CN105158726A - 一种动态目标室内定位方法和*** - Google Patents

一种动态目标室内定位方法和*** Download PDF

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李作虎
刘旭东
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Abstract

本发明实施例公开了一种动态目标室内定位方法和***，应用于电子信息技术领域，解决现有技术中室内环境(如办公楼)中动态目标定位成本高、适用性差的问题，提供一种成本低、适应性强(具有环境普适性)且能满足精度要求的室内定位方案。所述方法包括：室内布置多个射频识别RFID读卡器，RFID读卡器采用唯一编号标识RFID读卡器在室内的位置；室内每个动态目标上安装有RFID电子标签；RFID读卡器若检测到RFID电子标签，将RFID读卡器编号和检测到的RFID电子标签信息上传至终端；终端接收RFID电子标签信息和RFID读卡器编号；解析RFID读卡器编号以定位电子标签标识的动态目标。

Description

一种动态目标室内定位方法和***
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种动态目标室内定位方法和***。
背景技术
室内定位技术主要采用无线通信、基站和卫星导航等技术实现室内人或物的位置定位，便于对室内人或物的位置监控。
目前室内定位技术主要采用多台已知精确位置的基站发射的声波或无线电信号测距，通过测距球面交会实现三维定位。根据测距原理的不同，室内定位方法可分为RSSI(RadioSignalStrengthInformation，信号强度)和TDOA(TimeDifferenceofArrival，到达时间差)两种。
RSSI定位方法利用信号强度随距离衰减的属性来测量目标位置，对硬件要求比较低，成本低廉，但容易受环境影响，精度和可靠性较差。TDOA定位方法将信号传播时间转化为距离，不受环境条件影响，精度高，但需要对各基站进行精确的时间同步，硬件要求非常高，成本较高。
目前室内定位采用的测距载波主要有超声波、伪卫星、无线网络和RFID(RadioFrequencyIdentification，无线射频识别)几种形式，超声波和伪卫星主要采用TDOA实现室内定位，精度高，成本也高；而无线网络和RFID主要采用信号强度方法，虽然定位精度不如TDOA方法，但是成本低廉，尤其是本世纪以来“物联网”的快速发展大大推进了RFID的应用，基于RFID的技术成为室内定位的研究热点。
发明内容
发明人经过大量研究发现，现有的基于RFID的室内定位技术还存在一定的问题，比如发明专利(申请号200910027885.9)公布了一种基于信号强度的RFID定位方法。室内布置若干主动式的RFID参考标签，并采集其信号强度和实际位置信息。利用基于线性插值的虚拟定位算法，参考点的信号强度特征用来计算出整个监控区域中虚拟参考点的信号强度。目标标签的实际信号强度和虚拟参考点进行比较，从而获得目标的位置信息。该定位方法能达到高精度，但虚拟定位算法对不同环境无法动态调整，对于不同室内环境的适应性有限。
又比如发明专利(申请号200910051180.5)公开了一种用正三角标签网来对移动机器人进行定位的方法。机器人的底部安装了四个有正方形天线的RFID读卡器，四个天线拼成大正方形。地面铺设了按正三角形镶嵌的RFID无源标签网，其中三角形边长恰好为大正方形的边长。通过分析标签点相对天线组成的大正方形的不同位形计算机器人的位置。该方法对于RFID传感器的布局要求较为苛刻，且不便于人员维护。针对大面积室内环境(如办公楼)的动态目标定位需求，亟需一种实现简单、成本低、适应性强(具有环境普适性)且能满足精度要求的室内定位方案。
有鉴于此，本发明实施例提供一种动态目标室内定位方法和***，解决现有技术中，基于RFID技术进行室内定位时对环境依赖型较强，普适性较差的技术问题。为室内定位提供一种成本低、环境适应性强且能满足精度要求的室内定位方案。
本发明第一方面提供一种动态目标室内定位方法，可包括：
所述室内布置多个射频识别RFID读卡器，RFID读卡器采用唯一编号标识RFID读卡器在室内的具***置；室内每个动态目标上安装有RFID电子标签；
所述方法包括：RFID读卡器实时检测RFID电子标签；若检测到RFID电子标签，则将RFID读卡器编号和检测到的RFID电子标签信息上传至终端；
终端接收RFID电子标签信息和RFID读卡器编号；解析接收的RFID读卡器编号以定位RFID电子标签标识的动态目标。
优选的，RFID读卡器编号为10位十进制数字构成；
从高位到低位依次表示意义如下：
第1-6位表示楼号、单元号和楼层号；
第7-9位表示房间号或楼道号；
第10位表示所述第7-9位表示的房间或楼道中的具***置。
优选的，所述方法还包括：
终端预存RFID读卡器编号与RFID读卡器安装位置在地理信息***GIS上的坐标间的对应关系；
终端解析RFID读卡器编号后，以RFID读卡器的坐标为动态目标的坐标，并在GIS上显示。
优选的，所述方法还包括：
对于同一动态目标，终端根据所述动态目标每次定位的时刻和定位位置，确定动态目标的运动轨迹。
本发明第二方面还提供一种动态目标室内定位***，所述***包括:多个RFID读卡器、多个RFID电子标签和终端；
所述RFID电子标签位于动态目标上，用于唯一识别一个动态目标；
所述RFID读卡器用于检测RFID电子标签，在检测到RFID电子标签时，将检测到的RFID电子标签信息和RFID本身的编号发送至终端；
所述终端，用于预存RFID读卡器编号规则以及RFID电子标签与动态目标对应关系；接收RFID读卡器发送的RFID电子标签信息和RFID本身的编号；解析RFID读卡器编号以定位RFID电子标签标识的动态目标。
优选的，RFID读卡器编号为10位十进制数字构成；
从高位到低位依次表示意义如下：
第1-6位表示楼号、单元号和楼层号；
第7-9位表示房间号或楼道号；
第10位表示所述第7-9位表示的房间或楼道中的具***置。
优选的，所述终端还用于预存RFID读卡器编号与RFID读卡器安装位置在地理信息***GIS上的坐标间的对应关系；解析RFID读卡器编号后，以RFID读卡器的坐标为动态目标的坐标，并在GIS上显示。
优选的，所述终端还用于对于同一动态目标，根据所述动态目标每次定位的时刻和定位位置，确定动态目标的运动轨迹。
优选的，所述终端为计算机。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例中，将室内环境中的位置与RFID读卡器编号关联在一起，当RFID读卡器检测到动态目标后，将读卡器编号发送至终端进行处理，终端通过解析RFID读卡器的编号即可定位动态目标。整个定位过程无需复杂的计算，定位方法简单，成本较低。RFID读卡器的安装布局不依赖具体的室内环境，具有环境普适性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中一种动态目标室内定位方法实施例1的流程图；
图2为本发明中RFID读卡器编号示意图；
图3为楼梯口处RFID读卡器的布局示意图；
图4为本发明中RFID读卡器在楼层中的布局示意图；
图5为本发明中一种动态目标室内定位***实施例的示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种动态目标室内定位方法与***，其主要思想是：为每个动态目标安装射频识别RFID电子标签，用于识别不同的动态目标，动态目标活动的室内部署有多个射频识别RFID读卡器，其中每个RFID读卡器具有唯一编号，该编号标识了RFID读卡器在室内的具***置。动态目标在运动过程中，进入某一RFID读卡器范围时，RFID读卡器读取该动态目标对应的电子标签的信息，然后和RFID读卡器本身编号一起发送至终端，终端依据RFID读卡器编号解析出RFID读卡器的位置，即确定RFID电子标签标识的动态目标的位置。该方案实现简单，成本较低，其实现不依赖于具体的环境，具有普适性。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本申请提供的多个实施例，基于以下环境实施：在有多个动态目标的室内环境中，为每个动态目标安装对应的RFID电子标签，每个电子标签包含不同的信息，根据该信息可以识别动态目标。在动态目标活动的室内环境中安装多个射频识别RFID读卡器，每个RFID具有一个编号，该编号的信息标识RFID读卡器的安装位置。
基于上述说明，请参阅图1，为本发明提供的一种动态目标室内定位方法实施1的流程图，本实施例具体可以包括如下步骤：
S11：RFID读卡器实时检测RFID电子标签。
本步骤中，RFID读卡器实时检测RFID电子标签，实质为检测是否有动态目标进入其感应范围。RFID读卡器通过实时检测RFID电子标签RFID读卡器实时发出射频信号，当安装有RFID电子标签的动态目标进入RFID读卡器的检测范围内时，RFID电子标签会接收RFID读卡器发出的射频信号，RFID电子标签凭借感应电流所获得的能量可以向RFID读卡器发送信息，比如电子标签本身的身份信息等。
S12：检测到RFID电子标签后，将RFID电子标签信息和RFID读卡器编号上传至终端。
室内环境中布局了多个RFID读卡器，每个读卡器均在实时检测RFID电子标签，当RFID读卡器检测到RFID电子标签时，说明动态目标已进入其感应范围，RFID读卡器获取RFID电子标签信息，优选的，所述RFID电子标签信息为电子标签编号，不同的RFID电子标签有不同的编号，以此来标识不同的动态目标。
RFID读卡器检测到RFID电子标签后，将RFID电子标签信息和RFID读卡器本身的编号一起发送至终端，由终端对动态目标进行定位。
S13：终端接收RFID电子标签信息和RFID读卡器编号。
S14：终端解析RFID读卡器编号以定位RFID电子标签标识的动态目标。
终端根据接收到的RFID电子标签信息可以确定动态目标的身份，其次，RFID读卡器编号本身标识了RFID读卡器在室内的位置，所以通过解析RFID读卡器编号可以确定RFID读卡器的位置，RFID读卡器的位置作为RFID电子标签标识的动态目标的位置。
本实施例中，每个动态目标安装射频识别RFID电子标签以识别不同的动态目标，动态目标活动的室内部署有多个射频识别RFID读卡器，每个RFID读卡器具有唯一编号，该编号标识了RFID读卡器在室内的具***置。动态目标在运动过程中，进入某一RFID读卡器范围时，RFID读卡器读取该动态目标对应的电子标签的编号，然后和RFID读卡器本身的编号一起发送至终端，终端依据RFID读卡器本身的编号解析出RFID的位置，即确定动态目标的位置。该方案实现简单，成本较低，对具体的室内环境没有特殊要求，RFID读卡器的布局也比较灵活，没有过多的限制，对室内环境的适用性较高。
RFID读卡器的编号方式可以有很多种，下面给出一种较为简单的编号示例。参考图2所示的RFID读卡器的编号原理参考图，举个例子，考虑***容量和性能，设定动态目标活动的建筑物和单元总数不大于10000个，建筑不高于100层(含地下，从最底层向上编号)，每层房间数量不超过990间。按照该容量原则，制定编号规则为10位十进制数字：“AABBCCDDDE”。
具体的，从高位到低位依次表示如下意义：
第1-6位表示楼号、单元号和楼层号；
第7-9位表示房间号或楼道号；
第10位表示所述第7-9位表示的房间或楼道中的具***置。
其中，在1-6位中，第1-2位数字“AA”表示楼号，有效值为“1-99”；其中第3-4位数字“BB”表示单元号，有效值为“1-99”；第5-6位数字“CC”表示楼层号，有效值为“1-99”。第7-9位数字“DDD”表示房间号或楼道号，有效值为“1-999”，其中“1-990”表示建筑物内具体的房间号，“991～998”表示建筑物楼道号，楼道号与所连接的高楼层相同(如七楼和八楼之间的楼梯间楼层号为08，参考图3所示)，“999”表示建筑物出口。
RFID读卡器编号的第10位数字“E”用于标识RFID读卡器的具体安装位置，有效值为“0-9”。当第7-9位数字表示房间号时(即取值为“1-990”)，“0”表示RFID读卡器安装在某个具体房间外的过道走廊；“1”表示RFID读卡器安装在某个具体房间的大门处；当房间面积较大时，可用“2-9”表示RFID读卡器安装在该房间内具***置。
当第7-9位数字表示楼道号时(即取值为“991-998”)，“1”表示RFID读卡器安装在楼道口，“2-9”表示RFID读卡器安装在楼梯转弯处，根据两层楼之间的楼道转弯数量自下而上分配。
对应于上述内容，参考图4所示，为建筑物其中一楼层中RFID读卡器布局的示意图，图4中给出了部分RFID读卡器的编号，读卡器的编号按照上述举例方式确定。
根据上述RFID读卡器的编号规则，终端接收到RFID读卡器编号后，可以进行如下判断：
(1)RFID读卡器编号中E的数字信息为“0”，则表示动态目标(以下简称目标)目前在该楼层走廊上运动，具体坐标可用读卡器感应的楼层地面坐标表示。调整走廊上读卡器的安装位置，可保障定位精度。
(2)若RFID读卡器编号中E的数字信息为“1”，且DDD的数字信息＜991，表示目标在某一房间内大门附近。对于一个10m×10m的普通办公室，房间内任意位置与房间中心的距离小于7.07m，即定位精度可优于7.07m。如果房间很大，或者定位精度要求较高，可在房间内布设多个RFID读卡器来提高目标定位精度。
(3)若RFID读卡器编号中E的数字信息为“1”，且DDD的数字信息≥“991”，表示目标在第CC层楼道内。针对同一电子标签，若连续两次采样获得的读卡器编号DDD的数字信息均≥“991”，则比较两次采样信息中读卡器编号CC的变化：若前后两次读卡器编号CC数字信息相等，则表示目标在第CC层楼道内下楼；如果后一次读卡器编号的CC数字信息比前一次读卡器编号的CC数字信息大1，则表示目标在第CC层楼道内上楼。
(4)若RFID读卡器编号中E的数字信息为“1”，且DDD的数字信息为“999”，表示目标已运动至建筑物大门外。
通过实施例1提供的技术方案可知，RFID读卡器编号虽然可以表示读卡器在室内的位置，比如可以定位到具体某个房间，甚至房间内某一片区域，但是定位不到一个具体的坐标位置，当终端向用户提示读卡器(动态目标)的定位位置时，提示结果不够直观。因此，在实施例1的基础上，本发明还提供了一种动态目标室内定位方法实施例2，引入地理信息***GIS，为用户提供更为直观和具体的定位结果。本实施例可以看作在实施例1基础上的具体实现。本实施例中与实施例1相关的步骤可以参考实施例1的描述，本实施例中不再赘述。本实施例主要包括如下步骤：
S21：终端记录动态目标与RFID电子标签的对应关系。
S22：终端记录RFID读卡器位置的编号规则，以及RFID读卡器编号与RFID读卡器安装位置在地理信息***GIS上的坐标间的对应关系。
所述步骤S21和步骤S22没有固定的先后顺序，终端预存动态目标与RFID电子标签的对应关系，以及，RFID读卡器位置的编码规则即可。以便于终端根据RFID电子标签确定动态目标身份，根据RFID读卡器编号可以定位动态目标的坐标。
S23：RFID读卡器实时检测RFID电子标签。
S24：检测到RFID电子标签后，将RFID电子标签信息和RFID读卡器编号上传至终端。
S25：终端接收RFID电子标签信息和RFID读卡器编号。
S26：终端解析RFID读卡器编号以定位RFID电子标签标识的动态目标。
所述步骤S23-S26的具体说明参考实施例1中的相关描述，这里不再赘述。
S27：以RFID读卡器的坐标作为动态目标的坐标，并在GIS上显示。
S28：对于同一动态目标，终端根据所述动态目标每次定位的时刻和定位位置，确定动态目标的运动轨迹。
终端要实时接收多个RFID读卡器发送的信息，对于进行定位的多个动态目标，终端记录每个动态目标定位的时刻和位置。
对于同一动态目标，动态目标处在运动状态时，终端会多次收到对应于该动态目标的电子标签信息，每收到一次就需要进行一次定位，因此，对于一个动态目标，终端可以根据该动态目标多次定位的时刻和位置确定该动态目标的运动轨迹，引入GIS***后，可以实现对动态目标移动路线的实时跟踪。
本实施例不仅可以带来实施例1的有益效果，进一步的，还可以对动态目标运动轨迹进行跟踪，以GIS的形式显示动态目标定位结果，更为直观，便于对动态目标的运动进行跟踪。
上面对本发明实施例中的一种动态目标室内定位方法进行了描述，下面对本发明实施例中的定位***进行描述，请参阅图5所示，为本发明提供的一种动态目标室内定位***实施例1的结构示意图，所述***包括：多个RFID读卡器、多个RFID电子标签和终端；
所述RFID电子标签位于动态目标上，用于唯一识别一个动态目标；
所述RFID读卡器用于检测RFID电子标签，在检测到RFID电子标签时，将检测到的RFID电子标签信息和RFID本身的编号发送至终端；
所述终端，用于预存RFID读卡器编号规则以及RFID电子标签与动态目标对应关系；接收RFID读卡器发送的RFID电子标签信息和RFID本身的编号；解析RFID读卡器编号以定位RFID电子标签标识的动态目标。
本实施例提供的技术方案，将室内环境中的位置与RFID读卡器编号关联在一起，当RFID读卡器检测到动态目标后，将读卡器编号发送至处理器终端进行处理，处理器终端通过解析RFID读卡器的编号即可定位动态目标。整个定位过程无需复杂的计算，定位方法简单，RFID读卡器的安装布局不依赖室内环境，具有环境普适性
本实施例中各组成部分的具体功能实现，可以参考相应的方法实施例中的描述。
在***实施例1的基础上，进一步的，所述终端还可以用于预存RFID读卡器编号与RFID读卡器安装位置在地理信息***GIS上的坐标间的对应关系；解析RFID读卡器编号后，以RFID读卡器的坐标为动态目标的坐标，并在GIS上显示。
对于同一动态目标，可以所述动态目标每次定位的时刻和定位位置，确定动态目标的运动轨迹。
所述RFID读卡器编号的构成以及说明参考方法实施例中的描述，比如采用10位十进制数字构成；
从高位到低位依次表示如下意义：
第1-6位表示楼号、单元号和楼层号；
第7-9位表示房间号或楼道号；
第10位表示所述第7-9位表示的房间或楼道中的具***置。
关于RFID读卡器编号的详细说明，参考方法实施例中关于编号的举例说明。
在一些实施例中，所述终端可以采用计算机实现。
本申请提供的技术方案，以一栋建筑物为例，RFID读卡器安装于各楼层楼梯处、楼梯口、走廊以及各房间内外，根据建筑物的事情情况，建立各RFID读卡器与建筑物和该建筑物内各具***置对应的唯一编号(标识RFID读卡器的安装位置)。所述RFID电子标签安装于需要进行定位的室内动态目标上，配合RFID读卡器进行动态目标识别。RFID读卡器读取的RFID电子标签信息和读卡器本身编号实时发送给计算机。
所述计算机存放电子标签与动态目标的对应关系、RFID读卡器的编号规则、以及建筑物描述信息(以地理信息***(GIS)的形式存放各楼层平面图、楼内各RFID读卡器感应点的楼层地面坐标、楼号和单元号等)，通过解析读卡器编号和查询GIS信息直接获取动态目标坐标信息。通过在GIS上显示定位结果更为直观，便于对动态目标进行跟踪分析。
对动态目标定位的整个过程，无需进行复杂的计算，通过将RFID读卡器编号与室内具***置信息关联，实现了对多个目标的中精度室内定位管理，尤其是可以获取目标位于哪个房间的信息，特别适用于单位内部办公区域敏感移动设备的动态管理。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种动态目标室内定位方法，其特征在于，所述室内布置多个射频识别RFID读卡器，RFID读卡器采用唯一编号标识RFID读卡器在室内的位置；室内每个动态目标上安装有RFID电子标签；
所述方法包括：RFID读卡器实时检测RFID电子标签；若检测到RFID电子标签，则将RFID读卡器编号和检测到的RFID电子标签信息上传至终端；
终端接收RFID电子标签信息和RFID读卡器编号；解析接收的RFID读卡器编号以定位RFID电子标签标识的动态目标。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述RFID读卡器编号为10位十进制数字构成；
从高位到低位依次表示意义如下：
第1-6位表示楼号、单元号和楼层号；
第7-9位表示房间号或楼道号；
第10位表示所述第7-9位表示的房间或楼道中的具***置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
终端预存RFID读卡器编号与RFID读卡器安装位置在地理信息***GIS上的坐标间的对应关系；
终端解析RFID读卡器编号后，以RFID读卡器的坐标为动态目标的坐标，并在GIS上显示。
4.根据权利要1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对于同一动态目标，终端根据所述动态目标每次定位的时刻和定位位置，确定动态目标的运动轨迹。
5.一种动态目标室内定位***，其特征在于，所述***包括:
多个RFID读卡器、多个RFID电子标签和终端；
所述RFID电子标签位于动态目标上，用于唯一识别一个动态目标；
所述RFID读卡器用于检测RFID电子标签，在检测到RFID电子标签时，将检测到的RFID电子标签信息和RFID本身的编号发送至终端；
所述终端，用于预存RFID读卡器编号规则以及RFID电子标签与动态目标对应关系；接收RFID读卡器发送的RFID电子标签信息和RFID本身的编号；解析RFID读卡器编号以定位RFID电子标签标识的动态目标。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述RFID读卡器编号为10位十进制数字构成；
从高位到低位依次表示意义如下：
第1-6位表示楼号、单元号和楼层号；
第7-9位表示房间号或楼道号；
第10位表示所述第7-9位表示的房间或楼道中的具***置。
7.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述终端还用于预存RFID读卡器编号与RFID读卡器安装位置在地理信息***GIS上的坐标间的对应关系；解析RFID读卡器编号后，以RFID读卡器的坐标为动态目标的坐标，并在GIS上显示。
8.根据权利要求5-7任一项所述的***，其特征在于，所述终端还用于对于同一动态目标，根据所述动态目标每次定位的时刻和定位位置，确定动态目标的运动轨迹。
9.根据权利要求5-7任一项所述的***，其特征在于，所述终端为计算机。
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