一种智能球场定位系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及大数据技术领域，提供了一种智能球场定位系统及方法，该系统包括运动点的位置及速度采集终端、基站设备、管理服务器及数据服务器，所述位置及速度采集终端、基站设备、管理服务器及数据服务器通过网络相互通信连接。本发明专利技术的智能球场定位方法，包括位置及速度采集终端获取运动点的t时刻的位置

An intelligent stadium positioning system and method

The present invention relates to the technical field of big data, and provides an intelligent pitch positioning system and method, the system includes moving the position and speed of acquisition terminal, base station equipment, management server and data server, the position and speed of acquisition terminal, base station equipment, management server and data server through network communication connection. The method of intelligent stadium positioning, which includes position and speed acquisition terminal to obtain the position of t moment of motion point

【技术实现步骤摘要】
一种智能球场定位系统及方法
本专利技术大数据
，具体涉及一种智能球场定位系统及方法。
技术介绍
智能球场定位系统基于智能设备及大数据处理实现对球场中运动数据的实时采集及分析。由于在球场上的运动点类型繁多，各种类型的运动点数据的精准采集和精准分析是目前大数据处理中不懈追求的目标。为了精准采集球场的运动点，例如球员、球、裁判等，并分析上述各类型运动点的精准动作信息，这本身是一项极为复杂的大数据处理工程，在现有的大数据处理技术中，由于数据采集点的多样性，数据处理源的复杂性，以及数据处理复杂程度，都造成了个运动点实时动态定位的误差，无法精准高效实时地定位。
技术实现思路
为此，需要提供一种精准定位的智能球场定位系统及方法，该系统结合了设置在各种类运动点的智能设备或智能可穿戴设备，并通过设计一个全新的通信网络架构，使处于该通信网络架构下的各运动点之间数据的交互和数据传输变得更为高效，再结合基于立体时空维度的定位追踪演算法，来得到各运动点的精准实时定位信息。为实现上述目的，本专利技术提供了一种精准定位的智能球场定位系统，包括运动点的位置及速度采集终端、至少三个基站设备、管理服务器及数据服务器，所述位置及速度采集终端设置在运动点上并随着运动点的移动而发生位移，所述位置及速度采集终端与每一基站设备通过无线网络连接，每一基站设备分别与数据服务器通过无线或有线网络连接，所述管理服务器和数据服务器通过同一网络部署，所述位置及速度采集终端广播自身标识符与讯号至各个基站设备。进一步的，所述运动点包括球、球员和/或球场工作人员。本专利技术还提供了一种精准定位的智能球场定位方法，适用于上述系统，所述位置及速度采集终端获取运动点的t时刻广播讯号并发送至基站设备，所述基站设备根据接收的广播讯号计算出运动点t时刻到每一基站的传播时间讯号并传输到数据服务器，数据服务器根据所述传播时间讯号计算出距离任意两个基站设备的距离差ri,j,t，，并根据距离差ri,j,t进行预处理，剔除异常基站传播时间讯号，得到运动点t时刻接收的正常基站传播时间讯号，并根据运动点t时刻接收到的正常基站传播时间讯号个数，经过到达时间差多点定位步骤，计算出运动点t时刻的定位位置，再根据运动点t时刻的定位位置，经过定位状态侦测步骤判定该定位位置的定位状态为定位异常状态或定位有效状态，最后根据运动点t时刻的定位位置及定位状态经过修正定位与计算速度向量步骤，得到运动点t时刻的速度向量。进一步的，所述广播讯号包括位置pt及速度vt，t时刻的位置为pt=[px,tpy,t]，其中，pt为运动点在时间t时的2维位置向量，px,t,py,t分别代表运动点在时间t时x,y轴上的座标。进一步的，t时刻的速度为vt=[vx,tvy,t]，其中，vt为运动点在时间t时的2维速度向量，vx,t,vy,t分别代表运动点在时间t时x,y轴上的速度分量。进一步的，运动点t时刻距离最近两基站设备的距离差ri,j,t计算公式如下：ri,j,t=di,t−dj,t=δi,j,t∗c，ri,j,t为运动点在时间t时与基站i跟基站j之间距离差，di,t为运动点在时间t时离基站i的距离，δi,j,t为运动点在时间t时根据基站i跟基站j所接收到的讯号传播时间值所计算的时间差，c为信号传播速度，该c可为光速。进一步的，所述预处理步骤具体如下，从时间t过去五秒所计算出的距离差的分布[ri,j,t,ri,j,t−1,ri,j,t−2...ri,j,t−K],∀i≠j计算变异数σ2r,i,j，当σ2r,i,j.大于预设的变异数阀值σ2max=10，则在时间t时给予第i基站与第j基站一分，若当一个基站在时间t的时候分数超过三分，则判定该基站为异常基站，并排除由该基站传送的传播时间讯号。该预处理判断传播时间讯号质量，侦测并排除有高噪声的讯息，进而减低因网络因素而产生的频率不同步、非直视性等误差所造成的定位误差。进一步的，所述到达时间差多点定位步骤具体如下：当系统在时间t时接收到大于3个来自不同的基站传播时间讯号:利用基于约束加权最小二乘法的到达时间差多点定位演算法来计算运动点在时间t时的定位位置.，该到达时间差多点定位演算法的设定参数为最大叠代次数2，当系统在时间t时接收到3个来自不同的基站传播时间讯号:利用基于球面内插(SphericalInterpolation)的到达时间差多点定位演算法来计算运动点在时间t时的定位位置。进一步的，所述定位状态侦测步骤具体如下：(1)若在时间t里接收到小于三个来自不同基站传播时间讯号因而无法利用到达时间差多点定位演算法来计算定位点的位置,则判断在时间t时的定位状态为定位异常状态。(2)若在时间t里的第二阶段利用到达时间差多点定位演算法来计算定位点的位置pt与在上一个时间(t-k)判断定位有效状态的位置pt−k之间的距离超过预设的阀值dvalid,判断在时间t时的定位状态为定位异常状态，(3)若在时间t里的第二阶段利用到达时间差多点定位演算法来计算定位点的位置pt与在上一个时间(t-k)判断定位有效状态的位置pt−k之间的距离小于或等于预设的阀值dvalid,判断在时间t时的定位状态为定位有效状态，dvalid的计算方式如下:dvalid=d0∗δt∗fs，d0为距离阀值初始值并设定为1米,δt为时间t与时间(t–k)之间的差异而fs为系统采样频率并且设定为20Hz。进一步的，所述修正定位与计算速度向量步骤具体如下：当定位状态为定位有效状态:利用线性卡尔曼滤波器(KalmanFilter)来计算球/球员的速度向量并且修正在到达时间差多点定位步骤所计算出的定对位置，其设定与参数如下:在时间t时的状态向量st设定为:st=[ptvt]=[px,tpy,tvx,tvy,t]在时间t时的状态变换模型矩阵A设定为:为采样率并设定为0.05秒.在时间t时的过程噪声的共变异数矩阵Q设定为:qp=1,qv=5在时间t时的观测模型矩阵H设定为:在时间t时的观测噪声的共变异数矩阵R设定为:rx=ry=10当定位状态为定位异常状态:根据在时间(t-1)时预测的位置与速度计算现在时间t的位置:另外根据在时间(t-1)时所预测的速度,利用指数衰减函数来计算预测现在时间t时的速度:vt=α∗vt−1,0<α<1,α为衰减参数并设定为0.90。区别于现有技术，上述技术方案具有以下有益效果：本专利技术通过全新的定位点及定位基站网络架构设置，所有定位点上部署位置及速度采集终端，并且该位置及速度采集终端通过最高速的数据交互通道来实现信号的实时传递，极大提高了数据的传输效率。本专利技术通过对首先采集的运动点的t时刻的位置pt及速度vt进行初筛，剔除异常基站传播时间讯号，再依次经过到达时间差多点定位步骤、定位状态侦测步骤、修正定位与计算速度向量逐层递进，最终得到精准的运动点t时刻的速度向量，极大提高了定位效率，提高了智能球场大数据处理效率。本专利技术的定位追踪算法能先做预处理判断传播时间讯息质量，侦测并排除有高噪声的讯息，进而减低因网络因素而产生的频率不同步，非直视性传播等误差所造成的定位误差。本专利技术的定位追踪算法能够在传播时间讯息不足的情况下持续准确的预测卷标的位置与速度信息。附图说明图1为本专利技术实施例的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精准定位的智能球场定位系统，其特征在于：包括运动点的位置及速度采集终端、至少三个基站设备、管理服务器及数据服务器，所述位置及速度采集终端设置在运动点上并随着运动点的移动而发生位移，所述位置及速度采集终端与每一基站设备通过无线网络连接，每一基站设备分别与数据服务器通过无线或有线网络连接，所述管理服务器和数据服务器通过同一网络部署，所述位置及速度采集终端广播自身标识符与讯号至各个基站设备。

【技术特征摘要】
1.一种精准定位的智能球场定位系统，其特征在于：包括运动点的位置及速度采集终端、至少三个基站设备、管理服务器及数据服务器，所述位置及速度采集终端设置在运动点上并随着运动点的移动而发生位移，所述位置及速度采集终端与每一基站设备通过无线网络连接，每一基站设备分别与数据服务器通过无线或有线网络连接，所述管理服务器和数据服务器通过同一网络部署，所述位置及速度采集终端广播自身标识符与讯号至各个基站设备。2.根据权利要求1所述的一种精准定位的智能球场定位系统，其特征在于：所述运动点包括球、球员和/或球场工作人员。3.一种精准定位的智能球场定位方法，适用于权利要求1或2的系统，其特征在于：所述位置及速度采集终端获取运动点的t时刻的广播讯号并发送至基站设备，所述基站设备根据接收的广播讯号计算出运动点t时刻到每一基站的传播时间讯号并传输到数据服务器，数据服务器根据所述传播时间讯号计算出运动点t距离任意两个基站设备的距离差ri,j,t，，并根据距离差ri,j,t进行预处理，剔除异常基站传播时间讯号，得到运动点t时刻接收的正常基站传播时间讯号，并根据运动点t时刻接收到的正常基站传播时间讯号个数，经过到达时间差多点定位步骤，计算出运动点t时刻的定位位置，再根据运动点t时刻的定位位置，经过定位状态侦测步骤判定该定位位置的定位状态为定位异常状态或定位有效状态，最后根据运动点t时刻的定位位置及定位状态经过修正定位与计算速度向量步骤，得到运动点t时刻的速度向量。4.根据权利要求3所述的一种精准定位的智能球场定位方法，其特征在于：所述广播讯号包括位置pt及速度vt，t时刻的位置为pt=[px,tpy,t]，其中，pt为运动点在时间t时的2维位置向量，px,t,py,t分别代表运动点在时间t时x,y轴上的座标。5.根据权利要求3所述的一种精准定位的智能球场定位方法，其特征在于：t时刻的速度为vt=[vx,tvy,t]，其中，vt为运动点在时间t时的2维速度向量，vx,t,vy,t分别代表运动点在时间t时x,y轴上的速度分量。6.根据权利要求3所述的一种精准定位的智能球场定位方法，其特征在于：运动点t时刻距离最近两基站设备的距离差ri,j,t计算公式如下：ri,j,t=di,t−dj,t=δi,j,t∗c，ri,j,t为运动点在时间t时与基站i跟基站j之间距离差，di,t为运动点在时间t时离基站i的距离，δi,j,t为运动点在时间t时根据基站i跟基站j所接收到的讯号传播时间值所计算的传播时间差，c为信号传播速度。7.根据权利要求4所述的一种精准定位的智能球场定位方法，其特征在于：所述预处理步骤具体如下，从时间t过去五秒所计算出的距离差的分布[ri,j,t,ri,j,t−1,ri,j,t−2...ri,j,t−K],∀i≠j...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建成，张也雷，韩步勇，罗向望，郭岱硕，
申请(专利权)人：简极科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35