一种室内外场景切换定位装置及方法

1.本发明涉及室内外定位的技术领域，尤其涉及一种室内外场景切换定位装置及方法。


背景技术：

2.近年来，随着无线定位技术的逐渐成熟，基于位置的服务产业发展迅速，例如智能城市建设、物联网、工业监管等领域都需要定位服务。实时动态载波相位差分(rtk)定位技术广泛应用于测绘行业中的各个领域，在室外使用方便，能覆盖工业园区室外范围，满足室外环境实时高精度定位的需要，但是由于建筑对卫星信号有遮挡，rtk在室内环境无法得到固定解，定位精度低。而在室内定位领域，超宽带(uwb)室内定位技术以精度高、抗干扰强得到广泛应用。
3.uwb定位模块和rtk定位模块在其信号覆盖区域能达到厘米级精度，但当组合定位模块由室内区域移动到室外区域时，rtk定位模块需要一定的时间搜星才能得到高精度的固定解，uwb模块由于远离基站而失去精度，这段时间内组合定位模块的误差较大，已无法满足高精度实时定位的需要。
4.现有技术中，通过辅助传感器、蓝牙、wifi等方法应用于室内外无缝定位，但这些方法的精度均无法持续稳定达到厘米级，不适用于如车辆避障、可移动工业设备预警避障等需要实时高精度定位信息的情况。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种室内外场景切换定位装置及方法。通过uwb基站和rtk基站室内外组合，使组合定位终端在从室内场景移动到室外移动时，仍能持续稳定维持高精度定位，实现厘米级精度的室内外无缝定位。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
7.一种室内外场景切换定位装置，包括uwb基站、rtk基站和组合定位终端；
8.以目标建筑物的出入口为圆心，以预设距离作为半径所划定维持缓冲区，所述uwb基站设置在所述维持缓冲区内；
9.所述uwb基站，用于向所述组合定位终端发送定位信号；
10.所述uwb基站信号的覆盖范围与所述维持缓冲区未交叉的区域划定为维持缓存边界区；所述rtk基站设置在所述维持缓存边界区内；
11.所述rtk基站，用于向所述组合定位终端发送差分信号；
12.所述组合定位终端与所述uwb基站和所述rtk基站通讯连接；
13.所述组合定位终端，用于根据所述定位信号和所述差分信号得到自身的定位坐标。
14.本发明的有益效果是：通过室内外设置uwb基站的方式构建维持缓冲区及维持缓存边界区，使组合定位终端在室内外场景切换时仍能持续稳定维持高精度定位，实现厘米
级精度的室内外无缝定位；rtk基站可通过对卫星进行同步观测，进行误差建模组合，在一定程度上降低网络系统误差，进一步提高定位精度。
15.进一步，所述预设距离为所述组合定位终端离开所述目标建筑物所需要的最长固定时间与最高平均速度的乘积。
16.采用上述进一步方案的有益效果是：通过此距离划分的维持缓冲区能够保证覆盖组合定位终端得到高精度固定解。
17.进一步，所述uwb基站包括uwb室内基站、uwb过渡基站和uwb室外基站；
18.所述uwb基站设置在所述维持缓冲区内，具体包括：
19.在所述维持缓冲区内，所述uwb室内基站设有多个，多个所述uwb室内基站设置在所述目标建筑物的室内；所述uwb过渡基站设有多个，多个所述uwb过渡基站设置在所述目标建筑物的出入口处；所述uwb室外基站设有多个，多个所述uwb室外基站间隔设置在所述目标建筑物外；
20.所述uwb基站，用于向所述组合定位终端发送定位信号，具体包括：
21.所述uwb室内基站、所述uwb过渡基站和所述uwb室外基站均用于向所述组合定位终端发送定位信号。
22.进一步，所述uwb室内基站、所述uwb过渡基站和所述uwb室外基站均用于所述组合定位终端发送定位信号，具体包括：
23.所述uwb室内基站，用于当所述组合定位终端在所述目标建筑物室内移动时，向所述组合定位终端发送室内定位信号；
24.所述uwb过渡基站，用于当所述组合定位终端从所述目标建筑物室内经过出入口移动到室外时，向所述组合定位终端发送过渡定位信号；
25.所述uwb室外基站，用于当所述组合定位终端在所述目标建筑物室外移动时，向所述组合定位终端发送室外定位信号。
26.采用上述进一步方案的有益效果是：通过多个uwb基站为组合定位终端提供定位信号，使组合定位终端在室内外场景切换时仍能持续稳定维持高精度定位，实现厘米级精度的室内外无缝定位。
27.进一步，所述组合定位终端包括uwb定位模块、rtk定位模块和单片机模块；
28.所述uwb定位模块，用于当所述组合定位终端在所述维持缓冲区内的所述目标建筑物室内外移动时，接收多个所述uwb基站发送的定位信号，当从所述维持缓存边界区移动到所述维持缓冲区时，在经过缓存后关闭rtk定位模块的同时，接收多个所述uwb基站发送的定位信号，根据所述定位信号得到所述uwb定位模块的定位坐标，并将所uwb定位模块的定位坐标的发送给单片机模块；
29.所述rtk定位模块，用于当从所述维持缓冲区移动到所述维持缓存交界区时，接收两个所述rtk基站发送的差分信号，根据所述差分信号得到所述rtk定位模块的定位坐标，并将所述rtk定位模块的定位坐标发送给单片机模块；
30.所述单片机模块，用于将接收的所述uwb定位模块或所述rtk定位模块发送的定位坐标作为所述组合终端的定位坐标。
31.采用上述进一步方案的有益效果是：rtk定位模块与uwb定位模块在边界处交替开启，使rtk定位模块在未得到固定解前，uwb定位模块能持续提供厘米级的定位精度，同时也
保证了rtk定位模块有充分的时间获取固定解并自动切换，达到降低功耗，持续提供厘米级精度无缝定位的目的。
32.本发明还提供一种室内外场景切换定位方法，其步骤包括：以目标建筑物的出入口为圆心，以预设距离作为半径所划定维持缓冲区，在所述维持缓冲区设置多个uwb基站；
33.所述uwb基站向所述组合定位终端发送定位信号；
34.多个所述uwb基站信号的覆盖范围与所述维持缓冲区未交叉的区域划定为维持缓存边界区；在所述维持缓存边界区内设置两个rtk基站；
35.所述rtk基站向所述组合定位终端发送差分信号；
36.所述组合定位终端根据所述定位信号和所述差分信号得到自身的定位坐标。
37.进一步，所述预设距离为所述组合定位终端离开所述目标建筑物所需要的最长固定时间与最高平均速度的乘积。
38.进一步，所述uwb基站包括uwb室内基站、uwb过渡基站和uwb室外基站；
39.在所述维持缓冲区设置多个uwb基站，具体包括：
40.在所述维持缓冲区内，所述uwb室内基站设有多个，多个所述uwb室内基站所述目标建筑物的室内设置；所述uwb过渡基站设有多个，多个所述uwb过渡基站设置在所述目标建筑物的出入口处；所述uwb室外基站设有多个，多个所述uwb室外基站间隔设置在所述目标建筑物外；
41.所述uwb基站向所述组合定位终端发送定位信号，具体包括：
42.所述uwb室内基站、所述uwb过渡基站和所述uwb室外基站向所述组合定位终端发送定位信号。
43.进一步，所述uwb室内基站、所述uwb过渡基站和所述uwb室外基站向所述组合定位终端发送定位信号，具体包括：
44.当所述组合定位终端在所述目标建筑物室内移动时，所述uwb室内基站向所述组合定位终端发送过渡定位信号；
45.当所述组合定位终端从所述目标建筑物室内经过出入口移动到室外时，所述uwb过渡基站向所述组合定位终端发送过渡定位信号；
46.当所述组合定位终端在所述目标建筑物室外移动时，所述uwb室外基站向所述组合定位终端发送室外定位信号。
47.进一步，所述组合定位终端包括uwb定位模块、rtk定位模块和单片机模块；
48.所述组合定位终端根据所述定位信号和所述差分信号得到自身的定位坐标，具体包括：
49.当所述组合定位终端在所述维持缓冲区内的所述目标建筑物的室内外移动时，uwb定位模块接收多个所述uwb基站发送的定位信号，当从所述维持缓存边界区移动到所述维持缓冲区时，在经过缓存后关闭rtk定位模块的同时，接收多个所述uwb基站发送的定位信号，uwb定位模块接收多个所述uwb基站发送的定位信号，根据所述定位信号得到uwb定位模块的定位坐标，并将所述uwb定位模块的定位坐标的发送给单片机模块；
50.当从所述维持缓冲区移动到所述维持缓存交界区时，rtk定位模块接收两个所述rtk基站发送的差分信号，根据所述差分信号得到所述rtk定位模块的定位坐标，并将所述rtk定位模块的定位坐标的发送给单片机模块；
51.所述单片机模块将接收的所述uwb定位模块或所述rtk定位模块发送的定位坐标作为所述组合终端的定位坐标。
附图说明
52.图1为本发明一实施例提供的一种室内外场景切换定位装置的结构示意图；
53.图2为明一实施例提供的一种室内外场景切换定位装置的维持缓冲区及维持缓存边界区的示意图；
54.图3为本发明一实施例提供的一种室内外场景切换定位装置中uwb基站与rtk基站分布示意图；
55.图4为本发明一实施例提供的一种室内外场景切换定位方法的流程示意图。
具体实施方式
56.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
57.一种室内外场景切换定位装置，如图1所示，包括uwb基站、rtk基站和组合定位终端；
58.以目标建筑物的出入口为圆心，以预设距离作为半径所划定维持缓冲区，所述uwb基站设置在所述维持缓冲区内；
59.所述uwb基站，用于向所述组合定位终端发送定位信号；
60.所述uwb基站信号的覆盖范围与所述维持缓冲区未交叉的区域划定为维持缓存边界区；所述rtk基站设置在所述维持缓存边界区内；
61.所述rtk基站，用于向所述组合定位终端发送差分信号；
62.所述组合定位终端与所述uwb基站和所述rtk基站通讯连接；
63.所述组合定位终端，用于根据所述定位信号和所述差分信号得到自身的定位坐标。
64.其中，uwb基站发射高频脉冲信号，使组合定位终端得到定位坐标；rtk基站接收卫星信号，为组合定位终端提供差分数据。
65.如图2所示，uwb基站信号的覆盖范围包括维持缓冲区和维持缓存边界区。
66.其中，组合定位终端同时接收两个rtk基站的信号，分别得到两组数据成果，若仅有其中一组在平面
±
3cm、高程
±
8cm限差范围内，则采用符合限差的一组数据成果，若两组数据均符合限差，则将获得的两组数据成果进行平均取值，得到最后的定位坐标。
67.本实施例中：通过室内外设置uwb基站的方式构建维持缓冲区及维持缓存边界区，使组合定位终端在室内外场景切换时仍能持续稳定维持高精度定位，实现厘米级精度的室内外无缝定位；两个rtk基站可通过对卫星进行同步观测，进行误差建模组合，在一定程度上降低网络系统误差，进一步提高定位精度。
68.优选的，作为本发明的一个实施例，所述预设距离为所述组合定位终端离开建筑物所需要的最长固定时间与最高平均速度的乘积。
69.具体的，组合定位终端出入建筑物的一段时间内存在最高平均速度v，gnss
‑
rtk存在最长固定时间t，则rtk定位模块在出厂房v*t即为最大半径，由此保证rtk定位模块在此
区域内得到高精度固定解。
70.本实施例中：通过此距离划分的维持缓冲区能够保证覆盖组合定位终端得到高精度固定解。
71.优选的，作为本发明的一个实施例，如图3所示，所述uwb基站包括uwb室内基站、uwb过渡基站和uwb室外基站；
72.所述uwb基站设置在所述维持缓冲区内，具体包括：
73.在所述维持缓冲区内，所述uwb室内基站设有多个，多个所述uwb室内基站设置在所述目标建筑物的室内；所述uwb过渡基站设有多个，多个所述uwb过渡基站设置在所述目标建筑物的出入口处；所述uwb室外基站设有多个，多个所述uwb室外基站间隔设置在所述目标建筑物外；
74.所述uwb基站，用于向所述组合定位终端发送定位信号，具体包括：
75.所述uwb室内基站、所述uwb过渡基站和所述uwb室外基站均用于向所述组合定位终端发送定位信号。
76.其中，在目标建筑物室内的墙壁或墙角设置最少3个uwb室内基站保证与组合定位终端信号连通；在目标建筑物的出入口处设置2个uwb过渡基站；在目标建筑物室外开阔处均匀设置最少3个uwb室外基站，各uwb室外基站相距在70米内。
77.优选的，作为本发明的一个实施例，所述uwb室内基站、所述uwb过渡基站和所述uwb室外基站向所述组合定位终端发送定位信号，具体包括：
78.当所述组合定位终端在所述目标建筑物室内移动时，所述uwb室内基站向所述组合定位终端发送过渡定位信号；
79.当所述组合定位终端从所述目标建筑物室内经过出入口移动到室外时，所述uwb过渡基站向所述组合定位终端发送过渡定位信号；
80.当所述组合定位终端在所述目标建筑物室外移动时，所述uwb室外基站向所述组合定位终端发送室外定位信号。
81.本实施例中：通过多个uwb基站为组合定位终端提供定位信号，使组合定位终端在室内外场景切换时仍能持续稳定维持高精度定位，实现厘米级精度的室内外无缝定位。
82.优选的，作为本发明的一个实施例，所述组合定位终端包括uwb定位模块、rtk定位模块和单片机模块；
83.所述uwb定位模块，用于当所述组合定位终端在所述维持缓冲区内的所述目标建筑物室内外移动时，接收多个所述uwb基站发送的定位信号，当从所述维持缓存边界区移动到所述维持缓冲区时，在经过缓存后关闭rtk定位模块的同时，接收多个所述uwb基站发送的定位信号，根据所述定位信号得到所述uwb定位模块的定位坐标，并将所uwb定位模块的定位坐标的发送给单片机模块；
84.所述rtk定位模块，用于当从所述维持缓冲区移动到所述维持缓存交界区时，接收两个所述rtk基站发送的差分信号，根据所述差分信号得到所述rtk定位模块的定位坐标，并将所述rtk定位模块的定位坐标发送给单片机模块；
85.所述单片机模块，用于将接收的所述uwb定位模块或所述rtk定位模块发送的定位坐标作为所述组合终端的定位坐标。
86.具体的，当组合定位终端位于目标建筑物室内时，rtk定位模块失效；当组合定位
终端刚离开室内时，组合定位终端需要一定的时间搜索卫星才能得到高精度固定解，由uwb模块在基站覆盖范围内提供高精度位置信息。
87.具体的，当组合定位终端所述精度维持缓存边界区到达所述精度维持缓冲区时，uwb定位模块需要10秒缓存时间，这段时间还需要rtk定位模块为单片机模块提供定位坐标，10秒后再关闭所述rtk定位模块，由uwb定位模块提供定位坐标。
88.本实施例中：rtk定位模块与uwb定位模块在边界处交替开启，使rtk定位模块在未得到固定解前，uwb定位模块能持续提供厘米级的定位精度，同时也保证了rtk定位模块有充分的时间获取固定解并自动切换，达到降低功耗，持续提供厘米级精度无缝定位的目的。
89.本实施例提供一种室内外场景切换定位方法，如图4所示，其步骤包括：以目标建筑物的出入口为圆心，以预设距离作为半径所划定维持缓冲区，在所述维持缓冲区设置多个uwb基站；
90.所述uwb基站向所述组合定位终端发送定位信号；
91.多个所述uwb基站信号的覆盖范围与所述维持缓冲区未交叉的区域划定为维持缓存边界区；在所述维持缓存边界区内设置两个rtk基站；
92.所述rtk基站向所述组合定位终端发送差分信号；
93.所述组合定位终端根据所述定位信号和所述差分信号得到自身的定位坐标。
94.优选的，作为本发明的一个实施例，所述预设距离为所述组合定位终端离开目标建筑物所需要的最长固定时间与最高平均速度的乘积。
95.优选的，作为本发明的一个实施例，所述uwb基站包括uwb室内基站、uwb过渡基站和uwb室外基站；
96.在所述维持缓冲区设置多个uwb基站，具体包括：
97.在所述维持缓冲区内，所述uwb室内基站设有多个，多个所述uwb室内基站所述目标建筑物的室内设置；所述uwb过渡基站设有多个，多个所述uwb过渡基站设置在所述目标建筑物的出入口处；所述uwb室外基站设有多个，多个所述uwb室外基站间隔设置在所述目标建筑物外；
98.所述uwb基站向所述组合定位终端发送定位信号，具体包括：
99.所述uwb室内基站、所述uwb过渡基站和所述uwb室外基站向所述组合定位终端发送定位信号。
100.优选的，作为本发明的一个实施例，所述uwb室内基站、所述uwb过渡基站和所述uwb室外基站向所述组合定位终端发送定位信号，具体包括：
101.当所述组合定位终端在所述目标建筑物室内移动时，所述uwb室内基站向所述组合定位终端发送过渡定位信号；
102.当所述组合定位终端从所述目标建筑物室内经过出入口移动到室外时，所述uwb过渡基站向所述组合定位终端发送过渡定位信号；
103.当所述组合定位终端在所述目标建筑物室外移动时，所述uwb室外基站向所述组合定位终端发送室外定位信号。
104.所述组合定位终端包括uwb定位模块、rtk定位模块和单片机模块；
105.所述组合定位终端根据所述定位信号和所述差分信号得到自身的定位坐标，具体包括：
106.当所述组合定位终端在所述维持缓冲区内的所述目标建筑物的室内外移动时，uwb定位模块接收多个所述uwb基站发送的定位信号，当从所述维持缓存边界区移动到所述维持缓冲区时，在经过缓存后关闭rtk定位模块的同时，接收多个所述uwb基站发送的定位信号，uwb定位模块接收多个所述uwb基站发送的定位信号，根据所述定位信号得到uwb定位模块的定位坐标，并将所述uwb定位模块的定位坐标的发送给单片机模块；
107.当从所述维持缓冲区移动到所述维持缓存交界区时，rtk定位模块接收两个所述rtk基站发送的差分信号，根据所述差分信号得到所述rtk定位模块的定位坐标，并将所述rtk定位模块的定位坐标的发送给单片机模块；
108.所述单片机模块将接收的所述uwb定位模块或所述rtk定位模块发送的定位坐标作为所述组合终端的定位坐标。
109.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
110.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
111.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，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，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。