CN113691944B - 一种利用北斗rtk和蓝牙信标定位物体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用北斗RTK和蓝牙信标定位物体的方法，包括：一车载定位设备，安装于移动的车辆上，所述车载定位设备包括一中控模块和分别与中控模块电性连接的北斗RTK模块及蓝牙模块；一蓝牙信标，安装于待定位的无动力设备上；所述方法包括：车辆在蓝牙信标的信号范围内进行移动，中控模块控制蓝牙模块实时接收蓝牙信标发送的广播信号并判断信号强度；中控模块控制北斗RTK模块随机获取车辆的三个位置P；所述中控模块将随机获取的三组位置信息及对应的广播信号、信号强度数据通过所述回传模块上传至服务器。本发明有效解决了无动力设备标签成本和供电问题，降低了运营维护成本。

Description

一种利用北斗RTK和蓝牙信标定位物体的方法

技术领域

本发明涉及高精度定位技术领域，具体涉及一种利用北斗RTK和蓝牙信标定位物体的方法。

背景技术

现有的北斗RTK（Real-Time Kinematic，载波相位差分）技术可以通过在室外建立基准站的方式，在室外区域达到30厘米的定位精度，目前市场上已经有多个厂家提供北斗的高精度定位板卡，通过购买使用许可，即可实现对于车辆等进行高精度定位。

然而在一些大型厂区，比如露天矿场、机场、大型的园区等，有大量的无动力设备和装置等物体，如果要做到高精度的定位，通过对每个设备安装北斗RTK的定位装置，几乎不可能，主要有以下难点：（1）单个定位装置成本高昂，动辄几千元，无法大面积部署。（2）耗电较高，即使客户能够承担成本，具体运营维护也比较困难，需要经常换电池或者充电等。

因此，亟需一种能够克服上述缺点的高精度定位物体的方法。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种利用北斗RTK和蓝牙信标定位物体的方法，其通过对移动的车辆安装集成有蓝牙模块的北斗RTK高精度定位设备，同时在无动力设备上安装蓝牙信标，车辆经过无动力设备附近时，服务器软件通过计算，获取信标位置，有效降低了运营维护成本。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种利用北斗RTK和蓝牙信标定位物体的***，包括，

一车载定位设备，安装于移动的车辆上，所述车载定位设备包括一中控模块和分别与中控模块电性连接的北斗RTK模块及蓝牙模块；

一蓝牙信标，安装于待定位的无动力设备上，所述蓝牙信标用于发送广播信号，所述广播信号包括所述无动力设备的编号；

所述中控模块还电性连接有一回传模块，所述中控模块控制所述蓝牙模块采集所述蓝牙信标发送的广播信号并判断信号强度，控制所述北斗RTK模块获取车辆坐标，并将所述广播信息、所述信号强度和所述车辆坐标通过回传模块上传至与回传模块无线连接的服务器，所述服务器通过接收到的数据计算获取所述蓝牙信标的坐标。

优选地，所述蓝牙信标按照每秒两次的频率进行广播，发送广播信号。

本发明还提供一种利用北斗RTK和蓝牙信标定位物体的方法，包括，

步骤S1：安装车载定位设备的车辆在待定位无动力设备上安装的蓝牙信标的信号范围内进行移动，车载定位设备的中控模块控制蓝牙模块实时接收所述蓝牙信标发送的广播信号并判断信号强度；

步骤S2：所述中控模块控制与中控模块通信的北斗RTK模块随机获取车辆的三组位置信息，分别为位置P1、位置P2和位置P3；

步骤S3：所述中控模块将随机获取的三组位置信息及对应的广播信号、信号强度数据通过回传模块上传至服务器；

步骤S4：根据信号强度与距离的关系，所述服务器通过每组位置信息对应的信号强度，分别计算得到位置P1与蓝牙信标的距离D1、位置P2与蓝牙信标的距离D2和位置P3与蓝牙信标的距离D3；

步骤S5：根据球面距离公式，所述服务器通过三组位置信息和步骤S4计算得到的D1、D2和D3，分别计算得到三组均包含所述蓝牙信标的经、纬度未知数的关系式，再通过将三组均包含相同两个未知数的关系式两两排列组合，得到三组蓝牙信标的坐标经纬度的解；

步骤S6：对三组蓝牙信标的坐标经纬度取平均值或者中值，最终得到蓝牙信标的精确坐标。

优选地，所述蓝牙信标按照每秒两次的频率进行广播，发送广播信号。

优选地，所述步骤S4中信号强度与距离的关系为：

上式中，rssi为信号强度，abs（rssi）为信号强度的绝对值，a为距离蓝牙信标一米处的信号强度，n为环境减弱因子，d为信号强度rssi测得处与蓝牙信标之间的距离。

优选地，所述步骤S5中的球面距离公式为：

上式中，r为球体半径；和/>分别为球面上一点的经度角和纬度角，/>和/>分别为球面上另一点的经度角和纬度角；/>为球面上所述一点和所述另一点之间的角度角，L为球面上所述一点和所述另一点之间的距离。

优选地，设定蓝牙信标的位置为位置P4，当所述方法应用于南半球时，所述服务器根据所述球面距离公式计算得到的包含所述蓝牙信标的经、纬度未知数的关系式为：

上式中，R为地球半径，具体值为6371.004km；和/>分别为位置P的经度角和纬度角，/>和/>分别为蓝牙信标位置P4的经度角和纬度角；D为位置P与蓝牙信标位置P4之间的距离，所述位置P包括位置P1、位置P2和位置P3；

所述服务器将位置P1、位置P2和位置P3的经纬度坐标以及位置P1与蓝牙信标的距离D1、位置P2与蓝牙信标的距离D2和位置P3与蓝牙信标的距离D3代入上式，得到三组均包含所述蓝牙信标位置P4的经、纬度未知数的关系式。

优选地，设定蓝牙信标的位置为P4，当所述方法应用于北半球时，所述服务器根据所述球面距离公式计算得到的包含所述蓝牙信标的经、纬度未知数的关系式为：

上式中，R为地球半径，具体值为6371.004km；和/>分别为位置P的经度角和纬度角，/>和/>分别为蓝牙信标位置P4的经度角和纬度角；D为位置P与蓝牙信标位置P4之间的距离，所述位置P包括位置P1、位置P2和位置P3；

所述服务器将位置P1、位置P2和位置P3的经纬度坐标以及位置P1与蓝牙信标的距离D1、位置P2与蓝牙信标的距离D2和位置P3与蓝牙信标的距离D3代入上式，得到三组均包含所述蓝牙信标位置P4的经、纬度未知数的关系式。

本发明的有益效果在于：本发明在移动的车辆上安装集成有蓝牙模块的北斗RTK高精度设备，同时在待定位的无动力设备上安装蓝牙信标，车载定位设备通过采集信标数据并获取车辆坐标，计算得到无动力设备的坐标；仅需在移动的车辆上安装车载定位设备，大幅降低了大量设备进行高精度定位的成本，同时蓝牙信标的耗电低，提升了设备定位的电池工作时间，降低了设备运营维护的成本。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例提供的一种利用北斗RTK和蓝牙信标定位物体的***的硬件结构连接示意图；

图2为本发明实施例提供的一种利用北斗RTK和蓝牙信标定位物体的方法的模型示意图。

附图标记说明：

1-车载定位设备，11-中控模块，12-北斗RTK模块，13-蓝牙模块，14-回传模块，2-蓝牙信标，3-服务器。

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。

实施例

如图1和图2所示，本发明提供了一种利用北斗RTK和蓝牙信标定位物体的***，包括，

一车载定位设备1，安装于移动的车辆上，车载定位设备1包括一中控模块11和分别与中控模块11电性连接的北斗RTK模块12及蓝牙模块13；

一蓝牙信标2，安装于待定位的无动力设备上，蓝牙信标2用于发送广播信号，广播信号包括无动力设备的编号；

中控模块11还电性连接有一回传模块14，当安装有车载定位设备1的车辆经过蓝牙信标2附近时，中控模块11多次控制蓝牙模块13采集蓝牙信标2发送的广播信号并判断信号强度，控制北斗RTK模块12获取车辆坐标，并将广播信息、信号强度和车辆坐标通过回传模块14上传至与回传模块14无线连接的服务器3，服务器3通过多次接收到的数据计算获取蓝牙信标2的坐标，也就是待定位的无动力设备的坐标。

作为本发明的一种优选的实施方式，蓝牙信标2按照每秒两次的频率进行广播，发送广播信息。

相比于传统的GPS定位，蓝牙信标2具有耗电量小、定位精准、方便室内使用等优势，同时具备发送信息的“信”功能和标明位置的“标”功能。又由于蓝牙信标2可以不间断发送信号，一旦集成有蓝牙模块13的车载定位设备1进入蓝牙信标2的信号覆盖范围内，就可以形成车载端的自动应答机制，无需用户多余的手动操作，即可以实现信息接收功能。

本发明中，蓝牙信标2的“信”功能指包含无动力设备的设备编号的广播信号，“标”功能指广播信号的信号强度，与回传模块14无线连接的服务器3根据信号强度与距离的关系和球面距离公式，通过计算可获得蓝牙信标2的坐标，即无动力设备的坐标。

本发明还提供了一种基于上述***的利用北斗RTK和蓝牙信标定位物体的方法，包括，

步骤S1：安装车载定位设备1的车辆在待定位无动力设备上安装的蓝牙信标2的信号范围内进行移动，车载定位设备1的中控模块11控制蓝牙模块13实时接收蓝牙信标2发送的广播信号并判断信号强度；

步骤S2：中控模块11控制与中控模块11通信的北斗RTK模块12随机获取车辆的三组位置，分别为位置P1、位置P2和位置P3；

步骤S3：中控模块11将随机获取的三组位置信息及对应的广播信号、信号强度数据通过回传模块14上传至服务器3；

步骤S4：根据信号强度与距离的关系，服务器3通过每组位置信息对应的信号强度，分别计算得到位置P1与蓝牙信标2的距离D1、位置P2与蓝牙信标2的距离D2和位置P3与蓝牙信标2的距离D3；

步骤S5：根据球面距离公式，服务器3通过三组位置信息和步骤S4计算得到的D1、D2和D3，分别计算得到三组均包含蓝牙信标2的经、纬度未知数的关系式，再通过将三组均包含相同两个未知数的关系式两两排列组合，得到三组蓝牙信标2的坐标经纬度的解；

步骤S6：对三组蓝牙信标2的坐标经纬度取平均值或者中值，最终得到蓝牙信标2的精确坐标。

作为本发明的一种优选的实施方式，蓝牙信标2按照每秒两次的频率进行广播，发送广播信号。当安装有车载定位设备1的车辆经过蓝牙信标2附近时，蓝牙模块13会接收到蓝牙信标2的广播信号及其信号强度。

作为本发明的一种优选的实施方式，步骤S4中信号强度与距离的关系为：

上式中，rssi为信号强度，abs（rssi）为信号强度的绝对值，a为距离蓝牙信标2一米处的信号强度，n为环境减弱因子，d为信号强度rssi测得处与蓝牙信标2之间的距离。

通过上述计算方式，服务器3根据蓝牙模块13接收到的广播信号的信号强度，可以计算得到位置P1到蓝牙信标2位置的距离D1、位置P2到蓝牙信标2位置的距离D2和位置P3到蓝牙信标2位置的距离D3。

作为本发明的一种优选的实施方式，步骤S5中的球面距离公式为：

上式中，r为球体半径；和/>分别为球面上一点的经度角和纬度角，/>和/>分别为球面上另一点的经度角和纬度角；/>为球面上一点和另一点之间的角度角，L为球面上一点和另一点之间的距离。

作为本发明的一种优选的实施方式，设定蓝牙信标2的位置为位置P4，当上述方法应用于南半球时，服务器3根据球面距离公式计算得到的包含蓝牙信标2的经、纬度未知数的关系式为：

上式中，R为地球半径，具体值为6371.004km；和/>分别为位置P的经度角和纬度角，/>和/>分别为蓝牙信标2位置P4的经度角和纬度角；D为位置P与蓝牙信标2位置P4之间的距离，位置P包括位置P1、位置P2和位置P3；

服务器3将位置P1、位置P2和位置P3的经纬度坐标以及位置P1与蓝牙信标2的距离D1、位置P2与蓝牙信标2的距离D2和位置P3与蓝牙信标2的距离D3代入上式，得到三组均包含蓝牙信标2位置P4的经、纬度未知数的关系式。

作为本发明的一种优选的实施方式，设定蓝牙信标2的位置为P4，当方法应用于北半球时，服务器3根据球面距离公式计算得到的包含蓝牙信标2的经、纬度未知数的关系式为：

上式中，R为地球半径，具体值为6371.004km；和/>分别为位置P的经度角和纬度角，/>和/>分别为蓝牙信标2位置P4的经度角和纬度角；D为位置P与蓝牙信标2位置P4之间的距离，位置P包括位置P1、位置P2和位置P3；

服务器3将位置P1、位置P2和位置P3的经纬度坐标以及位置P1与蓝牙信标2的距离D1、位置P2与蓝牙信标2的距离D2和位置P3与蓝牙信标2的距离D3代入上式，得到三组均包含蓝牙信标2位置P4的经、纬度未知数的关系式。

本实施方式中应用于北半球的方法和上述应用于南半球的方法，两者运用的公式（球面距离公式）原理一致，当公式中的位置坐标位于北半球时，需要对经度坐标进行正负处理，对纬度坐标进行90°-的处理，即得到：

，考虑到余弦函数的性质，不对经度坐标作正负处理，仅对涉及到的正弦函数部分作取余角处理，经过化简，即可得到本实施方式中服务器3根据球面距离公式计算得到的包含蓝牙信标2的经、纬度未知数的关系式。

通过上述计算方式，服务器3将先前计算得到的D1、D2和D3依次代入等式左边的D，再将通过北斗RTK模块12获取到的位置P1、位置P2和位置P3代入等式右边的和/>，计算得到三组均包含/>和/>（蓝牙信标2位置P4的经纬度坐标）未知数的方程式。

具体的，基于位置P1及其对应的D1和位置P2及其对应的D2，可以求解出和的第一组方程解P4-1（/>，/>）；基于位置P1及其对应的D1和位置P3及其对应的D3，可以求解出/>和/>的第二组方程解P4-2（/>，/>）；基于位置P2及其对应的D2和位置P3及其对应的D3，可以求解出/>和/>的第三组方程解P4-3（/>，/>）。

进一步地，对服务器3软件求解出的三组方程解P4-1、P4-2和P4-3的三个坐标经纬度分别求平均，得到蓝牙信标2的（无动力设备）的经纬度坐标为（，）；还可以通过对三个坐标经纬度求中值的方式获得最终的精确的无动力设备位置。

不局限于取三个位置信息及其对应的广播信号和信号强度，本发明所提供方法的步骤2还可以取更多的测量位置，利用更多的数据进行求解，从而对无动力设备精确位置进行估算。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种利用北斗RTK和蓝牙信标定位物体的方法，其特征在于，包括，

步骤S1：安装车载定位设备的车辆在待定位无动力设备上安装的蓝牙信标的信号范围内进行移动，车载定位设备的中控模块控制蓝牙模块实时接收所述蓝牙信标发送的广播信号并判断信号强度；

步骤S2：所述中控模块控制与中控模块通信的北斗RTK模块随机获取车辆的三组位置信息，分别为位置P1、位置P2和位置P3；

步骤S3：所述中控模块将随机获取的三组位置信息及对应的广播信号、信号强度数据通过回传模块上传至服务器；

步骤S4：根据信号强度与距离的关系，所述服务器通过每组位置信息对应的信号强度，分别计算得到位置P1与蓝牙信标的距离D1、位置P2与蓝牙信标的距离D2和位置P3与蓝牙信标的距离D3；

步骤S5：根据球面距离公式，所述服务器通过三组位置信息和步骤S4计算得到的D1、D2和D3，分别计算得到三组均包含所述蓝牙信标的经、纬度未知数的关系式，再通过将三组均包含相同两个未知数的关系式两两排列组合，得到三组蓝牙信标的坐标经纬度的解；

步骤S6：对三组蓝牙信标的坐标经纬度取平均值或者中值，最终得到蓝牙信标的精确坐标。

2.根据权利要求1所述的一种利用北斗RTK和蓝牙信标定位物体的方法，其特征在于，所述蓝牙信标按照每秒两次的频率进行广播，发送广播信号。

3.根据权利要求1所述的一种利用北斗RTK和蓝牙信标定位物体的方法，其特征在于，所述步骤S4中信号强度与距离的关系为：

上式中，rssi为信号强度，abs（rssi）为信号强度的绝对值，a为距离蓝牙信标一米处的信号强度，n为环境减弱因子，d为信号强度rssi测得处与蓝牙信标之间的距离。

4.根据权利要求1所述的一种利用北斗RTK和蓝牙信标定位物体的方法，其特征在于，所述步骤S5中的球面距离公式为：

上式中，r为球体半径；和/>分别为球面上一点的经度角和纬度角，/>和/>分别为球面上另一点的经度角和纬度角；/>为球面上所述一点和所述另一点之间的角度角，L为球面上所述一点和所述另一点之间的距离。

5.根据权利要求4所述的一种利用北斗RTK和蓝牙信标定位物体的方法，其特征在于，设定蓝牙信标的位置为位置P4，当所述方法应用于南半球时，所述服务器根据所述球面距离公式计算得到的包含所述蓝牙信标的经、纬度未知数的关系式为：

上式中，R为地球半径，具体值为6371.004km；和/>分别为位置P的经度角和纬度角，/>和/>分别为蓝牙信标位置P4的经度角和纬度角；D为位置P与蓝牙信标位置P4之间的距离，所述位置P包括位置P1、位置P2和位置P3；

所述服务器将位置P1、位置P2和位置P3的经纬度坐标以及位置P1与蓝牙信标的距离D1、位置P2与蓝牙信标的距离D2和位置P3与蓝牙信标的距离D3代入上式，得到三组均包含所述蓝牙信标位置P4的经、纬度未知数的关系式。

6.根据权利要求4所述的一种利用北斗RTK和蓝牙信标定位物体的方法，其特征在于，设定蓝牙信标的位置为P4，当所述方法应用于北半球时，所述服务器根据所述球面距离公式计算得到的包含所述蓝牙信标的经、纬度未知数的关系式为：

上式中，R为地球半径，具体值为6371.004km；和/>分别为位置P的经度角和纬度角，/>和/>分别为蓝牙信标位置P4的经度角和纬度角；D为位置P与蓝牙信标位置P4之间的距离，所述位置P包括位置P1、位置P2和位置P3；

所述服务器将位置P1、位置P2和位置P3的经纬度坐标以及位置P1与蓝牙信标的距离D1、位置P2与蓝牙信标的距离D2和位置P3与蓝牙信标的距离D3代入上式，得到三组均包含所述蓝牙信标位置P4的经、纬度未知数的关系式。