CN108008353B - 一种利用锚点相互测距来保证锚点位置稳定性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无线实时定位技术领域，提出的一种利用锚点相互测距来保证锚点位置稳定性的方法，包括以下步骤：初始锚点距离表构建：设每个锚点对应一个顺序编号，记为A[N]，服务器根据预置的锚点位置，构建初始锚点距离表，记为T0；实时锚点距离表构建：锚点之间进行周期性的相互测距，服务器根据锚点每周期测得数据，构建实时锚点距离表，记为T实；分析比较：比较每周期所获得的实时锚点距离表与初始锚点距离表，判断各锚点位置的稳定性，当发现某一锚点发生移动时，发起告警，通知***管理员。本发明构思巧妙，操作简便，解决了现有技术中锚点不会有专门的人员、设备对它的位置进行监控，使用时定位***的定位结果易发生较大偏差的技术问题。

Description

一种利用锚点相互测距来保证锚点位置稳定性的方法
技术领域
本发明属于无线实时定位技术领域，涉及一种利用锚点相互测距来保证锚点位置稳定性的方法。
背景技术
在无线实时定位***架设时，需要两类设备，一类设备是作为位置基准，称为“锚点”，另一类是定位目标，称为“标签”。标签通过获取来自几个锚点的采样数据，实时计算出当前所在的位置。这些采样数据可以是信号强度、到达时间、方位角、距离等。
锚点作为位置基准，在通常的应用中，是固定布设的；此外，在各种定位算法中，也要用到锚点的位置信息。因此，锚点及其标定的位置，对于定位***来说是至关重要的。
在很多应用场景中，锚点是架设在开阔空间，不会有专门的人员、设备对它的位置进行监控，使用时定位***的定位结果易发生较大偏差。
发明内容
本发明提出一种利用锚点相互测距来保证锚点位置稳定性的方法，解决了现有技术中锚点不会有专门的人员、设备对它的位置进行监控，使用时定位***的定位结果易发生较大偏差的技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种利用锚点相互测距来保证锚点位置稳定性的方法，包括以下步骤：
初始锚点距离表构建：设每个锚点对应一个顺序编号，记为A[N]，服务器根据预置的锚点位置，构建初始锚点距离表，记为T0；
实时锚点距离表构建：锚点之间进行周期性的相互测距，服务器根据锚点每周期测得数据，构建实时锚点距离表，记为T实；
分析比较：比较每周期所获得的实时锚点距离表与初始锚点距离表，判断各锚点位置的稳定性，当发现某一锚点发生移动时，发起告警，通知***管理员；
其中，T0和T实均为二维数据，分别记为T0[N][N]和T实[N][N]。
作为进一步的技术方案，所述初始锚点距离表构建步骤和所述实时锚点距离表构建步骤之间设置有校正步骤，所述校正步骤包括以下步骤：
临时锚点距离表构建：定位***架设完成后，锚点之间进行初次互测距并将结果传送至服务器，服务器根据该结果，构建临时锚点距离表，记为T1；
锚点坐标校正：比较T1表中的所有有效距离和T0中相应位置的数据，相差都在误差范围内，认为预设的锚点坐标是可靠的；否则，检查误差集中的行所对应锚点的坐标，重新测量该锚点的坐标，并重新开始上述过程；
初始锚点距离表重建：当T1表中的所有有效距离和T0表中相应位置的数据，相差都在误差范围内时，将T1的数据回写到T0，作为后面使用的初始锚点距离表；
其中，T1为二维数据，记为T1[N][N]。
作为进一步的技术方案，所述分析比较步骤包括以下步骤：
逐行比较：实时锚点距离表构建完成后，将实时锚点距离表与初始锚点距离表进行逐行比较；
逐列比较：逐行比较完成后，服务器将实时锚点距离表与初始锚点距离表进行逐列比较，确定各锚点位置是否稳定。
作为进一步的技术方案，所述逐行比较步骤和所述逐列比较步骤所依据的判断依据如下：
(A)该行所有当前测量值与对应的有效初始值数据一致，判定该行锚点A[k]位置稳定；
(B)该行所有当前测量值与有效初始值的数据都不一致，判定该行锚点A[k]位置有很大可能发生变化；
(C)该行当前无有效测量值，判定锚点A[k]可能发生故障，并且位置也有很大可能发生变化；
(D)该行某个锚点测量值T1[k][j]与有效初始值的数据不一致，而其它测量值与有效初始值数据均一致，此时可以判定该行锚点A[k]位置有很大可能未发生变化，而该锚点A[j]位置有很大可能发生变化；进一步的判断需要检查T1[j]行；
(E)该行多数测量值与有效初始值的数据不一致，只有少数测量值与有效初始值的数据一致，此时可以判定锚点A[k]位置有很大可能发生变化；进一步的判断需要检查其它行。
作为进一步的技术方案，还包括周边锚点检测步骤，所述周边锚点检测步骤包括以下步骤：
初始周边锚点表构建：周边锚点表记为一维数组S[M]，同时指定一个相邻锚点顺序表A[M]，M为当前锚点的相邻锚点数，初始周边锚点表记为S0[M]，由服务器在所述初始锚点距离表重建步骤完成后下发给锚点；
实时周边锚点表构建：当前锚点A0在与相邻锚点进行测距后，将新的测距结果按在A[M]中指定的锚点顺序填入临时周边锚点表S1[M]，即为实时周边锚点表；
周边锚点表对比：；A0与所有相邻锚点的测距完成后，比较S1和S0的对应位置，判断各锚点位置的稳定性。
作为进一步的技术方案，所述周边锚点表对比步骤所依据的判断依据如下：
(A)所有测量值与初始值的数据一致，判定A0位置稳定无变化；
(B)所有测量值为空，判定A0发生故障，A0发出告警；
(C)所有测量值与初始值的数据不一致，判定A0的位置发生变化，A0发出告警；
(D)只有个别测量值(如S1[i])与初始值(S0[i])的数据不一致，大部分的测量值与初始值保持一致；判断A0未发生移动，而个别锚点(A[i])发生移动，A[i]发出告警；
(E)多数测量值与初始值的数据不一致，只有少数测量值与初始值的数据是一致的，判定A0位置发生变化，并使其发出告警。
本发明使用原理及有益效果为：
本专利是采用了基于测距的无线定位技术，通过锚点之间相互测距，获得锚点与锚点的距离关系表；锚点通过监测与周边锚点的距离变化，确定是否要发出被移动的告警；而定位服务器通过监测锚点之间的距离关系表，对发生明显变化的锚点进行告警，并管理人员及时处理，以此保证锚点的位置参数与预设值保持一致，从而保证定位***的定位精度。
本***主要有两个部分计算服务器和用于定位的锚点。其中计算机服务器负责从锚点接收互测距的数据，生成各个锚点之间的距离关系表；在监测到某个锚点的距离关系表发生变化时，发起告警。锚点则可以正常进行数据采样；同时支持相互之间的测距。
这个方法的实现过程主要分为下面几种情况：
情况一：定位***刚架设完成，所有锚点位置与预设值一致
此时，各个锚点都在正常工作，定位***也运行正常。此时，锚点之间进行周期性的相互测距，并将测距结果回传至服务器；服务器根据测距结果，构建锚点之间的距离关系表。
情况二：有锚点位置发生变化，但仍能正常工作。
此时，锚点之间仍可进行周期性的相互测距，并将测距结果回传至服务器；服务器仍可以根据测距结果，构建锚点之间的距离关系表。但是，将服务器得到的距离关系表与之前利用预设值得到的距离关系表比较，那些位置发生变化的相关的行/列也会发生明显的变化。同时，位置变化的锚点，也能检测到，它与周围锚点的距离发生了明显变化。
情况三：有锚点位置发生变化，并已不能正常工作
此时，此锚点已无法与其它锚点进行周期性的相互测距，在锚点之间距离关系表中，与之相关的行/列将出现空白。
上面三种情况，在情况二、三发生时，计算服务器需要发起告警，通知管理人员及时进行处理。这样，通过锚点之间周期性的相互测距，并通过分析由此构建的锚点距离关系表，即可快速得到锚点位置变化情况，并保证定位***位置计算的可靠性和精度。
该方法，主要有下面的几个优点：
1、实施简单、成本低
不需要增加硬件设备，即可实现对定位锚点设备的实时监控。
2、保证定位可靠性和精度
通过对锚点的监控，避免由于锚点位置变化等因素导致的定位不准确。
3、定位参数的反向校验
通过比较输入的锚点坐标之间的距离和锚点互测距的结果，可以对输入的锚点坐标进行反向校验，以此进一步减小输出参数的误差，提高定位结果的可靠性。
本发明中锚点距离表的构建实现了整个***的整体检测，周边锚点表的构建则实现了锚点位置的精确测试，进一步确保了锚点位置及状态的精确测试，确保了监测结果的精确性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明工作流程图
图2为本发明服务器工作流程示意图；
图3为本发明锚点工作流程示意图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
如图1～3所示，本专利是采用了基于测距的无线定位技术，通过锚点之间相互测距，获得锚点与锚点的距离关系表；锚点通过监测与周边锚点的距离变化，确定是否要发出被移动的告警；而定位服务器通过监测锚点之间的距离关系表，对发生明显变化的锚点进行告警，并管理人员及时处理，以此保证锚点的位置参数与预设值保持一致，从而保证定位***的定位精度。
本***主要有两个部分计算服务器和用于定位的锚点。其中计算机服务器负责从锚点接收互测距的数据，生成各个锚点之间的距离关系表；在监测到某个锚点的距离关系表发生变化时，发起告警。锚点则可以正常进行数据采样；同时支持相互之间的测距。
这个方法的实现过程主要分为下面几种情况：
情况一：定位***刚架设完成，所有锚点位置与预设值一致
此时，各个锚点都在正常工作，定位***也运行正常。此时，锚点之间进行周期性的相互测距，并将测距结果回传至服务器；服务器根据测距结果，构建锚点之间的距离关系表。
情况二：有锚点位置发生变化，但仍能正常工作。
此时，锚点之间仍可进行周期性的相互测距，并将测距结果回传至服务器；服务器仍可以根据测距结果，构建锚点之间的距离关系表。但是，将服务器得到的距离关系表与之前利用预设值得到的距离关系表比较，那些位置发生变化的相关的行/列也会发生明显的变化。同时，位置变化的锚点，也能检测到，它与周围锚点的距离发生了明显变化。
情况三：有锚点位置发生变化，并已不能正常工作
此时，此锚点已无法与其它锚点进行周期性的相互测距，在锚点之间距离关系表中，与之相关的行/列将出现空白。
上面三种情况，在情况二、三发生时，计算服务器需要发起告警，通知管理人员及时进行处理。这样，通过锚点之间周期性的相互测距，并通过分析由此构建的锚点距离关系表，即可快速得到锚点位置变化情况，并保证定位***位置计算的可靠性和精度。
该方法，主要有下面的几个优点：
1、实施简单、成本低
不需要增加硬件设备，即可实现对定位锚点设备的实时监控。
2、保证定位可靠性和精度
通过对锚点的监控，避免由于锚点位置变化等因素导致的定位不准确。
3、定位参数的反向校验
通过比较输入的锚点坐标之间的距离和锚点互测距的结果，可以对输入的锚点坐标进行反向校验，以此进一步减小输出参数的误差，提高定位结果的可靠性。
使用时服务器根据预置的锚点位置，构建出初始锚点距离表；向锚点周期性发起互测距命令(或锚点自动发起互测距功能)；按收到的锚点距离构建锚点距离表；比较本周期获得的锚点距离表与初始锚点距离表，当某行发生明显变化时，发起告警，通知***管理员。与此同时，定位锚点自发或受服务器控制周期性进行互测距并检测与周边的其它锚点之间的相互距离，并在与周边多个锚点距离发生明显变化时，发出告警。
上述过程，在服务器和锚点工作过程几乎一致，不同的是：在服务器端需要检测所有锚点的相互距离，因此，它所处理的是N*N的锚点距离表，这里N是正在运行的锚点总数；而锚点只需检查它到相邻锚点的距离，因此，它所处理的是1*M的周边锚点表，这里M是它相邻锚点的总数，M不大于N。
其中，锚点距离表构造和使用过程如下：
(1)初始锚点距离表构建
锚点距离表可以用二维数组T[N][N]来表述，同时指定一个锚点顺序表A[N]，N为正在运行的锚点总数。此时，数组元素T[i][j]即可用来表示锚点A[i]和锚点A[j]的距离；因为通常A[i]到A[j]的距离和A[j]到A[i]的距离是等效的，所以，通常T[i][j]＝T[j][i]，T[i][i]＝0；上面所有表达式里，i、j均为小于N的自然数。初始的锚点距离表T0[N][N]可以根据预设的锚点坐标，利用三维空间里的两点距离公式进行计算得到。
(2)初始锚点距离表校正
定位***架设完成后，立刻进行锚点互测距操作，利用锚点互测距结果得到临时锚点距离表T1[N][N]；比较T1表中的所有有效距离和T0中相应位置的数据，相差都在误差范围内，可认为预设的锚点坐标是可靠的，否则，可以检查误差集中的行所对应的锚点的坐标，重新测量该锚点的坐标，并重新开始上述过程。这就是定位参数的反向校验。
当T1表中的所有有效距离和T0表中相应位置的数据，相差都在误差范围内时(称为数据一致，反之称为数据不一致)，将T1的数据回写到T0，作为后面使用的初始锚点距离表；此时的T0表排除了由于基站测距不可达实际并不可能得到的距离值。
(3)使用过程中的实时锚点距离表T实与初始锚点距离表T0比较
初始锚点距离表T0在构造完成后，除非管理人员干预，否则将不再修改。
计算服务器在每个互测距周期完成后，根据锚点上报的互测距结果，重新填写临时锚点距离表T实；填写完成后，逐行比较T实和T0，例如，用T实[k]行与T0[k]行进行比较。比较的结果可能如下：
(A)该行所有当前测量值与对应的有效初始值数据一致，此时可以判定锚点A[k]位置稳定，无变化。
(B)该行所有当前测量值与有效初始值的数据都不一致，此时可以判定锚点A[k]位置有很大可能发生变化。
(C)该行当前无有效测量值，此时可以判定锚点A[k]发生故障，并且位置也有很大可能发生变化。
(D)该行某个测量值T1[k][j]与有效初始值的数据不一致，而其它测量值与有效初始值数据均一致，此时可以判定：锚点A[k]位置有很大可能未发生变化，而锚点A[j]位置有很大可能发生变化；进一步的判断需要检查T1[j]行。
(E)该行多数测量值与有效初始值的数据不一致，只有少数测量值与有效初始值的数据一致，此时可以判定：锚点A[k]位置有很大可能发生变化；进一步的判断需要检查其它行。
通过上述过程，可以得到所有可能发生位置变化或故障的锚点。
为了进一步增加锚点位置稳定性检测的精确性，本发明还设置了周边锚点检测步骤作为锚点位置检测的辅助检测，周边锚点表指的是各锚点所测得自身可测得范围内与其他锚点的距离表，周边锚点表的结构和使用过程如下：
(1)周边锚点表的构造
周边锚点表可以用一维数组S[M]来表述，同时指定一个相邻锚点顺序表A[M]，M为当前锚点的相邻。此时，数组元素S[i]即可用来表示当前锚点A0与锚点A[i]的距离。
初始周边锚点表S0[M]可由计算服务器在构造完初始锚点距离表后下发给锚点；之后，锚点只需按该表进行互测距即可(因为其它锚点均为测距不可达的，无需再测)。
(2)周边锚点表的比较
当前锚点A0在与相邻锚点进行测距后，将新的测距结果按在A[M]中指定的锚点顺序填入临时周边锚点表S1[M]；A0与所有相邻锚点的测距完成后，比较S1和S0的对应位置。比较结果可能如下：
(A)所有测量值与初始值的数据一致，可以判定A0位置稳定无变化。
(B)所有测量值为空，此时可以判定A0发生故障，如果可能，A0需要发出告警。
(C)所有测量值与初始值的数据不一致，可以判定A0的位置发生变化，如果可能，需要发出告警。
(D)只有个别测量值(如S1[i])与初始值(S0[i])的数据不一致，大部分的测量值与初始值保持一致；此时可以判断A0有很大可能未发生移动，而个别锚点(A[i])有很大可能发生移动；此时可根据需要发出告警。
(E)多数测量值与初始值的数据不一致，只有少数测量值与初始值的数据是一致的，此时可以判定：A0位置有很大可能发生变化了，此时，如果可能，应该发出告警。
本发明中锚点距离表的构建实现了整个***的整体检测，周边锚点表的构建则实现了锚点位置的精确测试，进一步确保了锚点位置及状态的精确测试，确保了监测结果的精确性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。

Claims (5)

1.一种利用锚点相互测距来保证锚点位置稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
初始锚点距离表构建：设每个锚点对应一个顺序编号，记为A[i]，其中i＝1～N，服务器根据预置的锚点位置，构建初始锚点距离表，记为T0；
临时锚点距离表构建：定位***架设完成后，锚点之间进行初次互测距并将结果传送至服务器，服务器根据该结果，构建临时锚点距离表，记为T1；
锚点坐标校正：比较T1表中的所有有效距离和T0中相应位置的数据，相差都在误差范围内，认为预设的锚点坐标是可靠的；否则，检查误差集中的行所对应锚点的坐标，重新测量该锚点的坐标，并重新开始上述临时锚点距离表构建和锚点坐标校正过程；
初始锚点距离表重建：当T1表中的所有有效距离和T0表中相应位置的数据，相差都在误差范围内时，将T1的数据回写到T0，作为后面使用的初始锚点距离表；
实时锚点距离表构建：锚点之间进行周期性的相互测距，服务器根据锚点每周期测得数据，构建实时锚点距离表，记为T实；
分析比较：比较每周期所获得的实时锚点距离表与初始锚点距离表，判断各锚点位置的稳定性，当发现某一锚点发生移动时，发起告警，通知***管理员；
其中，T0、T1和T实均为二维数据，分别记为T0[i][j]、T1[i][j]和T实[i][j]，i＝1～N，j＝1～N。
2.根据权利要求1所述的一种利用锚点相互测距来保证锚点位置稳定性的方法，其特征在于，所述分析比较步骤包括以下步骤：
逐行比较：实时锚点距离表构建完成后，将实时锚点距离表与初始锚点距离表进行逐行比较；
逐列比较：逐行比较完成后，服务器将实时锚点距离表与初始锚点距离表进行逐列比较，确定各锚点位置是否稳定。
3.根据权利要求2所述的一种利用锚点相互测距来保证锚点位置稳定性的方法，其特征在于，所述逐行比较步骤和所述逐列比较步骤所依据的判断依据如下：
(A)该行所有当前测量值与对应的有效初始值数据一致，判定该行锚点A[k]位置稳定；
(B)该行所有当前测量值与有效初始值的数据都不一致，判定该行锚点A[k]位置有很大可能发生变化；
(C)该行当前无有效测量值，判定锚点A[k]可能发生故障，并且位置也有很大可能发生变化；
(D)该行某个锚点测量值T实[k][j]与有效初始值的数据不一致，而其它测量值与有效初始值数据均一致，此时可以判定该行锚点A[k]位置有很大可能未发生变化，而该锚点A[j]位置有很大可能发生变化；进一步的判断需要检查T实[j]行；
(E)该行多数测量值与有效初始值的数据不一致，只有少数测量值与有效初始值的数据一致，此时可以判定锚点A[k]位置有很大可能发生变化；进一步的判断需要检查其它行。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种利用锚点相互测距来保证锚点位置稳定性的方法，其特征在于，还包括周边锚点检测步骤，所述周边锚点检测步骤包括以下步骤：
初始周边锚点表构建：周边锚点表记为一维数组S[M]，同时指定一个相邻锚点顺序表A[M]，M为当前锚点的相邻锚点数，初始周边锚点表记为S0[M]，由服务器在所述初始锚点距离表重建完成后下发给锚点；
实时周边锚点表构建：当前锚点A0在与相邻锚点进行测距后，将新的测距结果按在A[M]中指定的锚点顺序填入临时周边锚点表S1[M]，即为实时周边锚点表；
周边锚点表对比：A0与所有相邻锚点的测距完成后，比较S1和S0的对应位置，判断各锚点位置的稳定性。
5.根据权利要求4所述的一种利用锚点相互测距来保证锚点位置稳定性的方法，其特征在于，所述周边锚点表对比步骤所依据的判断依据如下：
(A)所有测量值与初始值的数据一致，判定A0位置稳定无变化；
(B)所有测量值为空，判定A0发生故障，A0发出告警；
(C)所有测量值与初始值的数据不一致，判定A0的位置发生变化，A0发出告警；
(D)只有个别测量值S1[i]与初始值S0[i]的数据不一致，大部分的测量值与初始值保持一致；判断A0未发生移动，而个别锚点A[i]发生移动，A[i]发出告警；
(E)多数测量值与初始值的数据不一致，只有少数测量值与初始值的数据是一致的，判定A0位置发生变化，并使其发出告警。
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