所述定位装置包括：射频信号发射器，按照预设时间间隔依次向多个超声波发射器发送不同频率的射频信号，以触发所述超声波发射器向所述定位装置发送超声波信号，所述多个超声波发射器分布在室内的各个角落；计时器，获取所述超声波信号从超声波发射器到所述定位装置的传输时间；运算器，基于所述超声波信号的传输时间分别计算每个超声波发射器到所述定位装置的实际距离；所述运算器，基于所述各个超声波发射器的位置坐标及到所述定位装置的实际距离计算所述定位装置的初始位置坐标；RFID读卡器，以所述定位装置的初始位置坐标为中心，读取以预设长度为半径的扫描区域内的各电子标签的信息，所述电子标签按照预设排列方式分布在室内各处；所述运算器，计算所述定位装置到所述扫描区域内各电子标签的距离；及所述运算器，根据所述定位装置到所述各电子标签的距离以及所述各电子标签的信息，计算所述定位装置的实际位置坐标；所述射频信号发射器、计时器、运算器、RFID读卡器通过总线进行连接及信息传输。在本发明的一个实施例中，所述时间间隔满足所述定位装置完成一次超声波信号的接收。在本发明的一个实施例中，所述计时器记录所述射频发射器发送射频信号的各个时刻。在本发明的一个实施例中，所述超声波信号的传输时间是指：所述定位装置从发送射频信号到接收超声波信号的时间差。在本发明的一个实施例中，所述RFID读卡器读取的所述电子标签的信息包括各电子标签的位置坐标及其接收信号强度RSSI值。在本发明的一个实施例中，所述运算器利用所述电子标签的RSSI值与路径损耗的关系及对数距离损耗模型计算所述定位装置到所述扫描区域内各电子标签的距离。在本发明的一个实施例中，所述超声波发射器为四个，分布在室内四个角落及处于同一高度；所述多个电子标签按照相邻2m的排列方式分布在室内各处。一种室内定位方法，应用在包括多个超声波发射器，多个电子标签，至少一个定位装置的室内定位系统中，所述方法包括：触发多个超声波发射器向定位装置发送超声波信号，多个超声波发射器分布在室内各个角落中；获取所述超声波信号从所述超声波发射器到所述定位装置的传输时间；基于所述超声波信号的传输时间分别计算每个超声波发射器到所述定位装置的实际距离；基于所述每个超声波发射器的位置坐标及到所述定位装置的实际距离计算所述定位装置的初始位置坐标；以所述定位装置的初始位置坐标为中心，读取以预设长度为半径的扫描区域内的各电子标签的信息，所述电子标签按照预设排列方式分布在室内各处；计算所述定位装置到所述扫描区域内各电子标签的距离；及根据所述定位装置到所述各电子标签的距离以及所述各电子标签的信息，计算所述定位装置的实际位置坐标。在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：所述定位装置按照预设时间间隔依次向每个超声波发射器发送不同频率的射频信号，所述时间间隔满足所述定位装置完成一次超声波信号的接收。在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：记录所述定位装置发送射频信号的各个时刻。在本发明的一个实施例中，所述超声波信号的传输时间是指：所述定位装置从发送射频信号到接收超声波信号的时间差。在本发明的一个实施例中，所述读取的扫描区域内的各电子标签的信息具体包括：所述电子标签的位置坐标及其接收信号强度RSSI值。在本发明的一个实施例中，所述计算所述定位装置到所述扫描区域内各电子标签的距离具体包括：利用所述电子标签的RSSI值与路径损耗的关系及对数距离损耗模型计算所述扫描区域内各电子标签到所述定位装置的距离。在本发明的一个实施例中，所述超声波发射器为四个，分布在室内四个角落及处于同一高度；所述多个电子标签按照相邻2m的排列方式分布在室内各处。本发明提供的室内定位方法、装置及系统，首先根据室内四个超声波发射器获取用户的初始位置坐标，其次以所述初始位置坐标为中心，读取一区域内的电子标签的信息，再基于所述RFID定位技术获取用户的实际位置坐标。通过运用两种定位技术，有效地提高了室内定位的精度，且由于采用的超声波发射器的数量较少，及电子标签的价格优势，因此也节省了成本。附图说明图1是本发明实施例一提供的室内定位系统的示意图；图2是本发明实施例提供的扫描区域的示意图；图3是本发明实施例二提供的定位装置的结构示意图；图4是本发明实施例三提供的室内定位方法的流程图。主要元件符号说明定位装置10电子标签12超声波发射器11射频信号发射器100运算器102存储器103计时器104RFID读卡器106室内定位系统1接收器101显示器105具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。实施例一如图1所示，是本发明实施例一提供的室内定位系统的示意图。所示室内定位系统1包括多个超声波发射器11，多个RFID无源电子标签12，定位装置10。所述超声波发射器11数量以能满足定位用户的坐标为参考，本发明实施例中，所述超声波发射器11为四个，分布在室内的四个角落中，以获取用户的初始位置坐标。在本发明的一个实施例中，所述四个超声波发射器11处于室内同一高度。所述多个RFID无源电子标签12(下文简称电子标签12)按照预设的排列方式分布在室内各处，目的是基于RFID定位方式修正基于所述超声波发射器11获取的用户的位置坐标，提高定位的准确性。在本发明的一个实施例中，所述多个电子标签12按照相邻2m的排列方式分布在室内各处。所述定位装置10，是用户用作室内定位的手持终端。所述定位装置10可以是任何一种可与用户进行人机交互的电子产品，例如，个人计算机、平板电脑、智能手机、个人数字助理(PersonalDigitalAssistant，PDA)、游戏机、交互式网络电视(InternetProtocolTelevision，IPTV)、智能式穿戴式设备等。所述智能终端所处的网络包括但不限于互联网、广域网、城域网、局域网、虚拟专用网络(VirtualPrivateNetwork，VPN)等。所述的定位装置10，配合上述的多个超声波发射器11、多个电子标签12可实现精确的室内定位。具体包括：所述定位装置10按照一定时间间隔发射射频信号至每个超声波发射器11，以触发所述超声波发射器11向所述定位装置10发射超声波信号；所述定位装置10接收所述超声波信号；所述定位装置10获取所述超声波信号的传输时间；基于所述超声波信号的传输时间分别计算每个超声波发射器到所述定位装置的实际距离；基于所述每个超声波发射器的位置坐标及到所述定位装置的实际距离计算所述定位装置的初始位置坐标；以所述定位装置的初始位置坐标为中心，读取以预设长度为半径的扫描区域内的各电子标签12的信息；计算所述定位装置到所述扫描区域内各电子标签12的距离；及根据所述定位装置到所述各电子标签12的距离以及所述各电子标签12的信息，计算所述定位装置10的实际位置坐标。所述定位装置10可将其实际位置坐标显示给用户查看，该实际位置坐标即为用户的位置坐标。所述定位装置10的结构请参考图3。实施例二参考图3所示，是本发明实施例二提供的定位装置的结构示意图。所述定位装置10至少包括以下元件：射频信号发射器100，运算器102，计时器104，RFID读卡器106，存储器103，及接收器101、显示器105。所述各元件通过系统总线进行连接及通信。所述射频信号发射器100按照一定的时间间隔依次向四个超声波发射器11发送不同频率的射频信号以触发所述超声波发射器11向所述定位装置10发送超声波信号。同时所述计时器104将记录所述发送射频信号的各个时刻。在本发明的一个实施例中，当所述射频信号发射器100发送射频信号时，相邻两次射频信号的发射时间间隔要足够大，以保证在所述定位装置10完成接收一次超声波信号后才向下一个超声波发射器发送射频信号。例如，当所述射频信号发射器100向第一超声波发射器11发送射频信号后，所述第一超声波发射器11在触发下向所述定位装置10发送超声波信号，在所述定位装置10接收完成所述超声波信号后，所述射频信号发射器100再向第二超声波发射器发送射频信号。所述超声波发射器11在所述射频信号的触发下向所述定位装置10发送超声波信号，在所述定位装置10的接收器101接收到所超声波信号时，所述计时器104获取所述定位装置10从发送射频信号到接收到所述超声波信号的时间差。由于射频信号的传播速度接近于光速，而超声波的速度约为341m/s，显然远远小于光速，所述射频信号的传输时间可以忽略不计，也即，所述计时器104获取的时间差可以视为所述超声波信号从所述超声波发射器11到所述定位装置10的传输时间。所述运算器102基于所述超声波信号的传输时间分别计算四个超声波发射器到所述定位装置10之间的实际距离。所述运算器102基于四个超声波发射器11到所述定位装置10之间的实际距离及每个超声波发射器11的位置坐标，计算所述定位装置10的初始位置坐标。在本发明的一个实施例中，如图1所示，在同一坐标系下，所述四个超声波发射器11的位置坐标可以分别表示为(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，(x4，y4)；可以用l1，l2，l3，l4来分别表示每个超声波发射器11到所述定位装置10的实际距离。那么，所述定位装置10的初始位置坐标满足如下方程组：(x0-x1)2+(y0-y1)2＝l12(1)(x0-x2)2+(y0-y2)2＝l22(2)(x0-x3)2+(y0-y3)2＝l32(3)(x0-x4)2+(y0-y4)2＝l42(4)通过对上述方程组的计算，可以得到所述定位装置10的初始位置坐标(x0，y0)。在获取到所述定位装置10的初始位置坐标之后，RFID读卡器106读取以所述定位装置10的初始位置坐标(x0，y0)为中心，以预设长度为半径的一个圆形区域内的电子标签的信息。所述圆形区域可以称之为扫描区域，请参考图2所示，为所述扫描区域的示意图。在图2中，所述扫描区域的中心即为上述根据超声波信号定位得到的所述定位装置的初始位置坐标(x0，y0)。所述电子标签的信息包括，所述扫描区域内的每个电子标签的位置坐标及其接收信号强度RSSI值。所述运算器102计算所述定位装置10到所述扫描区域内各电子标签12的距离。在本发明的一个实施例中，所述运算器102利用对数距离损耗模型计算所述扫描区域内各电子标签12到所述定位装置10的距离。所述对数距离损耗模型是一种用来预测信号在室内或者稠密人群环境下沿着一特定路径下随距离增加平均衰减程度的传播模型，具体公式为：PL(d)＝PL(d0)+10nlg(d/d0)+Xσ(5)其中，d为电子标签到所述定位装置10之间的距离，d0为参考距离，通常取值为1m；n为路径损耗指数，与周围环境有关，在本实施例中取值为1.5；Xσ是均值为0，标准差为σ的高斯分布随机变量，在本实施例中取值为11.8；PL(d0)表示参考距离为d0时的路径损耗，PL(d)表示经过距离d后的路径损耗。所述电子标签的接收信号强度RSSI值与路径损耗的关系为：RSSI＝Pt-PL(d)(6)其中，Pt表示RFID读卡器106的功率，为已知量。利用公式(5)和(6)即可获取每个电子标签12到所述定位装置10之间的实际距离d。所述运算器102，根据所述定位装置10到所述各电子标签12的距离以及所述各电子标签12的信息，计算所述定位装置10的实际位置坐标。在本发明的一个实施例中，所述扫描区域内电子标签数量为i，则各电子标签到所述定位装置之间的实际距离为：其中，(mi，ni)为所述扫描区域内第i个电子标签的位置坐标，di为第i个电子标签到所述定位装置之间的距离，均已经由公式(5)和(6)计算得到，通过计算上述方程组，最终可得到所述定位装置10的实际位置坐标(xp，yp)。在所述运算器102计算出所述定位装置的实际位置坐标(xp，yp)后，在所述定位装置10的显示器105上显示给用户查看。所述存储器103可以是高速RAM存储器，也可以是非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。所述存储器13中存储上述各元件运行中获取、计算及使用的数据。本发明实施例首先根据室内四个超声波发射器获取用户的初始位置坐标，其次以所述初始位置坐标为中心，读取一区域内的电子标签的信息，再基于所述RFID定位技术获取用户的实际位置坐标。通过运用两种定位技术，有效地提高了室内定位的精度，且由于采用的超声波发射器的数量较少，及电子标签的价格优势，因此也节省了成本。实施例三如图4所示，是本发明实施例三的室内定位方法的流程图，该方法应用在所述定位装置10中，以在所述室内定位系统1中定位用户的精确位置。根据不同的需求，该流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略。S10，触发多个超声波发射器向定位装置发送超声波信号。所述多个超声波发射器11分布在室内的各个角落中，以获取用户的初始位置坐标，所述超声波发射器11的数量以能满足定位用户的坐标为参考。在本发明的一个实施例中，所述超声波发射器为四个，分布在室内的四个角落中，且处于室内同一高度。所述定位装置10至少包括射频信号发射器100、RFID读卡器106，计时器104，运算器102等。所述定位装置10是用户用作室内定位的手持终端。所述射频信号发射器100按照一定时间间隔依次向四个超声波发射器11发送不同频率的射频信号以触发所述超声波发射器11向所述定位装置10发送超声波信号。在本发明的一个实施例中，当所述射频信号发射器100发送射频信号时，相邻两次射频信号的发射时间间隔要足够大，以保证在所述定位装置10完成接收一次超声波信号后才向下一个超声波发射器发送射频信号。例如，当所述射频信号发射器100向第一超声波发射器11发送射频信号后，所述第一超声波发射器11在触发下向所述定位装置10发送超声波信号，在所述定位装置10接收完成所述超声波信号后，所述射频信号发射器100再向第二超声波发射器发送射频信号。S20，获取所述超声波信号从所述超声波发射器到所述定位装置的传输时间。在所述射频信号发射器100向所述超声波发射器11发送射频信号时，所述计时器104将记录所述发送射频信号的各个时刻。所述超声波发射器11在所述射频信号的触发下向所述定位装置10发送超声波信号，在所述定位装置10接收到所超声波信号时，所述计时器104获取所述定位装置10从发送射频信号到接收到所述超声波信号的时间差。由于射频信号的传播速度接近于光速，而超声波的速度约为341m/s，显然远远小于光速，所述射频信号的传输时间可以忽略不计，也即，所述计时器104获取的时间差可以视为所述超声波信号从所述超声波发射器11到所述定位装置10的传输时间。S30，基于所述超声波信号的传输时间分别计算多个超声波发射器到所述定位装置的实际距离。四个超声波发射器到所述定位装置的实际距离可以用l1，l2，l3，l4来表示，在已知超声波信号的速度及超声波信号从所述超声波发射器到所述定位装置的传输时间的情形下，可以用公式：I＝v×t来计算得到所述四个距离。S40，基于所述每个超声波发射器的位置坐标及到所述定位装置的实际距离计算所述定位装置的初始位置坐标。在本发明的一个实施例中，如图1所示，在同一坐标系下，所述四个超声波发射器11的位置坐标可以分别表示为(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，(x4，y4)；可以用l1，l2，l3，l4来分别表示每个超声波发射器11到所述定位装置10的实际距离。那么，所述定位装置10的初始位置坐标满足如下方程组：(x0-x1)2+(y0-y1)2＝l12(1)(x0-x2)2+(y0-y2)2＝l22(2)(x0-x3)2+(y0-y3)2＝l32(3)(x0-x4)2+(y0-y4)2＝l42(4)通过对上述方程组的计算，可以得到所述定位装置10的初始位置坐标(x0，y0)。S50，以所述定位装置的初始位置坐标为中心，读取以预设长度为半径的扫描区域内电子标签的信息。所述电子标签12按照预设的排列方式分布在室内各处，目的是基于RFID定位方式修正基于所述超声波发射器11获取的用户的位置坐标，提高定位的准确性。在本发明的一个实施例中，所述多个电子标签12按照相邻2m的排列方式分布在室内各处。所述扫描区域即为一个圆形区域，请参考图2所示，为所述扫描区域的示意图。在图2中，所述扫描区域的中心即为上述根据超声波信号定位得到的所述定位装置的初始位置坐标(x0，y0)，所述扫描区域的半径，可以根据室内的实际情况进行预设，在本发明的一个实施例中，所述预设半径为2.5m。所述电子标签的信息包括，所述扫描区域内的每个电子标签的位置坐标及其接收信号强度RSSI值。在该步骤中，可以为RFID读卡器106读取扫描区域内各个电子标签的位置坐标及各个电子标签接收信号强度的RSSI值。S60，计算所述定位装置到所述扫描区域内各电子标签的距离。在本发明的一个实施例中，所述运算器102利用对数距离损耗模型计算所述扫描区域内各电子标签12到所述定位装置10的距离。所述对数距离损耗模型是一种用来预测信号在室内或者稠密人群环境下沿着一特定路径下随距离增加平均衰减程度的传播模型，具体公式为：PL(d)＝PL(d0)+10nlg(d/d0)+Xσ(5)其中，d为电子标签到所述定位装置10之间的距离，d0为参考距离，通常取值为1m；n为路径损耗指数，与周围环境有关，在本实施例中取值为1.5；Xσ是均值为0，标准差为σ的高斯分布随机变量，在本实施例中取值为11.8；PL(d0)表示参考距离为d0时的路径损耗，PL(d)表示经过距离d后的路径损耗。所述电子标签的接收信号强度RSSI值与路径损耗的关系为：RSSI＝Pt-PL(d)(6)其中，Pt表示RFID读卡器106的功率，为已知量。利用公式(5)和(6)即可获取每个电子标签12到所述定位装置10之间的实际距离d。S70，根据所述定位装置到所述各电子标签的距离以及所述各电子标签的信息，计算所述定位装置的实际位置坐标。所述运算器102，根据所述定位装置10到所述各电子标签12的距离以及所述各电子标签12的信息，计算所述定位装置10的实际位置坐标。在本发明的一个实施例中，所述扫描区域内电子标签数量为i，则各电子标签到所述定位装置之间的实际距离为：其中，(mi，ni)为所述扫描区域内第i个电子标签的位置坐标，di为第i个电子标签到所述定位装置之间的距离，均已经由公式(5)和(6)计算得到，通过计算上述方程组，最终可得到所述定位装置10的实际位置坐标(mi，ni)。在本发明的一个实施例中，在所述运算器102计算出所述定位装置的实际位置坐标(xp，yp)后，在所述定位装置10的显示器上显示给用户查看。本发明实施例首先根据室内四个超声波发射器获取用户的初始位置坐标，其次以所述初始位置坐标为中心，读取一区域内的电子标签的信息，再基于所述RFID定位技术获取用户的实际位置坐标。通过运用两种定位技术，有效地提高了室内定位的精度，且由于采用的超声波发射器的数量较少，及电子标签的价格优势，因此也节省了成本。在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附关联图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个模块或装置也可以由一个模块或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。当前第1页1 2 3