跟踪无线信标的移动群定位系统

(一)技术领域

本发明是基于无线信标跟踪的室外/室内定位系统，定位网络由信号接收器组成，接收器的地理位置已知，且位置可调整以拓展定位网络，后台分析不同接收器收到的信标的信号，能够较精确的实现单点或多点定位。本发明能够快速拓展定位网络，精确识别靠近的无线信标，特别适合组建移动群定位网络，实现对人员/宠物的室内外全面定位覆盖。

(二)背景技术

GPS是常用的定位技术，设备通过接收太空轨道的多个卫星信号做定位运算，收到的卫星信号越多，定位精度越高。但如果在建筑内，卫星信号受到很大限制，而且衰减大，很难达到高精度。更麻烦的是建筑的临近楼层位置差别小，民用GPS测量高度误差很大，在室内定位中几乎没有实用价值。

可实现室内定位的技术有无线信号、声波、可见光及地磁场定位。无线信号需要在室内布置多个无线热点，通过读取应答器的ID码和测量信号强度来确定位置，精度有限但成本较低；超声波在室内布置多个接收机，定位器向固定的接收机发射超声波，从而获得定位器与各个接收机的距离，由此确定定位器的位置，精度较高，但需要布置大量硬件；.可见光通过天花板上的LED灯发出光信号传输ID码，应答器通过识别ID码和测量光线强度来确认位置，定位精度很高，但光信号很容易被遮挡；地磁场利用不同空间磁场差异性来定位，建筑的各楼层会分别构建各自独特的地磁场图，可以测量以确定位置并生成对应的室内地图，该系统需要事先测量和建模，前期投资大。

可以看出，上述定位技术都需要事先安装硬件或生成室内地图，由于建筑物数量极其庞大，很难做到各建筑的事先预置。设计可拓展、自学习的室内定位系统，已经成为迫切的技术需求。

注意到上述问题，本发明提出一种跟踪无线信标的群定位系统，多个信号接收器组成定位网络，接收器可以提前预置，也可以临时部署，具有很高的拓展性。无线信标使用公共频段，单向且定时发出ID码。信号的有效接收半径0～30米，接收器识别ID码，并通过手机通讯网络发送到服务器，后台程序分析不同接收器收到的ID码，依据接收器的位置坐标，确定靠近的信标的位置。本发明能够快速部署接收器，高效拓展定位网络，实现对更多区域的定位覆盖，解决GPS系统的技术缺陷，构成室内外无缝对接的创新定位系统。

(三)发明内容

GPS定位需要一整套芯片组件，比较耗电，需要经常充电，现有硬件的体积较大，随身携带不方便。采用无线信号定位相对简单，无线信标使用公共频段，定时发出特定的ID码，发送频次可调。接收器的位置预先设定，带有通讯模块，能够实时上传信标的ID码，后台程序根据不同接收器上传的ID码，计算确定信标的位置。本发明采用无线信标作为定位器，信标不接收信号，极大简化配套电路，硬件小巧，适合长期使用，无须反复充电。

本发明的信标没有GPS组件，不能直接定位。信标与接收器无须双向通讯，接收器只负责接收信标的ID码，不用发回数据。信标的信号强度专门设计，在0～30米的半径范围内可被接收器识别，超出设计范围后，接收器会过滤掉那些弱信号，视为未收到。本发明把接收器分为两类，一类是固定热点，没有GPS组件，一类是移动热点，包含GPS组件。接收器均带有通讯模块，以无线方式与手机基站连接。某个接收器收到一个信标的ID码，会将数据信息发送到基站，通过手机服务商的数据网络上传服务器，后台程序确认信标的ID码后，把这个接收器的位置标注为信标的位置，显示在电子地上，完成对信标的定位。接收器在一定时间段反复收到该ID码，说明信标位置保持不变。

以上为单点定位，精度不高。要提高定位精度，可在区域内均匀布置多个接收器，某个信标的信号被多个接收器收到，信号强度有区别，依据不同接收器的位置，通过多点定位算法，后台程序能够更精确计算信标的位置，大大提高定位精度。

基于众多建筑内缺乏定位网络的现实，本发明引入移动群定位的概念，能够快速部署定位网络。固定热点没有GPS组件，安装者通过手持的定位终端给热点定位，典型的终端是手机。安装到位后固定热点通电，自动与定位终端交换数据，后台程序以定位终端的GPS坐标作为固定热点的坐标，显示在电子地图上。移动热点能实时做GPS定位，可直接加入系统。固定热点与移动热点共同构成定位网络，实现空白区域的快速定位覆盖。

更进一步，本发明允许系统中只有移动热点，即多个手机组成定位网络，形成移动群定位系统。手机均支持WiFi与bluetooth两种公共频段，适合对应的信标。手机安装相应APP后，接收到信标的信号，然后通过无线宽带，把本机的GPS坐标和信标ID码发送到后台服务器，完成对信标的实时定位。群定位网络包括固定设备与移动设备，从而具有极好的拓展性，能够快速覆盖建筑内部或卫星信号弱的空白区域，有效弥补GPS的技术缺陷，为室内外无缝对接的定位服务提供了可能。

(四)有益效果

本发明是全新概念的移动群定位系统，定位网络由固定的接收器和移动的手机共同构成，网络拓展性好，方便临时快速部署，构成室内外无缝对接的定位系统，实现无死角全面覆盖，满足日益增长的定位服务需求，特别适合做人群监控、儿童搜索及宠物寻回。

(五)附图说明

以下结合附图对本发明加以说明，图1是本发明的传感器与系统构成图，图2是本发明的室内定位网络图，图3是本发明的室外定位网络图，图2和图3也是本发明的两个实施例，分别用于室内和室外的两种网络。

图1说明了本发明需要的传感器与系统结构，信标1是简单的无线信号源，使用公共频段，单向且定时发出ID码，发送频次可调整，且不接收信号，也不含GPS或北斗等定位组件。不同的信标具有各自特定的ID码，作用是给予定位对象唯一的身份特征。接收器接收信标的信号，分为固定热点2与移动热点3两类。固定热点2不含GPS组件，其初始位置通过手持的定位终端，依据定位终端的GPS坐标给定。固定热点2安装好通电后，自动与定位终端交换数据，后台程序以定位终端的GPS坐标作为接收器的坐标，显示在电子地图上。移动热点3可以是手机，也可以是带GPS组件的接收器，能够临时添加到定位网络中，实现网络的快速拓展。信标1的信号强度专门设计，在0～30米的半径范围内可被接收器识别，超出设计范围后，接收器会过滤掉那些弱信号，视为未收到。

固定热点2和移动热点3共同组成完整的定位网络，网络包含了永久设备和临时设备，兼顾可靠性和灵活性。固定热点2和移动热点3都包含通讯模块，能够把接收到的ID码等数据发送到基站4，然后通过手机服务商的数据网络传输给服务器5。服务器5包含后台程序，后台程序确认信标的ID码后，把接收到信号的接收器的GPS坐标作为信标的位置，显示在电子地图上，完成对信标的定位。

以上为单点定位系统，本发明也可用多个接收器接收信号，向服务器同时传输ID码和信号强度，依据不同接收器的位置，通过多点定位算法，更精确计算出信标的位置。

图2说明系统的室内网络工作原理。建筑内部有大量隔墙，人员只能通过走廊做水平移动，通过电梯或楼梯上下不同的楼层，针对性设计能有效减少定位点的数量。系统在楼梯间和电梯间设置节点接收器6，用于识别人员的垂直移动，在走廊设置方位接收器7，间隔距离根据定位精度设定，用于识别人员的水平移动，在房间内设置位置接收器8，用于识别人员在哪个房间，不同功能的接收器组成定位网络，实现室内定位全面覆盖。信标1靠近某个接收器，信号被该接收器识别，即可实时确定人员在建筑内的具体位置。

图2也是一个消防员定位工程的实施例，接收器事先预置，用于火灾现场指挥。节点接收器6监控队员的上下楼层，方位接收器7监控队员的水平移动，构成基本定位网络。位置接收器8只在人群聚集的大房间安装，监控重点区域，次要房间可以略去。火灾时可能烟雾较大，队员携带信标，由楼梯间上下，沿走廊做水平运动，可实时查到自己在室内的位置，并迅速达到人群聚集的大房间。指挥员也能够快速掌握队员在不同楼层的分布，高效指挥灭火与疏散。

图3说明系统的室外网络工作原理。固定热点2是安装在社区中的永久设备，位于社区出入口、道路的转向点及公共活动场，覆盖区内人群的主要活动流线，构成基本定位网络。移动热点3是临时布置的手机或带GPS组件的接收器，可快速扩大定位网络的覆盖面，用于临时性的定位需求。定位对象随身携带信标1，在区内移动时，信号被不同类型的接收器识别，实时确定信标的具体位置。一般情况下基本定位网络能满足需求，如需定位到具体住址，需要临时在单元门口或家里安装移动热点3。

图3也是一个传染病居家隔离的实施例，某人是密切接触者，需要居家隔离。管理者要求其24小时佩戴信标1，同时在家里临时布置一个手机做移动热点3，手机持续接收到信号，即可确认没有离家。社区出入口与道路上有永久的固定热点2，如接收到信号，说明某人准备离开社区，可以及时预警，提醒人工拦截，很好解决了自动隔离的难题。