無線跟蹤定位方法
【專利摘要】無線跟蹤定位方法涉及室內(nèi)無線跟蹤定位技術(shù)，針對現(xiàn)有室內(nèi)定位技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種高可靠低成本的無線跟蹤定位方法，依靠簡單的無線網(wǎng)絡(luò)、無線跟蹤定位器和跟蹤定位軟件，融合地磁傳感技術(shù)、運動傳感技術(shù)和無線定位技術(shù)于一體，實現(xiàn)對室內(nèi)人員或物品的實時準確定位。
【專利說明】無線跟蹤定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及定位技術(shù)，尤其涉及室內(nèi)無線跟蹤定位技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]室內(nèi)跟蹤定位技術(shù)有極廣的應(yīng)用領(lǐng)域，在金融、監(jiān)獄、礦山、醫(yī)院、物流等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。目前的室內(nèi)定位技術(shù)主要有UWB技術(shù)、CSS技術(shù)、射頻識別技術(shù)、W1-Fi技術(shù)和ZigBee技術(shù)等。UWB技術(shù)即超寬帶技術(shù)，具有良好的抗干擾性及抗多徑能力強，定位精度高，可達0.1米的精確度，但UWB技術(shù)實現(xiàn)電路復(fù)雜，成本較高。CSS技術(shù)為線性調(diào)頻擴頻技術(shù)，其定位精度在I米以內(nèi)，成本較UWB技術(shù)低。射頻識別技術(shù)進行定位，實現(xiàn)成本較低，但其通信距離較短，一般幾十米以內(nèi)。W1-Fi技術(shù)進行定位，設(shè)備易安裝，成本低，但其信號容易受到干擾，覆蓋半徑僅在90米以內(nèi)，定位精度也較差，在20米左右。ZigBee技術(shù)是一種新興的短距離、低速度無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它以網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳感器之間相互協(xié)調(diào)通信以實現(xiàn)定位，其功耗較低，單個傳感器成本低，但其定位依靠網(wǎng)絡(luò)定位，需大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，總體成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有室內(nèi)定位技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種高可靠低成本的無線跟蹤定位方法。該方法融合地磁傳感技術(shù)、運動傳感技術(shù)和無線定位技術(shù)于一體，可實現(xiàn)對室內(nèi)人員或物品的實時準確定位。
[0004]本發(fā)明依靠簡單的無線網(wǎng)絡(luò)、無線跟蹤定位器和跟蹤定位軟件實現(xiàn)。無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋被跟蹤人員或物品的活動范圍，由探測器和匯集終端組成。無線跟蹤定位器的主體電路由集成無線收發(fā)模塊的主控制器、三軸電子羅盤組成。跟蹤定位軟件是一可視化的人機交互軟件，其完成被跟蹤人員或物品的位置計算，并顯示在跟蹤區(qū)域的地圖上。
[0005]無線網(wǎng)絡(luò)是由探測器以自組網(wǎng)形式組成的網(wǎng)狀網(wǎng)，整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)由匯集終端匯總，并上傳給上位機的跟蹤定位軟件系統(tǒng)。探測器實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)與無線跟蹤定位器的通信，并將探測到的無線跟蹤定位器的場強信號上傳。最后，上位機的跟蹤定位軟件根據(jù)無線跟蹤定位器的場強信息和路徑信息，計算出被跟蹤人員或物品的位置區(qū)域。
[0006]無線跟蹤定位器中三軸磁阻傳感器和三軸加速度傳感器組成三軸電子羅盤，可實時檢測被跟蹤人員或物品的運動方向和速度，此兩者組成被跟蹤人員或物品的路徑信息，無線跟蹤定位器將其路徑信息上傳給探測器。
[0007]跟蹤定位軟件數(shù)據(jù)庫中存儲有被跟蹤人員或物品活動范圍的地理信息，根據(jù)收集到的無線跟蹤定位器的路徑信息計算出被跟蹤人員或物品的位置區(qū)域A，然后根據(jù)探測器上傳的無線跟蹤定位器的場強信息計算被跟蹤人員或物品的位置區(qū)域B。A區(qū)域是根據(jù)無線跟蹤定位器的運行軌跡計算得出，在無誤差累計的情況下，其定位精度較高，可達I米。但根據(jù)運行軌跡計算位置信息的方法存在誤差累計的問題，當運行航向誤差多次累計后，定位誤差將會逐步加大。B區(qū)域是根據(jù)相鄰探測器收到的無線跟蹤定位器的場強信息計算得到的位置信息，其定位精度跟探測器鋪設(shè)密度有關(guān)，在探測器稀疏鋪設(shè)的情況下(如果探測器相距50米)，定位精度在10-15米。根據(jù)場強信息計算得到的定位精度雖然較差，但其不存在誤差累計的問題，可用該定位信息對無線跟蹤定位器的運行軌跡誤差進行糾正。在跟蹤定位軟件的地理信息中，設(shè)置原點坐標和一些關(guān)鍵位置點坐標，這些坐標在地理信息中是已知參數(shù)，從無線跟蹤定位器的運行軌跡可得出其是否經(jīng)過這些關(guān)鍵位置點，當經(jīng)過這些關(guān)鍵位置點時，對無線跟蹤定位器進行坐標校準，消除定位誤差。
[0008]本發(fā)明的定位方法，采用關(guān)鍵位置點將被跟蹤人員或物品的活動區(qū)域分割成若干個小范圍活動區(qū)域。在小范圍活動區(qū)域中，根據(jù)無線跟蹤定位器的路徑信息計算得到的位置區(qū)域的誤差將會被控制在較小的范圍，再以無線定位方式對該誤差進行適當糾正，可得到較好的定位效果。
[0009]上位機跟蹤定位軟件對無線跟蹤定位器的位置計算流程如下:
步驟一、無線跟蹤定位器原點坐標校準。
[0010]步驟二、判斷無線跟蹤定位器是否經(jīng)過關(guān)鍵位置點坐標，是進入步驟三；否則進入步驟四。
[0011]步驟三、對無線跟蹤定位器進行關(guān)鍵位置點的坐標校準后到步驟四。
[0012]步驟四、根據(jù)無線跟蹤定位器的路徑信息計算其位置區(qū)域Α。
[0013]跟蹤定位軟件根據(jù)無線跟蹤定位器的路徑信息(運行方向和速度)實時計算其相對于原點坐標位置Α。位置A的定位誤差來自于兩個方面，一是原點坐標校準誤差，在校準時出現(xiàn)實際原點坐標和軟件原點坐標的偏差，將會被積累到對位置A的定位誤差；二是三軸磁阻傳感器的精度誤差會造成運行航向誤差，在計算無線跟蹤定位器的運動軌跡時，該誤差會逐步累計 ，運行時間越久，該誤差越大。
[0014]步驟五、根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)中探測器上報的無線跟蹤定位器的場強信息計算其位置區(qū)域B。
[0015]相鄰的探測器同時收到無線跟蹤定位器的信號，不同的探測器有各自收到的信號場強值，該場強信息和無線跟蹤定位器的運行信息一起上傳至上位機的跟蹤定位軟件，跟蹤定位軟件根據(jù)相鄰探測器收到的無線跟蹤定位器的場強信息，按照無線信號的室內(nèi)通用傳播模型計算無線跟蹤定位器的位置區(qū)域B。位置B的定位誤差來自于不同探測器接收鏈路的差異和通用室內(nèi)傳播模型和實際情況之間的差異。
[0016]步驟六、判斷位置區(qū)域A是否在位置區(qū)域B之內(nèi)，若在，進入到步驟八；不在則進入到步驟七。
[0017]步驟七、調(diào)整A區(qū)域的位置，以最短路徑調(diào)整到B區(qū)域內(nèi)。
[0018]步驟八、在人機界面中顯示無線跟蹤定位器的位置Α。
[0019]步驟九、判斷跟蹤定位任務(wù)是否完成，完成，進入步驟十；沒有完成，則回到步驟
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[0020]步驟十、跟蹤任務(wù)完成，在人機界面中給出提示。
[0021]本發(fā)明的定位方法可達到的定位精度跟原點坐標或關(guān)鍵位置點坐標校準精度、探測器的密度和關(guān)鍵位置點的距離有關(guān)。以原點坐標校準誤差為I米，探測器相距50米，關(guān)鍵位置點相距200米為例，該方法的實際測試定位精度可達2米，小于UWB技術(shù)定位精度，高于或等同于其他室內(nèi)定位技術(shù)的定位精度，但其系統(tǒng)成本遠小于UWB技術(shù)、CSS技術(shù)和ZigBee技術(shù)等。【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1無線網(wǎng)絡(luò)示意圖 圖2無線跟蹤定位器架構(gòu)圖
圖3無線跟蹤定位器位置信息處理流程圖。
【具體實施方式】
[0023]結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進一步詳述。
[0024]圖1中，無線網(wǎng)絡(luò)中的探測器(13)以自組網(wǎng)的形式組成網(wǎng)狀網(wǎng)，探測器可與在其探測范圍內(nèi)的無線跟蹤定位器進行通信，將無線跟蹤定位器的運行方向、速度及探測到的場強信息上傳，最后由匯集終端(12)匯總傳給電腦，電腦上的跟蹤定位軟件(11)進行數(shù)據(jù)分析、處理，并將結(jié)果顯示在人機界面。
[0025]圖2所示為無線跟蹤定位器的架構(gòu)圖。本發(fā)明實施例中，采用TI公司的CC2510為主控制器(21)，三軸磁阻傳感器(22)采用Honeywell公司的HMC5843，以I2C的通信方式與CC2510通信，三軸加速度傳感器(23)采用ADI公司的ADXL345，以三線SPI通信方式與CC2510通信。
[0026]CC2510作為主控制器(21)，處理三軸磁阻傳感器(22)和三軸加速度傳感器(23)的信息，提取出相應(yīng)的運動信息并以無線的方式上傳無線網(wǎng)絡(luò)。
[0027]三軸磁阻傳感器HMC5843和三軸加速度傳感器ADXL345實現(xiàn)三軸電子羅盤功能，實時檢測無線跟蹤定位器所在位置的方位、運行方向和速度，并將相關(guān)信息傳給主控制器CC2510進行處理，其電路如圖2所示。
[0028]上位機跟蹤定位軟件(11)對無線跟蹤定位器的位置計算流程圖如圖3所示，其步驟如下:
步驟一、無線跟蹤定位器原點坐標校準。
[0029]被跟蹤人員或物品進入被跟蹤區(qū)域的入口處，在跟蹤定位軟件中對其進行原點坐標校準，該原點即軟件地理信息中對應(yīng)的入口點。
[0030]步驟二、無線跟蹤定位器是否經(jīng)過關(guān)鍵位置點坐標。
[0031]在被跟蹤人員或物品的活動范圍內(nèi)找若干個關(guān)鍵位置點，如樓梯拐口、隧道出入口、大樓內(nèi)電梯門口、辦公司門口等等。這些關(guān)鍵位置點的坐標和原點坐標一樣，在跟蹤定位軟件中(11)是已知參數(shù)。當被跟蹤人員或物品經(jīng)過這些關(guān)鍵位置點時，進入步驟三；不經(jīng)過則進入步驟四。
[0032]步驟三、對無線跟蹤定位器進行關(guān)鍵位置點的坐標校準。
[0033]步驟四、根據(jù)無線跟蹤定位器的路徑信息計算其位置區(qū)域A。
[0034]跟蹤定位軟件根據(jù)無線跟蹤定位器的路徑信息(運行方向和速度)實時計算其相對于原點坐標位置A。位置A的定位誤差來自于兩個方面，一是原點坐標校準誤差，在校準時出現(xiàn)實際原點坐標和軟件原點坐標的偏差，將會被積累到對位置A的定位誤差；二是三軸磁阻傳感器的精度誤差會造成運行航向誤差，在計算無線跟蹤定位器的運動軌跡時，該誤差會逐步累計，運行時間越久，該誤差越大。
[0035]步驟五、根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)中探測器(13)上報的無線跟蹤定位器的場強信息計算其位置區(qū)域B。
[0036]相鄰的探測器(13)同時收到無線跟蹤定位器的信號，不同的探測器有各自收到的信號場強值，該場強信息和無線跟蹤定位器的運行信息一起上傳至上位機的跟蹤定位軟件(11)，跟蹤定位軟件(11)根據(jù)相鄰探測器收到的無線跟蹤定位器的場強信息，按照無線信號的室內(nèi)通用傳播模型計算無線跟蹤定位器的位置區(qū)域B。位置B的定位誤差來自于不同探測器(13)接收鏈路的差異和通用室內(nèi)傳播模型和實際情況之間的差異。
[0037]步驟六、判斷位置區(qū)域A是否在位置區(qū)域B之內(nèi)，若在，進入到步驟八；不在則進入到步驟七。
[0038]步驟七、調(diào)整A區(qū)域的位置，以最短路徑調(diào)整到B區(qū)域內(nèi)。
[0039]步驟八、在人機界面中顯示無線跟蹤定位器的位置A。
[0040]步驟九、跟蹤定位任務(wù)是否完成，完成，進入步驟十；沒有完成，則進入步驟二。[0041 ] 步驟十、跟蹤任務(wù)完成，在人機界面中給出提示。
[0042] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.無線跟蹤定位方法，依靠無線網(wǎng)絡(luò)、無線跟蹤定位器和跟蹤定位軟件(11)實現(xiàn)，跟蹤定位軟件(11)對無線跟蹤定位器的位置計算流程步驟如下: 步驟一、無線跟蹤定位器原點坐標校準； 步驟二、判斷無線跟蹤定位器是否經(jīng)過關(guān)鍵位置點坐標，是進入步驟三；否則進入步驟四； 步驟三、對無線跟蹤定位器進行關(guān)鍵位置點的坐標校準后到步驟四； 步驟四、根據(jù)無線跟蹤定位器的路徑信息計算其位置區(qū)域A ； 步驟五、根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)中探測器(13)上報的無線跟蹤定位器的場強信息計算其位置區(qū)域B ; 步驟六、判斷位置區(qū)域A是否在位置區(qū)域B之內(nèi)，若在，進入到步驟八；不在則進入到步驟七； 步驟七、調(diào)整A區(qū)域的位置，以最短路徑調(diào)整到B區(qū)域內(nèi)； 步驟八、在人機界面中顯示無線跟蹤定位器的位置A ； 步驟九、判斷跟蹤定位任務(wù)是否完成，完成，進入步驟十；沒有完成，則回到步驟二 ； 步驟十、跟蹤任務(wù)完成，在人機界面中給出提示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)由匯集終端(12)和探測器(13)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線跟蹤定位器，其主體電路由帶無線收發(fā)模塊的主控制器(21)和三軸電子羅盤組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三軸電子羅盤，由三軸磁阻傳感器(22)和三軸加速度傳感器(23)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跟蹤定位軟件(11)，是根據(jù)無線跟蹤定位器的場強信息和路徑信息，計算出被跟蹤人員或物品的位置區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，采用關(guān)鍵位置點將被跟蹤人員或物品的活動區(qū)域分割成若干個小范圍活動區(qū)域。
【文檔編號】H04W64/00GK103874012SQ201210542708
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月15日
【發(fā)明者】陳永金, 李征, 李晶 申請人:北京格瑞圖科技有限公司