自主式移动对象室内三维定位跟踪系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及了一种自主式移动对象室内三维定位跟踪系统与方法。其系统由信息处理主机、总路由器、路由器、信息采集设备、自主式定位跟踪设备、参考坐标节点组组成；其方法的操作步骤是：参考坐标节点发送数据、室内定位及修正、信息采集设备采集数据并发送、信息处理主机显示。采用本发明专利技术，不仅能够在二维平面内实现人、动物、物体等移动对象的定位跟踪，更能够在三维空间内实现移动对象的定位。本发明专利技术其系统结构简单、成本低廉；其方法操作简便、性能优异，为实现基于位置的服务奠定了基础，其适用于各种布局的室内定位跟踪场所，比如机场、火车站、医院或商场等大型复杂场所。

【技术实现步骤摘要】
自主式移动对象室内H维定位跟踪系统与方法
本专利技术涉及了一种自主式移动对象室内H维定位跟踪系统与方法，特别是一种具 有H维定位功能的自主式移动对象室内H维定位跟踪系统与方法。
技术介绍
随着移动通信技术的发展，人们对于位置信息的需求不断增长，基于位置的服务 LBS化ocation Based Services)也越来越受到人们关注。基于位置的服务就是基于地理 位置数据开展的服务，所W定位技术是其关键。 目前定位系统依据定位环境可分为室外定位和室内定位两种，室外定位主要有 全球定位系统（GPS, Global F*ositioning System)和蜂窝无线定位（Cellular wireless location)。由于室内定位的出发点不同，GI^和蜂窝无线定位系统不再适用于室内。所W， 目前实现整个基于位置服务的关键是精确、实时的室内定位技术。 现阶段研究得最多的室内定位技术是基于射频信号的定位技术和算法，它们都需 要移动通信基站、无线网络接入点、信号发射培或中继器等外部设施支持，而且所需测量的 信号强度指示RSSI (RSSLReceived Si即al Strength Indicator)值等对环境的依赖性 太强，如果室内环境发生变化，增加或者减少一个遮挡物，都会导致在室内的每一个点上的 RSSI特性发生变化，从而导致当前的数据库及定位算法不再适用。可见该些方法所受室内 环境的限制太大，只适用于相对简单和开阔的室内环境，适应性和灵活性较差。 近年来，由于微电机系统（MEMS, Micro Electro Mechanical System)的发展，各 种传感器尺寸不断变小，成本降低，出现了各类微传感器。MEMS微传感器与传统传感器相比 具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、测量范围大、可靠性好、易于集成到终端设备中等优 点，使得人们把室内定位技术的目光投向了具有自主特性的惯性导航系统（INS，Inertial 化vigation System),自主式导航运用在室内定位就不需要引入外界的信息便可完成室内 H维定位跟踪。降低了对环境的依赖性，定位精度不会因为环境的变化而出现大幅度的波 动，稳定性和灵活性好。为了提高精准度，配合参考坐标节点组进行位置修正，既能够不受 室内环境的限制，又能够获得较高的精度。 本专利技术提出了一种自主式移动对象室内H维定位跟踪系统与方法，采用本专利技术， 不仅能够在二维平面内实现人、动物、物体等移动对象的定位跟踪，更能够在H维空间内实 现移动对象的定位。适用于各种布局的室内定位跟踪场所，比如机场、火车站、医院或商场 等大型复杂场所。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术存在的弊端，提供一种自主式移动对象室内H维 定位跟踪系统与方法，其系统结构简单、成本低廉，其方法操作简便、性能优异。 为达上述目的，本专利技术采用下述技术方案： 一种自主式移动对象室内H维定位跟踪系统，由信息处理主机、总路由器、路由器、信 息采集设备、自主式定位跟踪设备和参考坐标节点组组成，其特征在于：所述信息处理主机 与总路由器之间W有线的方式连接；总路由器与路由器之间W有线的方式连接；路由器与 信息采集设备之间W有线的方式连接；信息采集设备与自主式定位跟踪设备之间W无线的 方式连接；自主式定位跟踪设备与参考坐标节点组之间W无线的方式连接。 上述的路由器共有/7台，根据系统的规模，/7的大小可变；信息采集设备一个房间 配备一台，根据房间的数量，a和的大小可变；自主式定位跟踪设备共有U台，根据使用人 员的数量，U的大小可变；参考坐标节点组共有K台，根据系统的规模，K的大小可变；其中 /7、3、K可^全部相等，或者部分相等，或者全部不相等。 上述的参考坐标节点组有H种构成方式： 互:参考坐标节点组由两个构成直线的参考坐标节点组成；愛参考坐标节点组由H个构成 等边H角形的参考坐标节点组成；1?参考坐标节点组由四个构成正方形的参考坐标节点 组成；参考坐标节点组用W上H种构成方式任意摆放在房间内，其中的一组摆放在房间的 口口作为参考原点。 上述的参考坐标节点的电路结构；一个微处理器1连接一个存储模块1、一个设备 号及坐标设置模块1、一个显示模块1、一个开关1和一个无线数据收发模块1，所述无线数 据收发模块1连接一根天线1，所述开关1也连接存储模块1、设备号及坐标设置模块1、显 示模块1、无线数据收发模块1 W及一个电池1 ;所述无线数据收发模块1包含有一个无线 局域网模块1 W及一个蓝牙模块1。 上述的自主式定位跟踪设备的电路结构；一个微处理器2连接一个显示模块2、一 个微电机系统(MEMS)模块、一个开关2、一个设备号及坐标设置模块2、一个无线数据收发 模块2和一个存储模块2,所述无线数据收发模块2连接一根天线2,所述开关2也连接显 示模块2、微电机系统(MEMS)模块、设备号及坐标设置模块2、无线数据收发模块2、存储模 块2 W及一个电池2。 上述的微电机系统（MEMS)模块包含有一个气压计、一个巧螺仪、一个地磁感应器 W及一个加速计；所述无线数据收发模块2包含有一个无线局域网模块2 W及一个蓝牙模 块2。 一种自主式移动对象室内H维定位跟踪方法，其特征在于操作步骤如下；1)参考 坐标节点发送数据，2)室内定位及修正，3)信息采集设备采集数据并发送，4)信息处理主机 、1以 /Jn O 上述的步骤1)、步骤3)中，各种工作流程运行中，在参考坐标节点至自主式定位 跟踪设备的发送数据峽为参考坐标节点至自主式定位跟踪设备数据峽；在自主式定位跟踪 设备和信息采集设备之间的收发数据峽包括自主式定位跟踪设备至信息采集设备数据峽 和信息采集设备至自主式定位跟踪设备数据峽；在信息采集设备和信息处理主机之间的收 发数据峽包括信息采集设备至信息处理主机数据峽和信息处理主机至信息采集设备数据 中贞。 上述的步骤1)中，参考坐标节点至自主式定位跟踪设备数据峽由同步码1、参考 坐标节点设备号、J坐标1、_7坐标1、Z坐标1、纠错码1组成江坐标代表平面横坐标，_7坐 标代表平面纵坐标，Z坐标代表垂直平面坐标。 上述的步骤3)中，自主式定位跟踪设备至信息采集设备数据峽由同步码2、自主 式定位跟踪设备号I、x坐标2、_f坐标2、Z坐标2、纠错码2、校验I组成。 上述的步骤3)中，信息采集设备至自主式定位跟踪设备数据峽由同步码3、信息 采集设备号1、确认信息1、纠错码3组成。 上述的步骤3)中，信息采集设备至信息处理主机数据峽由同步码4、信息采集设 备号2、自主式定位跟踪设备号2、x坐标3、_f坐标3、z坐标3、纠错码4、校验2组成。 上述的步骤3)中，信息处理主机至信息采集设备数据峽由同步码5、确认信息2、 纠错码5组成。 上述的步骤1)参考坐标节点发送数据：设备号及坐标设置模块1设置参考坐标 节点的参考坐标节点设备号W及坐标，显示模块1显示参考坐标节点的参考坐标节点设备 号和当前坐标，参考坐标节点根据跟踪移动对象的需要设置广播频率，参考坐标节点有两 种广播方式:至无线局域网模块1不断向外发送参考坐标节点至自主式定位跟踪设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自主式移动对象室内三维定位跟踪系统，由信息处理主机（1）、总路由器（2）、路由器（3.1、…、3.n）、信息采集设备（4.1.1、4.1.2、…、4.1.a，…，4.n.1、4.n.2、…、4.n.b）、自主式定位跟踪设备（5.1、5.2、…、5.u）和参考坐标节点组（6.1、6.2、6.3、…、6.v）组成，其特征在于：所述信息处理主机（1）与总路由器（2）之间以有线的方式连接；总路由器（2）与路由器（3.1、…、3.n）之间以有线的方式连接；路由器（3.1、…、3.n）与信息采集设备（4.1.1、4.1.2、…、4.1.a，…，4.n.1、4.n.2、…、4.n.b）之间以有线的方式连接；信息采集设备（4.1.1、4.1.2、…、4.1.a，…，4.n.1、4.n.2、…、4.n.b）与自主式定位跟踪设备（5.1、5.2、…、5.u）之间以无线的方式连接；自主式定位跟踪设备（5.1、5.2、…、5.u）与参考坐标节点组（6.1、6.2、6.3、…、6.v）之间以无线的方式连接。

【技术特征摘要】
1. 一种自主式移动对象室内三维定位跟踪系统，由信息处理主机（I)、总路由器（2)、 路由器（3.1、一、3./7)、信息米集设备（4.1.1、4.1.2、一、4.1.<3，...，4./?.1、4./7.2、...、4. /7./0、自主式定位跟踪设备（5. 1、5. 2、·、5.?)和参考坐标节点组（6. 1、6. 2、6. 3、…、 6.O组成，其特征在于：所述信息处理主机（1)与总路由器（2)之间以有线的方式连接；总 路由器（2)与路由器（3.1、…、3./?)之间以有线的方式连接；路由器（3.1、…、3./?)与信 息米集设备（4.1.1、4.1.2、...、4.1.<3，...，4./7.1、4./7.2、...、4./?.办）之间以有线的方式连 接；信息米集设备（4· 1·1、4·L2、…、4.La,…，屯/?·^·/?·〗、…、4./7./0与自主式定位 跟踪设备（5. 1、5. 2、·、5.?/)之间以无线的方式连接；自主式定位跟踪设备（5. 1、5. 2、…、 5.W)与参考坐标节点组（6. 1、6. 2、6. 3、·、6.O之间以无线的方式连接。2. 根据权利要求1所述的自主式移动对象室内三维定位跟踪系统,其特征在于：所述 路由器（3. 1、…、3./0共有/7台，根据系统的规模，/7的大小可变；信息采集设备（4. 1. 1、 4.L2、...、4.La, ...，4·/?· 1、4·/?· 2、...、4·/?·A) -个房间配备一台，根据房间的数量，a和 办的大小可变；自主式定位跟踪设备（5. 1、5. 2、…、5. ?)共有《台，根据使用人员的数量，《 的大小可变；参考坐标节点组（6. 1、6. 2、6. 3、·、6.O共有r台，根据系统的规模，r的大 小可变；其中/?、<3、仏、r可以全部相等，或者部分相等，或者全部不相等。3. 根据权利要求1所述的自主式移动对象室内三维定位跟踪系统，其 特征在于：所述参考坐标节点组（6. 1、6. 2、6. 3、…、6.O有三种构成方式： $参考坐标节点组（6. 1、6. 2、6. 3、，··、6.O由两个构成直线的参考坐标节点（7. 1、7. 2) 组成；:?参考坐标节点组（6. 1、6. 2、6. 3、·、6.r)由三个构成等边三角形的参考坐标节点 (7. 3、7. 4、7. 5)组成；③参考坐标节点组（6. 1、6. 2、6. 3、·、6.幻由四个构成正方形的参 考坐标节点（7. 6、7. 7、7. 8、7. 9)组成；参考坐标节点组（6. 1、6. 2、6. 3、...、6.O用以上三 种构成方式任意摆放在房间内，其中的一组摆放在房间的门口作为参考原点。4. 根据权利要求1所述的自主式移动对象室内三维定位跟踪系统,其特征在于：所述 参考坐标节点（7· 1、7· 2、7· 3、7· 4、7· 5、7· 6、7· 7、7· 8、7· 9)的电路结构：一个微处理器1 (8) 连接一个存储模块1 (9)、一个设备号及坐标设置模块1 (10)、一个显不模块1 (11)、一个 开关1 (13)和一个无线数据收发模块1 (14)，所述无线数据收发模块1 (14)连接一根天 线1 (15)，所述开关1 (13)也连接存储模块1 (9)、设备号及坐标设置模块1 (10)、显示模 块1 (11)、无线数据收发模块1 (14)以及一个电池1 (12);所述无线数据收发模块1 (14) 包含有一个无线局域网模块1 (14. 1)以及一个蓝牙模块1 (14.2)。5. 根据权利要求1所述的自主式移动对象室内三维定位跟踪系统,其特征在于：所述 自主式定位跟踪设备（5. 1、5. 2、·、5.?)的电路结构：一个微处理器2 (16)连接一个显 不模块2 (17)-个微电机系统模块（18)、一个开关2 (20)、一个设备号及坐标设置模块2 (21)、一个无线数据收发模块2(22)和一个存储模块2(23)，所述无线数据收发模块2(22) 连接一根天线2 (24)，所述开关2 (20)也连接显示模块2 (17)、微电机系统模块（18)、设 备号及坐标设置模块2 (21)、无线数据收发模块2 (22)、存储模块2 (23)以及一个电池2 (19)。6. 根据权利要求5所述的自主式移动对象室内三维定位跟踪系统，其特征在于：所 述微电机系统模块（18)包含有一个气压计（18. 1)、一个陀螺仪（18. 2)、一个地磁感应器 (18. 3)以及一个加速计（18. 4);所述无线数据收发模块2 (22)包含有一个无线局域网模 块2 (22. 1)以及一个蓝牙模块2 (22. 2)。7. -种自主式移动对象室内三维定位跟踪方法,采用根据权利要求1所述的自主式移 动对象室内三维定位跟踪系统进行操作，其特征在于操作步骤如下：1)参考坐标节点发送 数据（25)，2)室内定位及修正（26)，3)信息采集设备采集数据并发送（27)，4)信息处理主 机显示（28)。8. 根据权利要求7所述的自主式移动对象室内三维定位跟踪方法，其特征在于：所 述步骤1)参考坐标节点发送数据、步骤3)信息采集设备采集数据并发送中，各种工作流 程中，在参考坐标节点（7. 1、7. 2、7. 3、7. 4、7. 5、7. 6、7. 7、7. 8、7. 9)至自主式定位跟踪设备 (5. 1、5. 2、·、5. ?)的发送数据帧为参考坐标节点至自主式定位跟踪设备数据帧（29);在 自主式定位跟踪设备（5. 1、5. 2、和信息采集设备（4.I. 1、4. 1.2、…、4.La,…， 4./?. 1、4./?. 2、…、屯/?.^之间的收发数据帧包括自主式定位跟踪设备至信息采集设备数 据帧（36)和信息采集设备至自主式定位跟踪设备数据帧（44);在信息采集设备（4. 1. 1、 4. 1. 2、…、4.La,…，4./?. 1、4./?. 2、...、4./?.办）和信息处理主机（1)之间的收发数据帧包括 信息采集设备至信息处理主机数据帧（49 )和信息处理主机至信息采集设备数据帧（58 )。9. 根据权利要求8所述的自主式移动对象室内三维定位跟踪方法，其特征在于：所述 步骤1)、步骤3)中，参考坐标节点至自主式定位跟踪设备数据帧（29)由同步码1 (30)、参 考坐标节点设备号（31)、^坐标I(32)、_f坐标I(33)、z坐标1 (34)、纠错码1 (35)组成； 所述自主式定位跟踪设备至信息采集设备数据帧（36)由同步码2 (37)、自主式定位跟踪设 备号1(38)、尤坐标2(39)、_7坐标2(40)、^坐标2(41)、纠错码2(42)、校验1(43)组 成；所述信息采集设备至自主式定位跟踪设备数据帧（44)由同步码3 (45)、信息采集设备 号1 (46)、确认信息1 (47)、纠错码3 (48)组成；所述信息采集设备至信息处理主机数据 帧（49)由同步码4 (50)、信息采集设备号2 (51)、自主式定位跟踪设备号2 (52)、z坐标 3 (53)、_f坐标3 (54)、z坐标3 (55)、纠错码4 (56)、校验2 (57)组成；所述信息处理主 机至信息采集设备数据帧（58)由同步码5 (59)、确认信息2 (60)、纠错码5 (61)组成# 坐标代表平面横坐标，坐标代表平面纵坐标，z坐标代表垂直平面坐标。10. 根据权利要求7所述的自主式移动对象室内三维定位跟踪方法，其特征在于所述 步骤1)参考坐标节点发送数据（25):设备号及坐标设置模块1 (10)设置参考坐标节点 (7. 1、7. 2、7. 3、7. 4、7. 5、7. 6、7. 7、7. 8、7. 9)的参考坐标节点设备号（31)以及坐标，显示模 块I(11)显示参考坐标节点（7. 1、7. 2、7. 3、7. 4、7. 5、7. 6、7. 7、7. 8、7. 9)的参考坐标节点设 备号（31)和当前坐标，参考坐标节点（7. 1、7. 2、7. 3、7. 4、7. 5、7. 6、7. 7、7. 8、7. 9)根据跟踪 移动对象的需要设置广播频率，参考坐标节点（7. 1、7. 2、7. 3、7. 4、7. 5、7. 6、7. 7、7. 8、7. 9) 有两种广播方式无线局域网模块1 (14. 1)不断向外发送参考坐标节点至自主式定位 跟踪设备数据帧（29) ;:f:蓝牙模块1 (14. 2)不断向外发送参考坐标节点至自主式定位跟 踪设备数据帧（29)。11. 根据权利要求7所述的自主式移动对象室内三维定位跟踪方法，其特征在于所述 步骤2)室内定位及修正（26):设备号及坐标设置模块2 (21)设置自主式定位跟踪设备 (5. 1、5. 2、·、5.?/)的自主式定位跟踪设备号1 (38)，自主式定位跟踪设备（5. 1、5. 2、…、5. ^的起始点坐标有两种确定方式：X设备号及坐标设置模块2 (21)设置自主式定位跟 踪设备（5. 1、5. 2、的起始点坐标；自主式定位跟踪设备（5. 1、5. 2、从 参考坐标节点（7. 1、7. 2、7. 3、7. 4、7. 5、7. 6、7. 7、7. 8、7. 9)接收参考坐标节点至自主式定位 跟踪设备数据帧（29)，自主式定位跟踪设备（5. 1、5. 2、·、5.?)根据接收到的参考坐标节 点（7. 1、7. 2、7. 3、7. 4、7. 5、7. 6、7. 7、7. 8、7. 9)的信号强度值计算起始点坐标；显示模块2 (17)显示自主式定位跟踪设备（5. 1、5. 2、的自主式定位跟踪设备号1 (38)和起始 点坐标，微电机系统(MEMS)模块（18)中气压计（18. 1)采集气压数据、陀螺仪（18. 2)采集角 速度数据、地磁感应器（18. 3)采集磁场强度数据、加速计（18. 4)采集加速度数据，自主式 定位跟踪设备（5. 1、5. 2、根据微电机系统(MEMS)模块（18)中采集到的数据将数 据处理成三维坐标，自主式定位跟踪设备（5....

【专利技术属性】
技术研发人员：张金艺，张洪晖，王伟，李建宇，蔡春艳，陈兴秀，晏理，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31