專利名稱：一種基于無線傳感技術(shù)的移動(dòng)定位服務(wù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)定位服務(wù)系統(tǒng)，尤其涉及綜合利用GPS技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)、無線通信技術(shù)以及無線傳感技術(shù)提供定位服務(wù)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
作為無線通信系統(tǒng)的特色業(yè)務(wù)之一，定位服務(wù)作為移動(dòng)增值業(yè)務(wù)的一個(gè)亮點(diǎn)受到業(yè)界的普遍關(guān)注。目前，北美、歐洲和亞太地區(qū)的主要移動(dòng)運(yùn)營商都已開通了移動(dòng)定位業(yè)務(wù)。目前在移動(dòng)定位服務(wù)中應(yīng)用的定位技術(shù)主要有以下幾種基于網(wǎng)絡(luò)的源小區(qū)(COO)定位技術(shù)，即基于Cell ID的定位技術(shù)，它由網(wǎng)絡(luò)側(cè)獲取用戶當(dāng)前所在的基站Cell信息以獲取用戶當(dāng)前位置，其精度取決于移動(dòng)基站的分布及覆蓋范圍的大小；基于到達(dá)時(shí)間(TOA)或到達(dá)時(shí)間差(TDOA)原理的三角測(cè)量技術(shù)，如CDMA網(wǎng)絡(luò)中使用的AFLT (Advanced Forward Link Trilateration)定位技術(shù)，在定位操作時(shí)，手機(jī)/終端同時(shí)監(jiān)聽多個(gè)基站的導(dǎo)頻信息，利用碼片時(shí)延來確定到附近基站的距離，最后用三角定位法算出具體位置；基于星基無線導(dǎo)航系統(tǒng)的輔助GPS(A-GPS)技術(shù)。傳統(tǒng)GPS技術(shù)由于過于依賴終端性能，即將衛(wèi)星掃描、捕獲、偽距信號(hào)接收及定位運(yùn)算等工作集于終端一身，從而造成定位靈敏度低及終端耗電量大等方面缺陷。A-GPS將終端的位置計(jì)算工作簡(jiǎn)化，由網(wǎng)絡(luò)側(cè)的定位服務(wù)器與終端相互配合完成定位工作，將衛(wèi)星掃描及定位運(yùn)算等最為繁重的工作從終端一側(cè)轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)一側(cè)的定位服務(wù)器完成。提高了終端的定位精度、靈敏度和冷啟動(dòng)速度、降低終端耗電。具體地，A-GPS技術(shù)利用一個(gè)由多個(gè)高靈敏度GPS接收機(jī)組成的廣域GPS衛(wèi)星參考網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)全天候監(jiān)測(cè)覆蓋區(qū)域上空所有GPS衛(wèi)星的星歷數(shù)據(jù)、多普勒頻移等定位所需信息，動(dòng)態(tài)刷新存儲(chǔ)于定位平臺(tái)中的GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫(衛(wèi)星數(shù)據(jù)與地理位置對(duì)應(yīng)關(guān)系)。 終端只有在需要定位時(shí)才通過無線網(wǎng)絡(luò)向定位平臺(tái)通報(bào)大概位置(屬于哪個(gè)基站)，然后通過定位平臺(tái)獲得GPS衛(wèi)星信息，從而大大縮短衛(wèi)星捕獲時(shí)間，大幅度降低耗電。借助定位服務(wù)器強(qiáng)大的運(yùn)算能力，可以采用復(fù)雜的定位算法以降低接收信號(hào)弱等不利因素的影響從而提高定位精度和靈敏度；GPSONE技術(shù)是美國高通公司為基于位置的移動(dòng)服務(wù)開發(fā)的定位技術(shù)。它將無線輔助A-GPS和AFLT三角定位法兩種定位技術(shù)有機(jī)結(jié)合，在GPS衛(wèi)星信號(hào)和無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)都無法單獨(dú)完成定位的情形下，GPSONE系統(tǒng)會(huì)組合這兩種信息源，只要有一顆衛(wèi)星和一個(gè)小區(qū)站點(diǎn)就可以完成定位，解決了傳統(tǒng)GPS無法解決的問題，實(shí)現(xiàn)較高精度、高可用性和快速定位，改善了室內(nèi)定位效果。在這兩種定位技術(shù)均無法使用的環(huán)境中，GPSONE會(huì)自動(dòng)切換到 Cell ID扇區(qū)定位方式，確保定位成功率。此外，近年還出現(xiàn)一些利用短距離無線技術(shù)和三角測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)的定位方案 RTLS^ WiFi定位系統(tǒng)、ZigBee定位系統(tǒng)等，他們工作機(jī)理都是通過部署多臺(tái)定位基站，然后待定位的終端通過測(cè)量臨近基站的信號(hào)強(qiáng)度并通過定位算法模型計(jì)算出位置坐標(biāo)，這些
6技術(shù)方案只能用于小范圍特別是室內(nèi)區(qū)域的定位而且精度不高，適用場(chǎng)合有限。對(duì)于公共安全、定位跟蹤、導(dǎo)航等移動(dòng)定位服務(wù)，基于CELL ID和基站無線測(cè)量的定位技術(shù)雖然成功率高但是精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足業(yè)務(wù)要求，因此這類服務(wù)大多采用基于GPS 的定位技術(shù)，如A-GPS或GPS0NE。不過在實(shí)際應(yīng)用中GPS技術(shù)的可用性存在很大問題，比如在城市環(huán)境GPS信號(hào)會(huì)受到很多高樓的阻擋、定位終端周圍建筑對(duì)GPS信號(hào)的反射會(huì)引起測(cè)量誤差、許多需要定位服務(wù)的位置無法收到GPS信號(hào)(如城市高架下的道路、地下停車場(chǎng)、車站碼頭等室內(nèi)環(huán)境等等)。為解決上述問題，近年來一些新技術(shù)被引入定位服務(wù)領(lǐng)域， 如常見的車輛導(dǎo)航系統(tǒng)就采用GPS接收器加上航位推算(Dead-Reckoning)設(shè)備共同完成導(dǎo)航功能，常見的航位推算設(shè)備如陀螺儀、加速度儀、電子指南針以及車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)等，它們能測(cè)量車輛在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)的位置變化，而GPS接收器能夠在確定的誤差范圍內(nèi)測(cè)量車輛的絕對(duì)位置。二者具有天然的互補(bǔ)性航位推算設(shè)備能夠平均掉GPS接收器短時(shí)間內(nèi)的誤差，GPS接收器能夠在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)航位推算設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。用于航空航天領(lǐng)域的傳統(tǒng)航位推算設(shè)備精度高但是體積龐大且價(jià)格昂貴，并不適用于一般的民用車輛導(dǎo)航。隨著近十幾年來微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝的進(jìn)步，采用MEMS工藝的微陀螺儀、微加速儀器件的性能得到了迅速的提高，MEMS器件以其體積小、成本低、外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)為導(dǎo)航定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了新的選擇。除了 GPS接收器和航位推算設(shè)備，車載導(dǎo)航儀還裝載有一個(gè)數(shù)字化的交通道路數(shù)據(jù)庫——數(shù)字地圖。利用數(shù)字地圖的信息和測(cè)量數(shù)據(jù)通過地圖匹配能夠很好地確定待導(dǎo)航車輛的位置。設(shè)計(jì)良好的導(dǎo)航儀能夠很好的整合來自GPS接收器和航位推算設(shè)備的測(cè)量數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步做出很好的地圖匹配。為了很好整合這些測(cè)量數(shù)據(jù)以達(dá)到滿意的導(dǎo)航效果，業(yè)界常常采用卡爾曼濾波器(Kalman filter)來平衡當(dāng)前測(cè)量和歷史測(cè)量數(shù)據(jù)，以線性、無偏、最小方差為原則實(shí)現(xiàn)最優(yōu)估計(jì)，盡可能減少系統(tǒng)噪聲從而提高定位精度和可用性。綜上所述，移動(dòng)定位技術(shù)經(jīng)過近年來的不斷發(fā)展取得顯著進(jìn)步，但是要滿足優(yōu)質(zhì)移動(dòng)定位服務(wù)的要求，尤其是對(duì)于一些諸如人員定位跟蹤、敏感或危險(xiǎn)物品的定位追蹤等公共安全領(lǐng)域的應(yīng)用，目前市場(chǎng)提供所技術(shù)和產(chǎn)品尚有以下不足現(xiàn)有的定位產(chǎn)品尺寸較大且沒有考慮隱蔽性設(shè)計(jì)，難以滿足上述應(yīng)用的小型化、 微型化和隱蔽性需求；現(xiàn)有的定位產(chǎn)品在低功耗設(shè)計(jì)上沒有進(jìn)行特別設(shè)計(jì)，難以滿足上述應(yīng)用中采用電池供電時(shí)的低功耗需求；現(xiàn)有的定位產(chǎn)品和服務(wù)局限于獲取定位信息、通報(bào)定位信息或結(jié)合地理信息系統(tǒng) (GIS)和電子地圖提供簡(jiǎn)單的歷史軌跡記錄功能，缺少跟蹤預(yù)警、利用后臺(tái)系統(tǒng)對(duì)大量定位終端的統(tǒng)一管理、利用后臺(tái)系統(tǒng)的歷史冗余信息提高定位精度和成功率等增值服務(wù)功能。中國專利CN2010101477791針對(duì)以上問題提出了解決方案，但是也帶來了新的問題，該專利提出一種定位信標(biāo)LIU用于校正移動(dòng)至它附近的移動(dòng)定位終端LE的定位信息和航跡，要取得良好的應(yīng)用效果就需要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景在一些關(guān)鍵地點(diǎn)部署定位信標(biāo)LIU，這會(huì)帶來較大的系統(tǒng)實(shí)施成本，在很多場(chǎng)合也會(huì)遇到較大的實(shí)施困難。如果在上述專利的基礎(chǔ)上能夠提供一種方便部署和低成本的定位信標(biāo)，就可以更好地滿足市場(chǎng)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種提供定位服務(wù)的系統(tǒng)，包括a)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，包括一個(gè)作為網(wǎng)關(guān)的定位終端LE和至少一個(gè)作為子節(jié)點(diǎn)的定位標(biāo)識(shí)LM或定位終端LE，它們通過短距離無線鏈路組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)；其中定位終端LE負(fù)責(zé)進(jìn)行自身的定位測(cè)量并通過通信網(wǎng)絡(luò)上報(bào)結(jié)果，作為子節(jié)點(diǎn)的定位終端LE通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)上報(bào)自身狀態(tài)信息并轉(zhuǎn)發(fā)來自臨近節(jié)點(diǎn)的消息，作為網(wǎng)關(guān)的定位終端LE通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)采集該網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息并通過通信網(wǎng)絡(luò)上報(bào)；定位標(biāo)識(shí)LM負(fù)責(zé)接入無線傳感網(wǎng)絡(luò)并報(bào)告自身狀態(tài)信息；b)定位管理平臺(tái)，負(fù)責(zé)通過通信網(wǎng)絡(luò)連接至少一個(gè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，采集其中所有 LE上報(bào)的定位測(cè)量信息，經(jīng)過信息融合處理并結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的各LE歷史航跡信息確定各 LE當(dāng)前的位置和相關(guān)航跡，同時(shí)采集其中網(wǎng)關(guān)LE上報(bào)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，利用該信息對(duì)該無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的LE進(jìn)行定位校正并確定該無線傳感網(wǎng)絡(luò)中LM的位置坐標(biāo)。所述系統(tǒng)還包括經(jīng)定位管理平臺(tái)授權(quán)的第三方定位服務(wù)商LBS和定位服務(wù)用戶 LUE，他們通過通信網(wǎng)絡(luò)連接，接收定位管理平臺(tái)發(fā)布的位置服務(wù)信息，包括LM或LE即時(shí)位置信息、位置觸發(fā)的告警和航跡。所述通信網(wǎng)絡(luò)指能夠提供廣域覆蓋的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、有線寬帶網(wǎng)絡(luò)、無線寬帶網(wǎng)絡(luò)或者它們的組合，所述移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)包括GSM網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)、EDGE網(wǎng)絡(luò)、CDMA2000 Ix 網(wǎng)絡(luò)、CDMA2000 EVDO網(wǎng)絡(luò)、W⑶MA網(wǎng)絡(luò)、TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)以及基于上述移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)。所述LE包括由GPS子單元和慣性測(cè)量子單元IMU構(gòu)成的定位測(cè)量單元、采用 ZigBee短距離無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的無線傳感單元、負(fù)責(zé)接入通信網(wǎng)絡(luò)與定位管理平臺(tái)建立通信連接的無線通信單元、顯示單元、輸入輸出單元和主控單元。優(yōu)選的，所述LE由一個(gè)具備GPS定位功能的手機(jī)和一個(gè)擴(kuò)展功能單元構(gòu)成；它們通過手機(jī)的外部接口如USB接口、或者藍(lán)牙接口、或者紅外接口連接；所述擴(kuò)展功能單元包括慣性測(cè)量IMU子單元、無線傳感子單元和接口子單元構(gòu)成。所述LE通過其無線傳感單元連接臨近的無線傳感節(jié)點(diǎn)后，在定位管理平臺(tái)的指配下工作于路由模式或網(wǎng)關(guān)模式；作為路由節(jié)點(diǎn)的LE定時(shí)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)報(bào)告自身狀態(tài)消息，其中包括自身身份識(shí)別號(hào)ID-1、臨近網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度及其節(jié)點(diǎn)ID信息；作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的LE通過通信網(wǎng)絡(luò)定時(shí)上報(bào)下屬無線傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)消息，其中包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、各?jié)點(diǎn)觀察到的臨近節(jié)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度、下屬所有端節(jié)點(diǎn)LM上報(bào)的自身狀態(tài)消息和此狀態(tài)報(bào)告的對(duì)應(yīng)時(shí)間信息。所述LM預(yù)先配置并存儲(chǔ)唯一識(shí)別號(hào)ID-2用于標(biāo)識(shí)自己的身份，由無線傳感單元和主控單元構(gòu)成。所述定位管理平臺(tái)采用分布式、模塊化的架構(gòu)，由一臺(tái)服務(wù)器或多臺(tái)服務(wù)器群組構(gòu)成；包括信息采集發(fā)布單元、數(shù)據(jù)庫單元、數(shù)據(jù)處理單元和管理單元。所述LE進(jìn)行的定位測(cè)量包括GPS測(cè)量、慣性導(dǎo)航測(cè)量和無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量；所述定位測(cè)量和結(jié)果上報(bào)根據(jù)定位策略定時(shí)觸發(fā)，所述定位策略由定位管理平臺(tái)根據(jù)LE申請(qǐng)的定位業(yè)務(wù)類別、LE的常規(guī)運(yùn)動(dòng)模式和LE的運(yùn)算能力預(yù)先確定并通過下發(fā)參數(shù)配置于LE 中，定位策略包括LE需定時(shí)測(cè)量和上報(bào)的定位參數(shù)、定時(shí)測(cè)量的時(shí)間間隔和上報(bào)的時(shí)間間隔；所述時(shí)間間隔是和LE即時(shí)運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)的一個(gè)動(dòng)態(tài)變化量，其變化規(guī)律是速度越高時(shí)間間隔越小。所述定位管理平臺(tái)通過下述步驟處理LE上報(bào)的定位測(cè)量信息1)定位信息采集單元接收來自LE的定時(shí)上報(bào)消息，提取其中的定位信息，包括 GPS定位測(cè)量信息、IMU測(cè)量信息和無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；2)數(shù)據(jù)處理單元首先對(duì)定位信息進(jìn)行預(yù)處理，包括計(jì)算GPS定位數(shù)據(jù)置信度C_L， 根據(jù)IMU測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出本次上報(bào)數(shù)據(jù)中所包含的各采樣時(shí)刻的LE即時(shí)速度矢量和航向， 根據(jù)上報(bào)信息中包含的無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)確定LE當(dāng)前的服務(wù)基站和相鄰基站；3)根據(jù)第2)步預(yù)處理所得數(shù)據(jù)，進(jìn)行定位信息融合處理，獲得可靠的LE位置坐標(biāo)。所述定位管理平臺(tái)處理LE上報(bào)的定位測(cè)量信息第2)步驟中的GPS定位數(shù)據(jù)置信度C_L通過下式計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種提供定位服務(wù)的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括a)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，包括一個(gè)作為網(wǎng)關(guān)的定位終端LE和至少一個(gè)作為子節(jié)點(diǎn)的定位標(biāo)識(shí)LM或定位終端LE，它們通過短距離無線鏈路組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)；其中作為子節(jié)點(diǎn)的定位終端 LE進(jìn)行自身定位測(cè)量的同時(shí)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)上報(bào)自身狀態(tài)信息并轉(zhuǎn)發(fā)來自臨近節(jié)點(diǎn)的消息；作為網(wǎng)關(guān)的定位終端LE進(jìn)行自身定位測(cè)量的同時(shí)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)采集該網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息并通過通信網(wǎng)絡(luò)上報(bào)；定位標(biāo)識(shí)LM負(fù)責(zé)接入無線傳感網(wǎng)絡(luò)并報(bào)告自身狀態(tài)信息；b)定位管理平臺(tái)，負(fù)責(zé)通過通信網(wǎng)絡(luò)連接至少一個(gè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)，采集其中所有LE上報(bào)的定位測(cè)量信息，經(jīng)過信息融合處理并結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的各LE歷史航跡信息確定各LE當(dāng)前的位置和相關(guān)航跡，同時(shí)采集其中網(wǎng)關(guān)LE上報(bào)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，利用該信息對(duì)該無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的LE進(jìn)行定位校正并確定該無線傳感網(wǎng)絡(luò)中LM的位置坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括經(jīng)定位管理平臺(tái)授權(quán)的第三方定位服務(wù)商LBS和定位服務(wù)用戶LUE，他們通過通信網(wǎng)絡(luò)連接，接收定位管理平臺(tái)發(fā)布的位置服務(wù)信息，包括LM或LE即時(shí)位置信息、位置觸發(fā)的告警和航跡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述通信網(wǎng)絡(luò)指能夠提供廣域覆蓋的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、有線寬帶網(wǎng)絡(luò)、無線寬帶網(wǎng)絡(luò)或者它們的組合，所述移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)包括GSM 網(wǎng)絡(luò)、GI3RS 網(wǎng)絡(luò)、EDGE 網(wǎng)絡(luò)、CDMA2000 Ix 網(wǎng)絡(luò)、CDMA2000 EVDO 網(wǎng)絡(luò)、WCDMA 網(wǎng)絡(luò)、TD-SCDMA 網(wǎng)絡(luò)以及基于上述移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述LE包括定位測(cè)量單元，進(jìn)一步包括GPS子單元和慣性測(cè)量子單元IMU，其中GPS子單元負(fù)責(zé)接收GPS信號(hào)并解碼輸出定位結(jié)果至主控單元，慣性測(cè)量單元子IMU，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)測(cè)量LE在三個(gè)坐標(biāo)軸向的加速度和角速度，據(jù)此計(jì)算出LE的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、航向和航速并上報(bào)主控單元；無線傳感單元，采用ZigBee短距離無線通信技術(shù)，利用配置成全功能設(shè)備FFD的 ZigBee模塊存儲(chǔ)LE的身份識(shí)別號(hào)ID-1，自動(dòng)搜索并連接臨近的無線傳感節(jié)點(diǎn)；無線通信單元，負(fù)責(zé)接入通信網(wǎng)絡(luò)與定位管理平臺(tái)建立通信連接，根據(jù)主控單元的控制指令上報(bào)無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，對(duì)于CDMA網(wǎng)絡(luò)所述無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括偽隨機(jī)碼相位偏置系數(shù)、 導(dǎo)頻激活集、導(dǎo)頻候選集和導(dǎo)頻相鄰集；顯示單元，負(fù)責(zé)向用戶提供使用界面，以圖文方式顯示LE工作狀態(tài)和用戶使用菜單， 所述工作狀態(tài)包括LE接入的無線網(wǎng)絡(luò)名稱、信號(hào)強(qiáng)度、電池剩余電量；輸入輸出單元，負(fù)責(zé)向用戶提供輸入輸出功能，包括鍵盤、耳麥、外接電源和擴(kuò)展存儲(chǔ)卡；主控單元通過控制和數(shù)據(jù)接口連接其他功能單元，完成各單元的初始化、參數(shù)配置、工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)控制，處理定位測(cè)量單元上報(bào)的測(cè)量結(jié)果并通過無線通信單元上報(bào)定位管理平臺(tái)，同時(shí)通過無線通信單元接收并響應(yīng)定位管理平臺(tái)的管理指令。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述LE包括一個(gè)具備GPS定位功能的手機(jī)和一個(gè)擴(kuò)展功能單元；它們通過手機(jī)的外部接口連接，所述外部接口是USB接口、或者藍(lán)牙接口、或者紅外接口 ；所述擴(kuò)展功能單元包括慣性測(cè)量IMU子單元，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)測(cè)量LE擴(kuò)展功能單元在三個(gè)坐標(biāo)軸向的加速度和角速度，據(jù)此計(jì)算出LE擴(kuò)展功能單元的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、航向和航速并上報(bào)手機(jī)主控CPU ；無線傳感子單元，采用ZigBee短距離無線通信技術(shù)，利用配置成全功能設(shè)備FFD的ZigBee模塊存儲(chǔ)LE的身份識(shí)別號(hào)ID-1，自動(dòng)搜索并連接臨近的無線傳感節(jié)點(diǎn)；接口子單元，負(fù)責(zé)通過USB接口、或者藍(lán)牙接口、或者紅外接口實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能單元和手機(jī)主控CPU的通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述LE通過其無線傳感單元連接臨近的無線傳感節(jié)點(diǎn)后，在定位管理平臺(tái)的指配下工作于路由模式或網(wǎng)關(guān)模式；作為路由節(jié)點(diǎn)的LE定時(shí)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)報(bào)告自身狀態(tài)消息，其中包括自身身份識(shí)別號(hào)ID-1、 臨近網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度及其節(jié)點(diǎn)ID信息；作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的LE通過通信網(wǎng)絡(luò)定時(shí)上報(bào)下屬無線傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)消息，其中包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、各?jié)點(diǎn)觀察到的臨近節(jié)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度、 下屬所有端節(jié)點(diǎn)LM上報(bào)的自身狀態(tài)消息和此狀態(tài)報(bào)告的對(duì)應(yīng)時(shí)間信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述LM預(yù)先配置并存儲(chǔ)唯一識(shí)別號(hào)ID-2用于標(biāo)識(shí)自己的身份，LM進(jìn)一步包括無線傳感單元，采用ZigBee短距離無線通信技術(shù)，配置成ZigBee精簡(jiǎn)功能設(shè)備RFD，負(fù)責(zé)按照主控單元的指令定時(shí)接入臨近無線傳感網(wǎng)絡(luò)并上報(bào)自身狀態(tài)消息，所述自身狀態(tài)消息包括自身身份識(shí)別號(hào)ID-2、臨近ZigBee FFD節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度及其節(jié)點(diǎn)ID、自身剩余電量和本地告警信息；主控單元，通過控制和數(shù)據(jù)接口連接無線傳感單元，完成其初始化、參數(shù)配置、工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)控制，按照預(yù)先配置的參數(shù)定時(shí)觸發(fā)無線傳感單元接入臨近無線傳感網(wǎng)絡(luò)并上報(bào)自身狀態(tài)消息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定位管理平臺(tái)采用分布式、 模塊化的架構(gòu)，由一臺(tái)服務(wù)器或多臺(tái)服務(wù)器群組構(gòu)成；其中包括信息采集發(fā)布單元，負(fù)責(zé)基于TCP/IP協(xié)議或短信SMS完成定位管理平臺(tái)和LE、LUE以及LBS之間的通信，完成它們之間交互消息的封裝與拆封；從LE的上報(bào)消息中提取LM的識(shí)別號(hào)、LE識(shí)別號(hào)、定位測(cè)量信息和無線傳感網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息并轉(zhuǎn)交給數(shù)據(jù)處理單元；按照管理單元的指令向授權(quán)LBS和LUE發(fā)布LE位置信息；數(shù)據(jù)庫單元，是多種邏輯數(shù)據(jù)庫的綜合，包括終端管理數(shù)據(jù)庫TM_DB、用戶管理數(shù)據(jù)庫 CM_DB及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫TF_DB，TM_DB存儲(chǔ)終端管理數(shù)據(jù)，包括所有LE的識(shí)別號(hào)、LE的常規(guī)運(yùn)動(dòng)模式和當(dāng)前運(yùn)動(dòng)模式、LE當(dāng)前的姿態(tài)、LE的定位服務(wù)類別、LE配置的定位測(cè)量能力、LE 通過短距離無線技術(shù)識(shí)別LM的有效距離，以及LM的識(shí)別號(hào)、LM的常規(guī)運(yùn)動(dòng)模式和當(dāng)前運(yùn)動(dòng)模式；CM_DB存儲(chǔ)用戶管理數(shù)據(jù)，包括LUE和LBS的識(shí)別號(hào)、鑒權(quán)認(rèn)證信息、授權(quán)服務(wù)類別和等級(jí)；TF_DB存儲(chǔ)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包括開展業(yè)務(wù)地區(qū)的數(shù)字地圖、地物地貌信息、移動(dòng)基站規(guī)劃信息、LE歷次上報(bào)的定位測(cè)量信息、LE歷史位置信息、網(wǎng)關(guān)LE歷次上報(bào)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息和LM歷史位置信息；數(shù)據(jù)處理單元，負(fù)責(zé)按照定位算法處理信息采集單元轉(zhuǎn)交的LE定位測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫單元記錄的該LE歷史運(yùn)動(dòng)軌跡、前一時(shí)刻運(yùn)動(dòng)模式和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)以及LE所在區(qū)域的地理信息系統(tǒng)，確定該LE當(dāng)前位置坐標(biāo)、當(dāng)前運(yùn)動(dòng)模式和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)并記錄結(jié)果；同時(shí)負(fù)責(zé)處理信息采集單元轉(zhuǎn)交的網(wǎng)關(guān)LE上報(bào)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，首先對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)LE的定位結(jié)果置信度進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，將置信度高于標(biāo)準(zhǔn)值的LE作為校正源，然后結(jié)合短距離無線定位技術(shù)RTLS對(duì)各節(jié)點(diǎn)LE的位置坐標(biāo)和相關(guān)航跡進(jìn)行校正處理，并進(jìn)而得到 LM節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)；管理單元，負(fù)責(zé)管理所有LE、LM的注冊(cè)、接入認(rèn)證、工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)、升級(jí)維護(hù)以及關(guān)聯(lián)屬性數(shù)據(jù)的更新，還負(fù)責(zé)管理LBS和LUE的業(yè)務(wù)開通、業(yè)務(wù)變更和業(yè)務(wù)使用記錄。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述LE進(jìn)行的定位測(cè)量包括 GPS測(cè)量、慣性導(dǎo)航測(cè)量和無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量；所述定位測(cè)量和結(jié)果上報(bào)根據(jù)定位策略定時(shí)觸發(fā)，所述定位策略由定位管理平臺(tái)根據(jù)LE申請(qǐng)的定位業(yè)務(wù)類別、LE的常規(guī)運(yùn)動(dòng)模式和 LE的運(yùn)算能力預(yù)先確定并通過下發(fā)參數(shù)配置于LE中，定位策略包括LE需定時(shí)測(cè)量和上報(bào)的定位參數(shù)、定時(shí)測(cè)量的時(shí)間間隔和上報(bào)的時(shí)間間隔；所述時(shí)間間隔是和LE即時(shí)運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)的一個(gè)動(dòng)態(tài)變化量，其變化規(guī)律是速度越高時(shí)間間隔越小。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定位管理平臺(tái)通過下述步驟處理LE上報(bào)的定位測(cè)量信息1)定位信息采集單元接收來自LE的定時(shí)上報(bào)消息，提取其中的定位信息，包括GPS定位測(cè)量信息、IMU測(cè)量信息和無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；2)數(shù)據(jù)處理單元首先對(duì)定位信息進(jìn)行預(yù)處理，包括計(jì)算GPS定位數(shù)據(jù)置信度C_L，根據(jù) IMU測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出本次上報(bào)數(shù)據(jù)中所包含的各采樣時(shí)刻的LE即時(shí)速度矢量和航向，根據(jù)上報(bào)信息中包含的無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)確定LE當(dāng)前的服務(wù)基站和相鄰基站；3)根據(jù)第2)步預(yù)處理所得數(shù)據(jù)，進(jìn)行定位信息融合處理，獲得可靠的LE位置坐標(biāo)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定位管理平臺(tái)處理LE上報(bào)的定位測(cè)量信息第2)步驟中的GPS定位數(shù)據(jù)置信度C_L通過下式計(jì)算
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定位管理平臺(tái)處理LE上報(bào)的定位測(cè)量信息第3)步驟中的定位信息融合處理包括(a)由卡爾曼(Kalman)濾波單元對(duì)GPS定位測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)；(b)航位推算(Dead-Reckoning)單元使用IMU測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行航位推算；(c)信息融合單元對(duì)(a)、(b)的結(jié)果進(jìn)行信息融合處理當(dāng)GPS定位信息置信度C_L < C_L0時(shí)，舍棄GPS定位信息，直接采用航位推算結(jié)果作為L(zhǎng)E的定位結(jié)果，同時(shí)啟動(dòng)航位推算導(dǎo)航計(jì)時(shí)器T，當(dāng)T > TO時(shí)，發(fā)出系統(tǒng)告警；否則對(duì)a)、b)輸出信息進(jìn)行Kalman濾波處理，獲得LE位置信息最優(yōu)估計(jì)；所述CJjci和TO為定位管理平臺(tái)預(yù)先設(shè)定的門限值，并且可根據(jù)相應(yīng)定位服務(wù)對(duì)精度的要求和實(shí)際使用效果隨時(shí)修改；(d)使用LE周圍區(qū)域的數(shù)字地圖校正LE的位置坐標(biāo)和航跡；(e)將LE的定位結(jié)果送到航位推算單元進(jìn)行反饋校正，鉗制航位推算隨著時(shí)間積累的系統(tǒng)誤差；更新定位管理平臺(tái)數(shù)據(jù)庫單元記錄的LE歷史運(yùn)動(dòng)速度、航跡和姿態(tài)數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定位管理平臺(tái)處理LE上報(bào)的定位測(cè)量信息第1)步驟中的無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括偽隨機(jī)碼相位偏置系數(shù)、導(dǎo)頻激活集、導(dǎo)頻候選集和導(dǎo)頻相鄰集數(shù)據(jù)；根據(jù)這些無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)通過檢索數(shù)據(jù)庫中預(yù)先存儲(chǔ)的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃信息確定LE當(dāng)前的服務(wù)基站和相鄰基站；然后結(jié)合數(shù)字地圖估計(jì)LE的大致位置，作為 LE定位的輔助信息。
14.定位終端LE和至少一個(gè)定位標(biāo)識(shí)LM根據(jù)權(quán)利要求1-13任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定位管理平臺(tái)通過下述步驟處理網(wǎng)關(guān)LE上報(bào)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀態(tài)信息A)檢查該無線傳感網(wǎng)絡(luò)中所有LE的定位狀態(tài)，比較它們的GPS定位信息置信度C_L， 選擇其中置信度C_L > CJji的LE作為該無線傳感網(wǎng)絡(luò)的位置校正源，其中C^L1為定位管理平臺(tái)預(yù)先設(shè)定的門限值，可根據(jù)相應(yīng)定位服務(wù)對(duì)精度的要求和實(shí)際使用效果隨時(shí)修改；B)檢索數(shù)據(jù)庫調(diào)出校正源LE的屬性數(shù)據(jù)，包括其當(dāng)前位置、其無線傳感單元能夠有效探測(cè)的距離和無線傳感單元天線方向性參數(shù)等；C)根據(jù)網(wǎng)關(guān)LE上報(bào)的信息和校正源LE屬性信息依次計(jì)算校正源LE臨近的LE相對(duì)于校正源LE的距離，該計(jì)算可依據(jù)電波在自由空間的傳播模型進(jìn)行，然后通過三角測(cè)量技術(shù)得出臨近LE在狀態(tài)報(bào)告對(duì)應(yīng)時(shí)間ts時(shí)刻的位置；D)檢索數(shù)據(jù)庫調(diào)出被校正LE最近的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，對(duì)狀態(tài)報(bào)告對(duì)應(yīng)時(shí)間ts時(shí)刻的LE 位置進(jìn)行校正，并重新基于其IMU歷史數(shù)據(jù)通過航位推算更新ts時(shí)刻之后直到當(dāng)前的LE 航跡，將校正和計(jì)算結(jié)果更新至數(shù)據(jù)庫；E)按照步驟C)相同的方法計(jì)算獲得該無線傳感網(wǎng)絡(luò)中LM的位置坐標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種移動(dòng)定位服務(wù)系統(tǒng)，由定位管理平臺(tái)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其中無線傳感網(wǎng)絡(luò)是由定位終端LE和定位標(biāo)識(shí)LM通過短距離無線鏈路組成的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。LE具備定位測(cè)量、無線傳感和通信功能；LM具備無線傳感功能。LE定時(shí)將定位測(cè)量數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)上報(bào)定位管理平臺(tái)，由管理平臺(tái)通過信息融合技術(shù)獲得LE位置的最優(yōu)估計(jì)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)LE還定時(shí)將下屬無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀態(tài)信息通過通信網(wǎng)絡(luò)上報(bào)定位管理平臺(tái)，管理平臺(tái)據(jù)此校正該網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)LE的位置并計(jì)算確定LM的位置坐標(biāo)。本發(fā)明系統(tǒng)部署方便，可充分利用現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)終端開展業(yè)務(wù)，LM功耗很低，有利于開展多種定位增值服務(wù)，特別有利于開展那些對(duì)定位終端有低功耗、隱蔽性要求的定位服務(wù)。
文檔編號(hào)H04W64/00GK102469580SQ20101054967
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
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