本發(fā)明涉及超寬帶定位領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及了一種超寬帶定位節(jié)點(diǎn)的自主位置測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，精準(zhǔn)位置信息的采集越來(lái)越顯示出其重要作用。大多數(shù)的物聯(lián)網(wǎng)位置信息采集都是在衛(wèi)星信號(hào)較差或沒(méi)有衛(wèi)星信號(hào)的情況下進(jìn)行，為了能得到更為精確的位置信息，需要采用布設(shè)高精度無(wú)線定位節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。

近年來(lái)一種基于脈沖超寬帶的定位方式應(yīng)運(yùn)而出，其較其它的定位系統(tǒng)如Wifi、藍(lán)牙、zigbee等具有定位精度高，實(shí)時(shí)性好以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但其定位節(jié)點(diǎn)的布設(shè)精度要求高，布設(shè)速度慢，嚴(yán)重阻礙了超寬帶定位技術(shù)的發(fā)展。傳統(tǒng)的超寬帶定位節(jié)點(diǎn)布設(shè)一般都需要采用全站儀或激光測(cè)距儀，而且還要經(jīng)過(guò)多次測(cè)量，大區(qū)域還要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，地圖拼接等來(lái)實(shí)現(xiàn)整體定位節(jié)點(diǎn)的布設(shè)，一般上千平米的工作量需要1-2天，布設(shè)區(qū)域越大，耗費(fèi)的人力和時(shí)間也越多。

為了解決以上存在的問(wèn)題，人們一直在尋求一種理想的技術(shù)解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供了一種超寬帶定位節(jié)點(diǎn)的自主位置測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)了大范圍超寬帶定位節(jié)點(diǎn)布設(shè)的快速測(cè)量，具有設(shè)計(jì)科學(xué)、效果好的優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種超寬帶定位節(jié)點(diǎn)的自主位置測(cè)量方法，包括以下步驟：

步驟1，按遮擋的程度對(duì)待布設(shè)定位節(jié)點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，并在每個(gè)分區(qū)內(nèi)布設(shè)定位節(jié)點(diǎn)；

步驟2，在布設(shè)好的定位節(jié)點(diǎn)中選取較為中心且可視距的三個(gè)相鄰定位節(jié)點(diǎn)為參考定位節(jié)點(diǎn)，并以這三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)為中心向周邊定位節(jié)點(diǎn)發(fā)散式編號(hào)；

步驟3，獲取三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；

步驟4，選取與三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)距離最近且編號(hào)較小的定位節(jié)點(diǎn)作為待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)，分別在待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)和三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)進(jìn)行雙向飛行測(cè)距，統(tǒng)計(jì)所述待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)與三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)雙向飛行的時(shí)間戳信息并發(fā)送給中央服務(wù)器；

步驟5，中心服務(wù)器按待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)的編號(hào)將接收到的三個(gè)時(shí)間戳信息進(jìn)行分類(lèi)，并送入解算模塊進(jìn)行待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)更新；同時(shí)判斷該區(qū)域內(nèi)除三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)外的所有定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)是否已經(jīng)更新完畢；若沒(méi)有更新完畢，則繼續(xù)執(zhí)行步驟6，若更新完畢，則執(zhí)行步驟7；

步驟6，以所述待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)為新參考定位節(jié)點(diǎn)，選取下一個(gè)待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)，重新執(zhí)行步驟4和步驟5；

步驟7，結(jié)束運(yùn)行。

基于上述，步驟5中待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)更新的具體方法為：

設(shè)坐標(biāo)更新前的待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)到三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)的距離分別為其中i為更新次數(shù)；分別以三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)為圓心，以為半徑構(gòu)建三個(gè)圓，根據(jù)三個(gè)圓的相交情況求解待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息并將其記錄在定位節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)i加1。

基于上述，根據(jù)三個(gè)圓的相交情況求解待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息的方法為：

以三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)為中心，以待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)到三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)的距離為半徑構(gòu)建的三個(gè)圓的相交情況分為0個(gè)交點(diǎn)，1個(gè)公共交點(diǎn)、2個(gè)交點(diǎn)、3個(gè)交點(diǎn)、4個(gè)交點(diǎn)和6個(gè)交點(diǎn)；

當(dāng)三個(gè)圓有唯一一個(gè)公共交點(diǎn)時(shí)，求取所述公共交點(diǎn)的坐標(biāo)作為待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；

當(dāng)三個(gè)圓無(wú)交點(diǎn)或交點(diǎn)為三個(gè)時(shí)，表明定位節(jié)點(diǎn)設(shè)備存在問(wèn)題，并標(biāo)定維修；

當(dāng)三個(gè)圓出現(xiàn)兩個(gè)交點(diǎn)或四個(gè)交點(diǎn)時(shí)，分別獲取每個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)并求取所有交點(diǎn)坐標(biāo)的平均值作為待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；

若為六個(gè)交點(diǎn)，則求出這六個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)，選取距離三個(gè)圓心最近的三個(gè)交點(diǎn)組成三角形，計(jì)算三角形的面積s，若s＜9cm²，則求取三角形重心的坐標(biāo)作為待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)的最新坐標(biāo)；若s≥9cm²，則逐步縮小半徑并重新畫(huà)圓，直到選取的距離三個(gè)圓心最近的三個(gè)交點(diǎn)所組成的三角形的面積小于9cm2。

基于上述，逐步縮小或放大半徑的方法為：

設(shè)三個(gè)圓的方程如下：

其中待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x,y)，三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為：待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)到三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)的測(cè)量距離分別為：τ為調(diào)節(jié)距離，以厘米為單位，初始值為0；

當(dāng)s≥9cm²時(shí)，則令τ＝(τ-0.5*i)cm，其中i為正整數(shù)，并重新代入方程進(jìn)行判斷。

基于上述，還包括移動(dòng)標(biāo)簽輔助校準(zhǔn)的方法，將移動(dòng)標(biāo)簽放在一個(gè)能與周?chē)齻€(gè)定位節(jié)點(diǎn)均可視距化的確定位置，其中三個(gè)定位節(jié)點(diǎn)中含有一個(gè)待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)和兩個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)；根據(jù)移動(dòng)標(biāo)簽和三個(gè)定位節(jié)點(diǎn)的高度差以及測(cè)距信息并采用勾股定理法獲得一個(gè)與三個(gè)定位節(jié)點(diǎn)位于同一平面的虛擬定位節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)上述待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)更新方法逐步更新，以實(shí)現(xiàn)在非視距或有遮擋的情況下的待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)的精準(zhǔn)測(cè)量。

本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，具體的說(shuō)，本發(fā)明通過(guò)定位節(jié)點(diǎn)內(nèi)部相互測(cè)距，并在固定點(diǎn)實(shí)施反向測(cè)距后結(jié)合逐步優(yōu)化估算機(jī)制，不斷進(jìn)行坐標(biāo)位置更新，實(shí)現(xiàn)了大范圍動(dòng)態(tài)的定位節(jié)點(diǎn)自主校準(zhǔn)，全面改變了人工測(cè)量周期長(zhǎng)，人為因素多等不足，還在一定程度上實(shí)現(xiàn)定位節(jié)點(diǎn)的查錯(cuò)，為實(shí)現(xiàn)位置信息采集智能化奠定了基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明

圖1是定位節(jié)點(diǎn)位置自主校準(zhǔn)流程圖。

圖2是區(qū)域定位節(jié)點(diǎn)整體布設(shè)圖。

圖3是定位節(jié)點(diǎn)布設(shè)分布圖。

圖4是三點(diǎn)畫(huà)圓待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)估算圖。

圖5是移動(dòng)標(biāo)簽輔助校準(zhǔn)圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1所示，一種超寬帶定位節(jié)點(diǎn)的自主位置測(cè)量方法，包括以下步驟：

步驟1，按遮擋的程度對(duì)待布設(shè)定位節(jié)點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，并在每個(gè)分區(qū)內(nèi)布設(shè)定位節(jié)點(diǎn)；具體的，定位節(jié)點(diǎn)的布置方式和位置如圖2所示，采用距房頂?shù)雀叩木嚯x安裝定位節(jié)點(diǎn)，使得所有定為節(jié)點(diǎn)位于同一平面內(nèi)，并盡可能采用近似菱形或矩形的形狀進(jìn)行布設(shè)；

步驟2，如圖3所示，在布設(shè)好的定位節(jié)點(diǎn)中選取較為中心且可視距的三個(gè)相鄰定位節(jié)點(diǎn)為參考定位節(jié)點(diǎn)，并以這三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)為中心向周邊定位節(jié)點(diǎn)發(fā)散式編號(hào)，越靠近參考節(jié)點(diǎn)的定位節(jié)點(diǎn)的編號(hào)越??；

步驟3，獲取三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；優(yōu)選的，采用全站儀或激光測(cè)距儀等高精準(zhǔn)設(shè)備人工測(cè)量三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)；

步驟4，選取與三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)距離最近且編號(hào)較小的定位節(jié)點(diǎn)作為待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)，分別在待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)和三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)進(jìn)行雙向飛行測(cè)距，統(tǒng)計(jì)所述待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)與三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)雙向飛行的時(shí)間戳信息并發(fā)送給中央服務(wù)器；

步驟5，中心服務(wù)器按待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)的編號(hào)將接收到的三個(gè)時(shí)間戳信息進(jìn)行分類(lèi)，并送入解算模塊進(jìn)行待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)更新；同時(shí)判斷該區(qū)域內(nèi)除三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)外的所有定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)是否已經(jīng)更新完畢；若沒(méi)有更新完畢，則繼續(xù)執(zhí)行步驟6，若更新完畢，則執(zhí)行步驟7；

步驟6，以所述待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)為新參考定位節(jié)點(diǎn)，選取下一個(gè)待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)，重新執(zhí)行步驟4和步驟5；

步驟7，結(jié)束運(yùn)行。

本發(fā)明利用超寬帶定位節(jié)點(diǎn)雙向測(cè)距原理和逐步優(yōu)化估算機(jī)制相結(jié)合的方法，通過(guò)反向測(cè)距估算以及對(duì)定位節(jié)點(diǎn)的不斷更新實(shí)現(xiàn)了超寬帶定位節(jié)點(diǎn)的大面積自主校準(zhǔn)。本發(fā)明具有較好的校準(zhǔn)能力，定位節(jié)點(diǎn)越多，參考定位節(jié)點(diǎn)越多，自主校準(zhǔn)精度越高，上千平米的測(cè)量工作可在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)完成。

具體的，步驟5中待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)更新的具體方法為：

如圖4所示，設(shè)坐標(biāo)更新前的待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)到三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)的距離分別為其中i為更新次數(shù)；分別以三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)為圓心，以為半徑構(gòu)建三個(gè)圓，根據(jù)三個(gè)圓的相交情況求解待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息并將其記錄在定位節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)i加1。

正常情況下，以三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)為中心，以待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)到三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)的距離為半徑構(gòu)建的三個(gè)圓有一個(gè)公共交點(diǎn)，但有時(shí)候受到定位節(jié)點(diǎn)高度的微小差異、無(wú)線信號(hào)干擾、穿墻延遲或人為數(shù)據(jù)記錄誤差等因素的影響，三個(gè)圓無(wú)法相交在一起，又由于主要以菱形和矩形布設(shè)為主，故還存在三個(gè)圓有2個(gè)交點(diǎn)、3個(gè)交點(diǎn)、4個(gè)交點(diǎn)或6個(gè)交點(diǎn)的情況。

當(dāng)三個(gè)圓有唯一一個(gè)公共交點(diǎn)時(shí)，求取所述公共交點(diǎn)的坐標(biāo)作為待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；

當(dāng)三個(gè)圓無(wú)交點(diǎn)或交點(diǎn)為三個(gè)時(shí)，表明定位節(jié)點(diǎn)設(shè)備存在問(wèn)題，并標(biāo)定維修；

當(dāng)三個(gè)圓出現(xiàn)兩個(gè)交點(diǎn)或四個(gè)交點(diǎn)時(shí)，分別獲取每個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)并求取所有交點(diǎn)坐標(biāo)的平均值作為待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；

若為六個(gè)交點(diǎn)，則求出這六個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)，選取距離三個(gè)圓心最近的三個(gè)交點(diǎn)組成三角形，計(jì)算三角形的面積s，若s＜9cm²，則求取三角形重心的坐標(biāo)作為待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)的最新坐標(biāo)；若s≥9cm²，則逐步縮小半徑并重新畫(huà)圓，直到選取的距離三個(gè)圓心最近的三個(gè)交點(diǎn)所組成的三角形的面積小于9cm2。

具體的，逐步縮小或放大半徑的方法為：

設(shè)三個(gè)圓的方程如下：

其中待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x,y)，三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為：待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)到三個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)的測(cè)量距離分別為：τ為調(diào)節(jié)距離，以厘米為單位，初始值為0；

當(dāng)s≥9cm²時(shí)，則令τ＝(τ-0.5*i)cm，其中i為正整數(shù)，并重新代入方程進(jìn)行判斷。

優(yōu)選的，在有些地方遮擋較多或出現(xiàn)定位節(jié)點(diǎn)非可視距的情況下，還可采用以移動(dòng)標(biāo)簽作為輔助校準(zhǔn)的方法進(jìn)行定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)更新。

如圖5所示，將移動(dòng)標(biāo)簽放在一個(gè)能與周?chē)齻€(gè)定位節(jié)點(diǎn)均可視距化的確定位置，其中三個(gè)定位節(jié)點(diǎn)中含有一個(gè)待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)和兩個(gè)參考定位節(jié)點(diǎn)；根據(jù)移動(dòng)標(biāo)簽和三個(gè)定位節(jié)點(diǎn)的高度差以及測(cè)距信息并采用勾股定理法獲得一個(gè)與三個(gè)定位節(jié)點(diǎn)位于同一平面的虛擬定位節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)上述待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)更新方法逐步更新，以實(shí)現(xiàn)在非視距或有遮擋的情況下的待測(cè)定位節(jié)點(diǎn)的精準(zhǔn)測(cè)量。

本發(fā)明還可以設(shè)置在已經(jīng)測(cè)量過(guò)定位節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的系統(tǒng)中，對(duì)已測(cè)量過(guò)的定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比、校準(zhǔn)和查錯(cuò)。

首先進(jìn)行劃分區(qū)域和定位節(jié)點(diǎn)編號(hào)，標(biāo)定參考點(diǎn)，除特殊點(diǎn)和參考點(diǎn)外按編號(hào)從小到大的順序進(jìn)行定位節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的逐步估算，經(jīng)以上步驟得出較為精準(zhǔn)的坐標(biāo)后進(jìn)行逐級(jí)更新坐標(biāo)。

更新完后再按以上方法進(jìn)行校準(zhǔn)，當(dāng)除特殊點(diǎn)和參考點(diǎn)外的全部定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)更新一段時(shí)間后，將得到的定位節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和原先測(cè)量過(guò)的坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，如果不同，則進(jìn)行標(biāo)注，偏差較大的定位節(jié)點(diǎn)很可能就是人工測(cè)量所導(dǎo)致的誤差，可以直接進(jìn)行修改，也可以用移動(dòng)標(biāo)簽輔助校準(zhǔn)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)定位節(jié)點(diǎn)位置的重新標(biāo)定。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。