CN102156283A - 基于指纹法储存位置信息的实时定位系统及方法 - Google Patents

基于指纹法储存位置信息的实时定位系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于指纹法储存位置信息的实时定位系统及方法，具体为，当在实时定位系统中建立不同信号强度的位置数据时，自动定位电子标签的位置和路线，从而建立位置数据库。所述系统包括：至少一个信标装置，向电子标签传送信标信号；电子标签，在任意位置，分别对从周边至少一个信标装置接收的信标信号的信号强度进行检测，并传送至特定信标装置；服务器，对输入自特定信标装置的信号强度进行分析，从而判断是否有至少一个信号强度与预设的最大值相同或超过了预设的最大值，当所述信号强度多次相同或超过预设的最大值时，将相应信标装置之间的距离均匀分段后，在各段位置上分配检测出的信号强度，并将各个位置的信号强度存储到数据库中。

Description

基于指纹法储存位置信息的实时定位系统及方法
技术领域
本发明涉及一种基于指纹法(finger printing)的实时定位系统，尤其涉及基于指纹法储存位置信息的实时定位系统及方法，当在实时定位系统中根据不同信号强度建立位置数据时，其自动地定位电子标签的位置和移动路线，从而建立位置数据库。
背景技术
实时定位系统(RTLS：Real Time Location System)是指，在施工现场、游乐园、医院等有限的空间里，对人或设备的位置进行实时定位的技术。这样的实时定位系统，根据方法可分为三角测量法和指纹法。上述三角测量法通过获得距已知的三个地点的各距离，从而求得误差为最小化时的位置。各距离，可通过将电波到达的时间(TDOA：Time Difference of Arrival)换算成距离，或者将信号的强度(RSSI：received signal strength indicator)换算成距离等方法获得。
另外，指纹法为，在特定位置记录信号的特征(如信号强度等)而建立数据库，并从数据库中找出在任意位置所获得的信号特征，从而对当前的位置进行定位的方法。这种指纹法分为，记录信号的特征并将其匹配于位置地图，从而建立数据库的预处理过程，和在数据库中找出信号特征的后处理过程。
在这里，实时定位系统主要使用无限局域网(Wireless LAN)或无线射频识别(RFID：radio frequency identification)技术。其根据使用的方法可适用于很多领域。
图1为现有技术中的利用信号强度的位置识别方法的说明图。
参照图1，电子标签(Tag)30，在任意位置通过接收来自周边的信标(beacon)装置10a～10c的信号，从而获得信号强度，并将获得的各个信标的信号强度传送至信标装置10c。
服务器50将来自信标装置10c的任意的位置信息(电子标签的位置信息，服务器已知)和该位置中的信号强度储存至数据库。
即，服务器50将所有位置和该位置的信号强度进行匹配而建立数据库，然后，当输入有来自电子标签30的特定信号强度时，对与信号强度相匹配的位置进行检索，从而进行定位。
上文所述的现有技术的位置识别方法中，在建立数据库时，通过使用特定采样用电子标签来采集数据，然而，所有的电子标签的接收灵敏度不可能都相同，因此不同电子标签之间会产生误差。另外，在空间较大的情况下，采集数据所需的时间也相对长，因此所需的时间以及成本也会相应增加。另外，射频(RF)的信号强度根据季节或天气，其特性也发生变化，因此，目前的技术中，只能每次使用特定采样用电子标签，重新建立数据库。这在时间和费用上都很不理想。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于指纹法储存位置信息的实时定位系统及方法，即在实时定位系统中，按照不同信号强度建立位置数据时，自动定位电子标签的位置和移动路线，从而建立位置数据库。
本发明所要解决的技术问题，不限于上述提及的技术问题，对未涉及的技术问题，本领域的普通技术人员能够在下述材料中明确理解。
为了达到上述目的，本发明的用于储存位置信息的实时定位系统，其特征在于，包括：至少一个信标装置，其向电子标签传送信标(Beacon)信号；电子标签，其在任意位置，分别对从周边的至少一个信标装置接收的信标信号的信号强度进行检测，并将检测出的各个信标的信号强度传送至特定信标装置；服务器，其对输入自上述特定信标装置的各个信标的信号强度进行分析，从而判断是否有至少一个信号强度与预设的最大值相同或超过了预设的最大值，当上述信号强度多次与预设的最大值相同或超过预设的最大值时，将相应的信标装置之间的距离进行均匀分段后，在各段位置分配检测出的信号强度，并将各个位置的信号强度存储到数据库中。
其特征在于，上述信标信号包含固有识别信息，而上述固有识别信息为介质访问控制(MAC：media access control)地址，并且，预设在上述服务器上的最大值与接收信号的最大信号强度相同。
另外，其特征在于，上述服务器包括：信号强度判断单元，其对输入自特定信标装置的各个信标的信号强度进行分析，从而判断是否有至少一个信号强度与预设的最大值相同或超过了预设的最大值；信标计数器，当上述信号强度与预设的最大值相同或超过最大值时，其增加信标计数；位置信息处理单元，其对上述信标计数与预设的基准值进行比较，当上述信标计数与基准值相同时，将检测出的信标装置之间的距离进行均匀分段后，在各段位置分配检测出的信号强度，并将各个位置的信号强度储存到数据库中。
为了达到上述目的，本发明的基于指纹法的位置信息储存方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，电子标签对从周边信标装置接收的信标信号的信号强度进行检测，并将检测出的各个信标的信号强度，通过特定信标装置传送至服务器；步骤二，服务器对输入自特定信标装置的各个信标的信号强度进行分析，从而判断是否有至少一个信号强度与预设的最大值相同或超过预设的最大值；步骤三，当上述至少一个信号强度与预设的最大值相同或超过预设的最大值时，服务器将相应信标装置的位置进行记录后，将信标计数增加1，并储存各个信标的检测时刻和信号强度；步骤四，储存上述各个信标的检测时刻和信号强度后，判断信标计数是否与预设的基准值相同；步骤五，当上述信标计数与预设的基准值相同时，将多个信标装置之间的距离进行均匀分段后，在各段位置上分配信号强度，并储存各个信标强度的位置信息。
其特征在于，上述信标计数的值与被检测到最大值的信标装置的个数相同，并且当多个信标装置之间的位置信息被建立时，信标计数被初始化，而当上述信标计数达不到预设的基准值时，返回到步骤二、即判断输入自上述特定信标装置的各个信标的信号强度是否与预设的最大值相同或超过预设的最大值的步骤，并且，在上述中，当至少一个信号强度达不到最大值时，对各个信标的当前时刻和信号强度进行储存，而预设在上述服务器中的最大值与接收信号的最大信号强度相同。
附图说明
图1为基于现有技术的利用了信号强度的位置识别方法的说明图。
图2为根据本发明实施例的基于指纹法储存位置信息的实时定位系统的示意图。
图3a至图3c为根据本发明的位置信息数据库的建立方法说明图。
图4为显示本发明实施例的位置信息建立过程的流程图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的理想实施例进行详细说明。图中的同一要素尽可能用同一符号表示。另外，在对本发明进行说明时，省略对有关公知的功能或结构的详细说明。
本发明所适用的基于指纹法的实时定位系统，可分为建立数据库步骤和定位步骤。
上述建立数据库步骤为，附着有电子标签的人或移动物体走动任意地点(需要定位的有限空间)时，在任意位置，接收来自周边所有信标装置的信号强度，并对位置信息(电子标签的位置信息，服务器已知)和信号强度信息进行匹配而作为数据库建立的一种地点测量(site survey)工作。
定位步骤为，根据建立的数据库，实时定位系统服务器对电子标签的位置进行定位的步骤。具体是，对在任意位置接收的信号强度与已建立的数据库进行比较，从而定位出该任意位置。
即，利用特定采样用电子标签建立数据库后，定位任意电子标签的位置的步骤。
图2为根据本发明实施例的基于指纹法储存位置信息的实时定位系统的示意图。实时定位系统包括：多个信标装置110a～110c、电子标签130以及RTLS(实时定位系统)服务器150。以下参照图2，对基于指纹法的实时定位系统的数据库建立过程进行说明。
多个信标装置110a～110c分别向电子标签130传送信标信号的同时，将从电子标签130接收的各个信标的信号强度，传送至与信标装置连接的RTLS服务器150。上述信标信号中包含，各个信标装置的介质访问控制(MAC)地址等的固有识别信息。
电子标签130在任意位置检测接收自周边的信标装置110a～110c的信标信号的信号强度，并将检测出的各个信标的信号强度传送至特定信标装置110a或110c。当电子标签130向与RTLS服务器150连接的特定信标装置110c传送检测出的信号强度时，各个信标装置110a～110c的固有识别信息也一起传送。
RTLS服务器150，对来自特定信标装置110c的各个信标的信号强度进行分析，从而判断是否有至少一个信号强度与预设的最大值相同或超过了预设的最大值，当多个上述信号强度与预设的最大值相同或超过了预设的最大值时，将相应信标装置110a～110c之间的距离进行均匀分段后，在各段位置上分配检测出的信号强度，并将不同位置的信号强度存储到数据库160中而建立数据库160。上述RTLS服务器150上设定的最大值优选为，与实际接收信号的最大信号强度相同，或者考虑到检测误差而稍低于实际接收信号的最大信号。
另外，上述RTLS服务器150包括：信号强度判断单元151，其对从特定信标装置110c传递的各个信标的信号强度进行分析，从而判断是否有至少一个信号强度与预设的最大值相同或超过了预设的最大值；信标计数器153，当上述信号强度与预设的最大值相同或超过最大值时，其增加信标计数；位置信息处理单元155，其将上述信标计数与预设的基准值进行比较，当与基准值相同时，将检测出的信标装置110a～110c之间的距离进行均匀分段后，在各段位置上分配检测出的信号强度，并将不同位置的信号强度存储到数据库160中。
另外，上述信标装置110a～110c可分为，与RTLS服务器150联网的已知信标装置(Known Beacon)110a及110c、和未与RTLS服务器150联网的未知信标装置(Unknown Beacon)110b。在上述已知信标装置110a及110c的固有位置信息预先被储存在RTLS服务器150中，已知信标装置110a及110c之间的距离也预先被储存。
其中，电子标签130从位置固定的各个信标装置110a～110c接收信标信号，并检测接收信号的强度后，将检测出的各个信标装置110a～110c的固有识别信息和信号强度，通过特定信标装置110a～110c传送至RTLS服务器150。上述电子标签130被设置在定位对象上，并通过如无线保真(WiFi)、无线局域网(WirelessLAN)、蓝牙(Bluetooth)、紫蜂(Zigbee)或超宽频(UWB：Ultra Wide Band)等的近距离无线通信方式，与信标装置110a～110c进行通信。
另外，多个信标装置110a～110c，按预设的周期将信标信号输出至电子标签130，而已知信标装置110c接收到来自上述电子标签130的包括固有识别信号的接收信号强度时，将其传送至RTLS服务器150。
以下参照图3a至图3c，通过已知信标装置110a、110c建立数据库的方法进行详细说明。
如图3a所示，当电子标签按照从第一信标装置110a至第三信标装置110c的移动路线图移动时，现有的方法是，随着电子标签130的移动，对不同位置的信号强度进行储存。然而，在本发明中，由RTLS服务器150自动定位电子标签130的位置和移动路线，并建立数据库。
如图3b所示，电子标签130越接近特定信标装置110a、110c，从该信标装置110a、110c接收的信号强度就越大。因此，RTLS服务器150将获得预设的最大值即最高的信号强度时的位置，判断为与各个信标装置110a、110c的位置相同的位置，并继续记录信号强度。
例如，RTLS服务器150对电子标签130从第一信标装置110a接收的信号强度与预设的最大值进行比较，当信号强度与最大值相同时，认定为电子标签130的位置与第一信标装置110a相同。经过规定时间后，RTLS服务器150对电子标签130从第三信标装置110c接收的信号强度与最大值进行比较，当与最大值相同时，认定为电子标签130的位置与第三信标装置110c相同。上述第一信标装置110a和第三信标装置110c为已知的信标装置，RTLS服务器150已知其各自的位置和各个信标装置110a、110c之间的距离，而已知信标装置110a、110c的固有识别信息和位置信息相互匹配地被储存在RTLS服务器150中。
因此，RTLS服务器150可以确定电子标签130从第一信标装置110a移动至第三信标装置110c的时间和距离，因此，在假设电子标签130匀速移动的情况下，对距离均匀分段并计算出各段位置的信号强度，从而可获得不同信号强度所处的位置，并能够根据各个信标装置110a、110c的不同信号强度的位置信息建立数据库。
即，如图3c所示，当电子标签130从第一信标装置110a移动至第三信标装置110c时，RTLS服务器150对来自电子标签130的第一信标装置110a和第三信标装置110c的信号强度进行分析，当第一信标装置110a的信号强度等于预设的最大值时，判断为电子标签130的位置与第一信标装置110a的位置相同，而当第三信标装置110c的信号强度达到预设的最大值时，判断为电子标签130的位置与第三信标装置110c的位置相同。
另外，当第一信标装置110a和第三信标装置110c的信号强度都达不到最大值时，RTLS服务器150继续储存所有信号强度和检测时刻。
在这里，RTLS服务器150已知第一信标装置110a的位置和第三信标装置110c的位置，以及第一信标装置110a和第三信标装置110c之间的距离。电子标签130经过第一信标装置110a时的时刻和经过第三信标装置110c时的时刻，可以通过检测而得到，因此第一信标装置110a和第三信标装置110c之间的移动时间也可以通过计算获得。
因此，RTLS服务器150可以知道电子标签130从第一信标装置110a移动至第三信标装置110c所需的时间，并且已经知道整个移动距离为8m，因此基于上述信息能够将不同信号强度的位置作为数据库建立。
在这里，假设了电子标签130匀速移动，因此如果实际速度不是匀速时会产生误差。
如果，被检测出电子标签130的移动速度小于平均速度或大于平均速度时，判断为按照非正常路线或方法移动而作废所检测的数据。
图4为显示根据本发明实施例的对于不同信号强度的位置信息储存过程流程图，同时参照上述图2至图3c进行说明。
首先，在RTLS服务器150上分别储存有，已知信标装置110a、110c、...的位置、各个信标装置110a、110c之间的距离、以及有关信号强度的最大值的信息。
其次，电子标签130在任意位置，对从周边的信标装置110a～110c接收到的信标信号的信号强度进行检测，并将检测出的各个信标的信号强度传送至特定信标装置110c(S1)。电子标签130向连接于RTLS服务器150的特定信标装置110c传送检测出的信号强度时，将各个信标装置110a～110c的固有识别信息也一起传送。
RTLS服务器150对由特定信标装置110c传送的各个信标的信号强度进行分析，并与预设的最大值进行比较，从而判断出是否存在至少一个信号强度与预设的最大值相同或超过预设的最大值(S2、S3)。
当上述至少一个信号强度与最大值相同或超过最大值时，RTLS服务器150对信号强度超过最大值的相应信标装置的位置进行记录，然后将信标计数增加1，并储存各个信标的当前时刻和信号强度(S4、S5)。上述信标计数值意味着，检测出最大值的信标装置的个数。
另外，在上述(S3)中，当任何一个信号强度都达不到最大值时，不增加信标计数，而是储存各个信标的检测出的当前时刻和信号强度(S5)。
接着，RTLS服务器150，对上述信标计数和预设的基准值进行比较，并判断信标计数和预设的基准值是否相同(S6、S7)，当信标计数和预设的基准值相同时，将多个信标装置110a、110c之间的距离进行均匀分段后，在各段位置上分配信号强度，从而将不同信号强度所处的位置信息作为数据库160建立(S8)。在上述，基准值可以为‘2’(是指检测出最大值的信标装置110a～110c为两个)。多个信标装置110a～110c之间的位置信息建立完后，RTLS服务器150将信标计数重新初始化为‘0’(S9)。
如果，在上述(S7)中，当信标计数达不到预设的基准值时，返回到判断来自上述特定信标装置110a～110c的各个信标的信号强度是否与最大值相同或超过最大值的步骤(S2)，并重新执行。
通过上述理想实施例对本发明做了详细的说明，本领域的普通技术人员根据所述的实施例在本发明的范围内可以进行多种变形。故本发明的权利范围不限于说明的实施例，不仅包括本发明的权利要求范围，还包括这些变形。

Claims (9)

1.一种基于指纹法储存位置信息的实时定位系统，其包括：
至少一个信标装置，其向电子标签传送信标信号；
电子标签，其在任意位置，分别对从周边的至少一个信标装置接收的信标信号的信号强度进行检测，并将检测出的各个信标的信号强度传送至特定信标装置；以及，
服务器，其对输入自所述特定信标装置的各个信标的信号强度进行分析，从而判断是否有至少一个信号强度与预设的最大值相同或超过了预设的最大值，当所述信号强度多次与预设的最大值相同或超过预设的最大值时，将相应信标装置之间的距离进行均匀分段后，在各段位置上分配检测出的信号强度，并将各个位置的信号强度储存到数据库中。
2.如权利要求1所述的基于指纹法储存位置信息的实时定位系统，其特征在于，
所述信标信号中包括固有识别信息，而所述固有识别信息为介质访问控制地址。
3.如权利要求1所述的基于指纹法储存位置信息的实时定位系统，其特征在于，
预设在所述服务器上的最大值与接收信号的最大信号强度相同。
4.如权利要求1所述的基于指纹法储存位置信息的实时定位系统，其中，所述服务器包括：
信号强度判断单元，其对输入自特定信标装置的各个信标的信号强度进行分析，从而判断是否有至少一个信号强度与预设的最大值相同或超过了预设的最大值；
信标计数器，当所述信号强度与最大值相同或超过最大值时，其增加信标计数；以及，
位置信息处理单元，其将所述信标计数与预设的基准值进行比较，当所述信标计数与基准值相同时，将检测出的信标装置之间的距离进行均匀分段后，在各段位置上分配检测出的信号强度，并将各个位置的信号强度储存到数据库中。
5.一种基于指纹法的位置信息储存方法，其包括如下步骤：
步骤一，电子标签对从周边信标装置接收的信标信号的信号强度进行检测，并将检测出的各个信标的信号强度，通过特定信标装置传送至服务器；
步骤二，所述服务器对输入自特定信标装置的各个信标的信号强度进行分析，从而判断是否有至少一个信号强度与预设的最大值相同或超过预设的最大值；
步骤三，当所述至少一个信号强度与预设的最大值相同或超过预设的最大值时，所述服务器对相应的信标装置的位置进行记录后，将信标计数增加1，并储存各个信标的检测时刻和信号强度；
步骤四，储存所述各个信标的检测时刻和信号强度后，判断所述信标计数是否与预设的基准值相同；以及，
步骤五，当所述信标计数与预设的基准值相同时，将多个信标装置之间的距离进行均匀分段后，在各段位置上分配信号强度，从而储存各个信标强度的位置信息。
6.如权利要求5所述的基于指纹法的位置信息储存方法，其中，
所述信标计数的值与被检测到最大值的信标装置的个数相同，并且当多个信标装置之间的位置信息被建立时，所述信标计数被初始化。
7.如权利要求5所述的基于指纹法的位置信息储存方法，其中，
当所述信标计数达不到预设的基准值时，返回到对输入自上述特定信标装置的各个信标的信号强度是否相同或超过预设的最大值进行判断的步骤。
8.如权利要求5所述的基于指纹法的位置信息储存方法，其中，
当至少一个信号强度达不到最大值时，对各个信标的当前时刻和信号强度进行储存。
9.如权利要求5所述的基于指纹法的位置信息储存方法，其特征在于，
被预设在所述服务器中的最大值与接收信号的最大信号强度相同。
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