專利名稱：一種移動(dòng)空間四維信息服務(wù)系統(tǒng)及其終端和定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種綜合性的定位方法和空間信息服務(wù)系統(tǒng)，將無線射頻，衛(wèi)星定位和數(shù)字地理技術(shù)相結(jié)合。具體涉及一種移動(dòng)空間四維信息服務(wù)系統(tǒng)及其終端設(shè)備和定位方法，既能在室外進(jìn)行精確定位，又能在室內(nèi)獲得精確的三維定位信息，同時(shí)還能受到服務(wù)控制中心的監(jiān)測，并獲取由移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)發(fā)送的信息，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類生產(chǎn)、生活的各種信息有80%與地理空間位置有關(guān)，充分利用數(shù)字信息和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用地理空間的數(shù)字信息構(gòu)筑一個(gè)平臺(tái)，把一個(gè)城市、地區(qū)乃至一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)信息加載上去，可以為社會(huì)各方面提供有效的服務(wù)。衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)是目前廣泛使用的獲取地理位置信息的方法，它既是重要的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，也是各國發(fā)展航天科技、搶占空間資源的重要保證。目前廣泛使用的是利用美國的全球定位系統(tǒng)(GPS)來獲得高精度的坐標(biāo)信息，但在數(shù)據(jù)精度的開放、數(shù)據(jù)安全性方面，都受到了極大的限制。北斗系統(tǒng)是我國自行開發(fā)研究的定位系統(tǒng)目前開始向中國及周邊地區(qū)提供連續(xù)的導(dǎo)航定位和授時(shí)服務(wù)。因此，運(yùn)用北斗和GPS實(shí)現(xiàn)雙星互校正、互差分技術(shù)進(jìn)行定位，無論從可靠性還是國家安全角度考慮，都是值得推廣和應(yīng)用的。利用北斗和GPS進(jìn)行定位的優(yōu)勢(shì)是衛(wèi)星有效覆蓋范圍大，缺點(diǎn)是定位信號(hào)到達(dá)地面時(shí)較弱，不能穿透建筑物，而且定位器終端的成本較高。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，人們對(duì)在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境下精確定位的需求不斷增加。目前主要的方案包括蜂窩網(wǎng)定位技術(shù)以及無線信號(hào)區(qū)域定位技術(shù)。RFID利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識(shí)別和定位的目的。這種技術(shù)作用距離短，一般最長為幾十米。但它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級(jí)定位精度的信息，且傳輸范圍很大，成本較低。同時(shí)由于其非接觸和非視距等優(yōu)點(diǎn)，可望成為優(yōu)選的室內(nèi)定位技術(shù)。地理信息系統(tǒng)(GIS)是是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)，它是地理空間信息管理不可缺少的平臺(tái)，也是空間位置信息的重要載體。目前還沒有嚴(yán)格意義上的移動(dòng)空間信息服務(wù)，但能夠提供相關(guān)服務(wù)的技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)有一些，如車載導(dǎo)航設(shè)備、或用roA、手機(jī)等移動(dòng)智能和通訊設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)航、信息查詢等技術(shù)，可是這些技術(shù)在定位方面不夠完善，可實(shí)現(xiàn)的空間信息服務(wù)功能較少，也未涉及雙星互校的技術(shù)方案以及與與其他無線定位方式結(jié)合的技術(shù)，這些都是有待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明提供一種具有無縫覆蓋、四維精確定位和實(shí)時(shí)能力的移動(dòng)空間四維信息服務(wù)系統(tǒng)及其終端設(shè)備和定位方法，適用于應(yīng)急救援和日常移動(dòng)空間信息服務(wù)的綜合保障。具體而言，設(shè)計(jì)一個(gè)移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)，將基于這個(gè)服務(wù)平臺(tái)的信息用戶終端與智能手機(jī)，平板電腦等個(gè)人智能終端相結(jié)合，可以使得用戶只需持有原本的手持智能終端設(shè)備，不論在室內(nèi)室外都可以獲取自己和對(duì)方的三維地理位置信息及時(shí)間信息。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
一種移動(dòng)空間四維信息服務(wù)系統(tǒng)，包括終端設(shè)備、控制中心和移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)，所述終端設(shè)備為北斗/GPS/RFID/移動(dòng)GIS通用四維信息用戶終端；所述控制中心一側(cè)為移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)，移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)利用布置在室內(nèi)的RFID固定節(jié)點(diǎn)以及服務(wù)平臺(tái)上運(yùn)行的GIS信息融合及RFID等邊三角形質(zhì)心定位算法，為四維信息用戶終端提供移動(dòng)空間四維信息服務(wù)功能。移動(dòng)空間四維服務(wù)系統(tǒng)利用Webservice、GML來實(shí)現(xiàn)服務(wù)系統(tǒng)之間的空間信息互通問題，包括系統(tǒng)內(nèi)部、GIS和GIS之間、GIS和其他服務(wù)系統(tǒng)(如內(nèi)容提供系統(tǒng))之間，以利于充分整合GIS資源。在構(gòu)建此系統(tǒng)時(shí)可以采取以下幾個(gè)步驟在終端一側(cè)設(shè)計(jì)一種基于衛(wèi)星/RFID/移動(dòng)GIS通用四維信息用戶終端，四維信息用戶終端部分采用了多種定位方法，實(shí)現(xiàn)室外、室內(nèi)連續(xù)精確定位。這一過程中，采用北斗/GPS/GSM/RFID四種定位措施相結(jié)合，保證定位信息的連續(xù)和高精度。在控制中心一側(cè)構(gòu)建移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)，移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)將GPS/北斗定位信息、蜂窩網(wǎng)絡(luò)輔助定位信息、GIS信息以及利用布置在室內(nèi)的RFID固定節(jié)所獲取的RFID區(qū)域定位信息和數(shù)據(jù)庫內(nèi)的其他信息資源有機(jī)的結(jié)合起來，形成一個(gè)協(xié)同工作的整體。采用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合技術(shù)，保證信息的無縫轉(zhuǎn)接和交互。為了在移動(dòng)終端有限的資源上進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和可視化表達(dá)，利用移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，從而簡化移動(dòng)終端所需的計(jì)算資源。(I)四維信息用戶終端設(shè)備四維信息用戶終端是指可以獲取和顯示三維空間信息和時(shí)間信息的用戶終端。該信息用戶終端采用了嵌入式移動(dòng)GIS技術(shù)。嵌入式移動(dòng)GIS是傳統(tǒng)GIS在移動(dòng)終端上的實(shí)現(xiàn)，集成了嵌入式技術(shù)、GIS、移動(dòng)通信、無線互聯(lián)網(wǎng)等多種技術(shù)。四維信息用戶終端內(nèi)置無線定位芯片，用于支持無線射頻定位與衛(wèi)星定位的復(fù)合式定位方案。四維信息用戶終端由定位及通信功能模塊、定位信息采集處理模塊、GSM/GPRS通信模塊、RFID信息模塊、供電模塊和調(diào)試模塊構(gòu)成。a.定位及通信功能模塊。該模塊包含GPS通信模塊和北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊和相應(yīng)的天線，所述定位及通信功能模塊與衛(wèi)星系統(tǒng)通信實(shí)現(xiàn)雙星互校，發(fā)送定位要求并且獲得定位信息，該定位及通信功能模塊直接通過北斗二號(hào)衛(wèi)星發(fā)送報(bào)文消息。通過該模塊可以在室外尤其是基站不足的地方獲得精確的地理坐標(biāo)定位信息，而且北斗二號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)可以授時(shí)和發(fā)送報(bào)文短信，因此該模塊還實(shí)現(xiàn)通信功能和授時(shí)功能。b.定位信息采集處理模塊。模塊主要是由AMR開發(fā)板，圖形視頻界面構(gòu)成，選擇Linux作為目標(biāo)板的操作系統(tǒng)。該模塊對(duì)于從其他模塊接收到的各種定位信息進(jìn)行處理，并且可以對(duì)由控制中心一側(cè)發(fā)送過來的命令和消息給予執(zhí)行和處理，同時(shí)還可以從服務(wù)平臺(tái)中調(diào)取相應(yīng)的數(shù)據(jù)資源和GIS信息給予應(yīng)用和顯示，是整個(gè)定位用戶終端的核心模塊。c. GSM/GPRS通信模塊，該模塊用于當(dāng)定位及通信功能模塊不能正常工作時(shí)，如在室內(nèi)或者隧道等情況，可通過GSM/GPRS通信模塊利用GSM技術(shù)從各種基站中調(diào)取輔助定位信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)于終端用戶的地面二維定位，并且可以利用該模塊向其他終端發(fā)送短信消息也可接收其他終端發(fā)送過來的短信消息，實(shí)現(xiàn)四維信息用戶終端與四維信息用戶終端，或者四維信息用戶終端與其他終端的通信。此模塊的GPRS功能負(fù)責(zé)將定位信息采集處理模塊所要發(fā)送的信息送入互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送給移動(dòng)空間服務(wù)平臺(tái)，也負(fù)責(zé)接收移動(dòng)空間服務(wù)平臺(tái)傳送過來的信息并將此發(fā)送給定位信息采集處理模塊。d. RFID信息模塊。該模塊用于室內(nèi)精確定位場合，當(dāng)控制中心想要精確獲得用戶終端的具體定位高度信息，如用戶所在樓層等情況，可利用現(xiàn)有布置好的RFID固定節(jié)點(diǎn)(閱讀器)，此時(shí)用戶終端的RFID信息模塊可以響應(yīng)固定節(jié)點(diǎn)(閱讀器)的檢測，從而確定用戶終端的具體高度位置信息，實(shí)現(xiàn)三維定位。e.供電模塊。電源負(fù)責(zé)為設(shè)備提供各種需要的電能，通常為PDA或者手機(jī)采用的鋰電池。f.調(diào)試模塊。當(dāng)終端需要檢測或者修理時(shí)，可利用該模塊進(jìn)行檢測調(diào)試。
(2)移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)本發(fā)明在控制中心一側(cè)構(gòu)建移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)，將四維信息用戶終端的功能構(gòu)建于服務(wù)平臺(tái)之上，形成一個(gè)功能強(qiáng)大和完善的中心平臺(tái)，為四維信息終端提供數(shù)據(jù)和計(jì)算能力。移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)構(gòu)架主要分為三個(gè)部分，即監(jiān)控軟件、空間信息服務(wù)中心和空間信息數(shù)據(jù)庫。a.監(jiān)控軟件?？刂浦行谋O(jiān)控軟件主要工作是接收并檢測來自信息用戶終端的定位、授時(shí)信息和設(shè)備的電源供電狀態(tài)信息等信息的有效性和安全性，并將這些信息發(fā)送給空間信息服務(wù)系統(tǒng)并且同時(shí)存入數(shù)據(jù)庫中。b.空間信息服務(wù)中心?？臻g信息服務(wù)中心由一個(gè)服務(wù)器集群組成，包括各種功能服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，通過中間件和空間數(shù)據(jù)庫交互數(shù)據(jù)?？臻g信息服務(wù)中心作為移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)中最復(fù)雜的部分，需要承載數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)融合算法的功能?？臻g信息服務(wù)中心可以將從四維信息用戶終端所接收的多個(gè)定位信息徹底整合，確定用戶的最終三維定位信息和時(shí)間信息，并且可以根據(jù)用戶的需求提供GIS地圖瀏覽、查詢及分析功能，給平臺(tái)的四維信息用戶終端提供各種數(shù)據(jù)支持，能夠?qū)崿F(xiàn)信息安全處理，是整個(gè)移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)的重要支撐。c.空間信息數(shù)據(jù)庫。移動(dòng)空間信息服務(wù)所依賴的空間數(shù)據(jù)庫是一種海量的數(shù)據(jù)庫，其規(guī)模非常龐大?？臻g信息數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)了各種GIS地理信息和各個(gè)四維通信用戶終端的狀態(tài)信息，為移動(dòng)空間信息服務(wù)提供所必須的數(shù)據(jù)資源。移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)采用功能模塊化設(shè)計(jì)，以保持功能間的低依賴性，用戶可以對(duì)所有功能自由選擇和組合。(2)移動(dòng)空間四維信息服務(wù)平臺(tái)的定位方法，包括如下幾個(gè)步驟I)在終端一側(cè)，利用北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊兼具授時(shí)、定位和雙向通信功能的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合GPS定位精度高的特點(diǎn)，采用GPS/北斗雙校技術(shù)，在為通信雙方及控制中心提供三維室外精確定位信息的同時(shí)給出一維時(shí)間信息。該過程為通用四維信息用戶終端設(shè)備上電后根據(jù)預(yù)定的工作方式進(jìn)入工作流程，定位及通信功能模塊中的GPS和北斗模塊開始接收定位信息，之后定位信息采集與處理模塊對(duì)GPS定位信息、授時(shí)信息進(jìn)行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)做打包處理。若不同的四維信息用戶終端之間想直接進(jìn)行通信，則可利用報(bào)文的形式通過北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊進(jìn)行消息互通。如果采集不到衛(wèi)星定位信息則轉(zhuǎn)換為用區(qū)域無線定位技術(shù)接收定位信息，利用輔助基站定位方式，通過GSM/GPRS模塊獲得目標(biāo)的二維坐標(biāo)信息。此時(shí)定位信息采集處理模塊將接收到的全部定位信息和用戶的自身需求信息通過GPRS發(fā)送給移動(dòng)空間信息服務(wù)
Tno2)當(dāng)確定終端處在室內(nèi)的時(shí)候，采用RFID等邊三角形質(zhì)心定位算法進(jìn)行高精度的三維室內(nèi)定位?？刂浦行囊粋?cè)由移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)和室內(nèi)RFID固定節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。RFID室內(nèi)固定節(jié)點(diǎn)用于探測進(jìn)入服務(wù)區(qū)的四維信息用戶終端的RFID模塊，通過RFID等邊三角形質(zhì)心定位算法精確定位該四維信息用戶終端的具體高度位置，并將信息傳給移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)，同時(shí)接受來自移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)的指令。3)在控制中心移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)一側(cè)，監(jiān)控軟件部分對(duì)接收到的用戶終端數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢測和確認(rèn)后，將信息發(fā)送給空間信息服務(wù)中心和空間數(shù)據(jù)庫?？臻g信息服務(wù)中心對(duì)于接收到的來自用戶終端的定位信息和需求以及來自RFID固定節(jié)點(diǎn)的檢測信息進(jìn)行融合和處理，將處理過后的三維位置信息和時(shí)間信息通過GPRS發(fā)送給四維用戶終端?？臻g數(shù)據(jù)庫為用戶終端所需信息和需求提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)資源，同時(shí)將接收到的用戶信息進(jìn)行 存儲(chǔ)。本發(fā)明步驟I)中，采用“北斗二號(hào)”RDSS/GPS雙模組合定位處理，北斗二號(hào)”通信鏈路RDSS觀測量和GPS觀測量的觀測過程由用戶終端完成，并通過“北斗二號(hào)”通信鏈路將觀測結(jié)果發(fā)給北斗衛(wèi)星控制中心站，位置解算處理在中心站完成，這樣可使用戶終端自身得到大大簡化，并且處理精度有進(jìn)一步提高的可能性。中心解算結(jié)果再通過“北斗二號(hào)”通信鏈路發(fā)回用戶終端完成一次定位處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)I)采用雙模方式定位，不僅能夠提高定位的精度，而且在定位的同時(shí)可以利用北斗的通信功能使得終端和終端或者終端和服務(wù)器之間能夠相互傳遞消息，同時(shí)北斗的授時(shí)功使得獲取的定位信息不僅包含了位置坐標(biāo)信息，還包含了定位時(shí)間信息，方便移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)對(duì)四維信息用戶終端進(jìn)行監(jiān)控跟蹤。2)本發(fā)明采用復(fù)合式定位方法，不同于一般的智能終端定位單純地選擇衛(wèi)星定位，而是考慮到成本和精度在室外采用了衛(wèi)星定位并輔以蜂窩基站定位雙重選擇，在城市等基站密集區(qū)域或者無RFID固定節(jié)點(diǎn)的室內(nèi)選擇基站定位，在野外或者航海時(shí)選擇衛(wèi)星定位，這種雙重選擇既提高精度，又節(jié)約成本。考慮到室內(nèi)情況，本發(fā)明在衛(wèi)星基礎(chǔ)上加入射頻識(shí)別部分，使得室內(nèi)定位精度更加準(zhǔn)確，同時(shí)可以利用在室內(nèi)廣泛分布的射頻讀卡器獲得位置信息的高度坐標(biāo)，結(jié)合經(jīng)緯度二維坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)四維定位，獲取更詳細(xì)的位置和時(shí)間信息，使得該移動(dòng)空間信息平臺(tái)的應(yīng)用范圍更加廣泛。3)本發(fā)明采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大的控制中心服務(wù)軟件，將復(fù)雜的計(jì)算留給固定中心，從而簡化移動(dòng)終端設(shè)計(jì)，降低成本。本發(fā)明提出并設(shè)計(jì)一種移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)和用戶終端，使得用戶不論在室內(nèi)室外都可以獲取自己的三維地理位置信息，不僅包含了所在位置的二維坐標(biāo)信息，還包含了所在地高度坐標(biāo)信息。將這些信息與相應(yīng)的空間布局信息相結(jié)合可將用戶目前的位置信息具體到某一樓層某一房間更加適用于醫(yī)院看護(hù)，大型文藝匯演或者體育賽事等人員較多場地較大但又需要監(jiān)控人員或者用戶本身對(duì)于用戶位置信息了如指掌的情況，特別地，系統(tǒng)可以應(yīng)用于大型體育場館，引導(dǎo)觀眾按指定座位就坐，維持現(xiàn)場秩序，保證比賽順利進(jìn)行。


圖I是四維信息用戶終端設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是四維信息用戶終端具體實(shí)施方式
結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是四維信息用戶終端核心板軟件流程；圖4移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)交互模式示意圖；圖5是監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)層次結(jié)構(gòu)圖；圖6為監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)流程圖。 附圖中主要標(biāo)記如下
I 一電源2—北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊
3 — GPS模塊4一衛(wèi)星通信天線
5 — ARM硬件平臺(tái)6 —圖像顯示模塊
7—GSM/GPRS通信模塊8—RFID信息模塊
9一調(diào)試控制設(shè)備
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。如圖I是本發(fā)明中的四維信息用戶終端，其具體硬件平臺(tái)構(gòu)成如圖2所示。四維信息用戶終端的工作流程如圖3給出的軟件流程圖所示，控制中心一側(cè)的移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互模式由圖4所示，監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)層次圖由圖5所示，具體流程圖由圖6所示。整個(gè)系統(tǒng)的具體工作步驟如下四維信息用戶終端設(shè)備上電后，ARM硬件平臺(tái)5首先對(duì)硬件工作參數(shù)進(jìn)行初始化，然后根據(jù)預(yù)定的工作方式進(jìn)入工作流程。然后開發(fā)板調(diào)用信息采集子程序，如果有定位需要，此時(shí)定位及通信功能模塊開始工作，GPS模塊3和北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊2開始獲取衛(wèi)星定位信息，采用雙星互較模式對(duì)定位信息進(jìn)行修正和確認(rèn)，定位信息采集處理模塊中的ARM硬件平臺(tái)5對(duì)衛(wèi)星定位信息、授時(shí)信息進(jìn)行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)做打包處理，若要和其他終端之間通信，此時(shí)可以以報(bào)文的形式通過北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊2向北斗通信指揮站發(fā)送報(bào)文信息，再由指揮站轉(zhuǎn)發(fā)給其他四維信息用戶終端。如果核心板沒有采集到衛(wèi)星通信模塊的信息，可以判定此刻用戶終端所在位置應(yīng)該為室內(nèi)或者地下，這個(gè)時(shí)候定位信息采集程序選擇GSM/GPRS通信模塊7來獲取定位信息，GSM/GPRS通信模塊7利用終端目前所在地附近的基站分布進(jìn)行定位，獲取二維的地理位置坐標(biāo)，經(jīng)過定位信息采集處理模塊中的ARM硬件平臺(tái)5對(duì)數(shù)據(jù)的處理，可將定位信息通過GSM/GPRS通信模塊7的GPRS功能發(fā)送給連入互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送給控制中心一側(cè)的移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)。于此同時(shí)，RFID信息模塊8開啟，如果該室內(nèi)有RFID固定節(jié)點(diǎn)，固定節(jié)點(diǎn)探測進(jìn)入服務(wù)區(qū)的RFID終端，通過RFID等邊三角形質(zhì)心定位算法精確定位四維信息用戶終端，并將信息傳向移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)，結(jié)合移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)中空間信息數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲(chǔ)的地形分布圖，可以獲得用戶所在的具體高度信息(如樓層，座位層等)。四維信息用戶終端采集到的定位信息將會(huì)被發(fā)送給空間信息服務(wù)平臺(tái)，從而獲得相應(yīng)的地理位置信息和其他方面的服務(wù)信息。移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)構(gòu)架主要分為3個(gè)部分，即監(jiān)控軟件、空間信息服務(wù)中心和空間信息數(shù)據(jù)庫?？刂浦行谋O(jiān)控軟件接收并檢測來自信息用戶終端的定位、授時(shí)信息和設(shè)備的電源供電狀態(tài)信息等信息的有效性和安全性，并將這些信息發(fā)送給空間信息服務(wù)中心并且同時(shí)存入數(shù)據(jù)庫中。移動(dòng)空間信息服務(wù)中心將從四維信息用戶終端所接收的多個(gè)定位信息徹底整合，確定用戶的最終三維定位信息和時(shí)間信息，并且可以根據(jù)用戶的需求提供GIS地圖瀏覽、查詢及分析功能，能夠?qū)崿F(xiàn)信息安全處理，并將處理過后的三維位置信息和時(shí)間信息通過GPRS發(fā)送給四維用戶終端?？臻g數(shù)據(jù)庫為用戶終端所需信息和需求提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)資源，同時(shí)將接收到的用戶信息進(jìn)行存儲(chǔ)。 以下是結(jié)合每個(gè)附圖的具體說明。圖I是本發(fā)明中的四維信息用戶終端的模塊框架圖，集成了嵌入式技術(shù)、GIS、移動(dòng)通信、無線互聯(lián)網(wǎng)等多種技術(shù)；四維信息用戶終端內(nèi)置無線定位芯片，用于支持無線射頻定位與衛(wèi)星定位的復(fù)合式定位方案。四維信息用戶終端由定位及通信功能模塊這其中包括 GPS模塊3和北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊2以及天線4、定位信息采集處理模塊這其中包括ARM硬件平臺(tái)5和圖像顯示模塊6、GSM/GPRS通信模塊7、RFID信息模塊8、供電模塊I和調(diào)試模塊9構(gòu)成。圖2是本項(xiàng)目中嵌入式移動(dòng)GIS四維信息終端具體實(shí)施方式
結(jié)構(gòu)示意圖。定位及通信功能模塊，即GPS通信模塊I和北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊2分別為北斗衛(wèi)星OEM板和GPSOEM板，北斗衛(wèi)星OEM板和GPSOEM板集成于一個(gè)模板，采用和芯星通公司的UB240-C0RS雙系統(tǒng)四頻高精度板卡；ARM硬件平臺(tái)5使用三星公司的53C2440A處理器；GSM/GPRS通信模塊7使用SMCOM技術(shù)有限公司高性能高穩(wěn)定工業(yè)級(jí)GSM/GPRS無線模塊SM900A ；RFID信息模塊8使用菲博特電子科技有限公司XCRMF-801集成板。圖3是四維信息用戶終端軟件流程。四維信息用戶終端設(shè)備上電后，ARM硬件平臺(tái)5首先對(duì)硬件工作參數(shù)進(jìn)行初始化，然后根據(jù)預(yù)定的工作方式進(jìn)入工作流程。然后開發(fā)板調(diào)用衛(wèi)星定位信息采集子程序，如果有定位需要，此時(shí)進(jìn)入衛(wèi)星定位信息采集程序，定位及通信功能模塊開始工作，GPS模塊3和北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊2開始獲取衛(wèi)星定位信息，采用雙星互較模式對(duì)定位信息進(jìn)行修正和確認(rèn)，ARM硬件平臺(tái)5對(duì)衛(wèi)星定位信息、授時(shí)信息進(jìn)行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)做打包處理。同時(shí)詢問是否要和其他終端之間通信，如果得到肯定回答可以以報(bào)文的形式通過北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊2向北斗通信指揮站發(fā)送報(bào)文信息，再由指揮站轉(zhuǎn)發(fā)給其他四維信息用戶終端，如果得到否定回答，則關(guān)閉詢問。如果ARM硬件平臺(tái)5沒有采集到衛(wèi)星通信模塊的信息，可以判定此刻用戶終端所在位置應(yīng)該為室內(nèi)或者地下，這個(gè)時(shí)候定位信息采集選擇GSM/GPRS定位信息采集程序，GSM/GPRS通信模塊7利用終端目前所在地附近的基站分布進(jìn)行定位，獲取二維的地理位置坐標(biāo)，接著詢問是否要向其他四位信息用戶終端發(fā)送短信消息，如果得到肯定答復(fù)則利用GSM/GPRS通信模塊7向其他四維信息用戶終端發(fā)送短信消息。如果得到否定答復(fù)則關(guān)閉詢問程序。最后ARM硬件平臺(tái)5對(duì)數(shù)據(jù)的處理之后將定位信息通過GSM/GPRS通信模塊7的GPRS功能發(fā)送給連入互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送給控制中心一側(cè)的移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)。圖4是移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)交互模式示意圖。本發(fā)明所構(gòu)建的平臺(tái)以擁有海量存儲(chǔ)能力和高效數(shù)據(jù)訪問能力的空間信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，以無線通信方式連接四維信息用戶終端和移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)四維信息用戶終端資源的擴(kuò)展。為了達(dá)到這一功能，終端和服務(wù)平臺(tái)之間的通信需要采用專用的通信協(xié)議，并提供對(duì)WAP協(xié)議的兼容?？臻g移動(dòng)信息模型的各個(gè)組成部分依靠無線通信和Internet連接起來，組成一個(gè)有機(jī)整體。四維信息用戶終端由GSM/GPRS通信模塊7經(jīng)過多網(wǎng)融合網(wǎng)關(guān)連入Internet，整個(gè)Internet上，連入了很多具有其他功能的用戶終端，比如有WAP功能的終端或者有其他互通接口的GIS終端等等，這些終端通過相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)都可以連入Internet實(shí)現(xiàn)信息的交互。四維信息用戶終端發(fā)送的數(shù)據(jù)和RFID固定節(jié)點(diǎn)測到的數(shù)據(jù)通過Internet傳輸給移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)。移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)構(gòu)架主要分為3個(gè)部分，即監(jiān)控軟件、空間信息服務(wù)中心和空間信息數(shù)據(jù)庫。監(jiān)控軟件對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，提取其中有用的信息傳輸給空間信息服務(wù)中心，并將所有正確數(shù)據(jù)存入空間信息數(shù)據(jù)庫?？臻g信息服務(wù)中心由一個(gè)服務(wù)器集群組成，包括網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器、GPS服務(wù)器、空間信息服務(wù)器、GIS服務(wù)器、用戶信息服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、計(jì)費(fèi)服務(wù)器?？臻g信息服務(wù)中心通過空間信息中間件和空間信息數(shù)據(jù)庫交互數(shù)據(jù)?？臻g信息服務(wù)中心的各種服務(wù)器針對(duì)用戶提出需求的不同，提供相應(yīng)的回復(fù)數(shù)據(jù)。這些回復(fù)數(shù)據(jù)再通過Internet傳回給四維信息用戶終端，使得用戶能夠獲取自己所需信息和服務(wù)。模型的各部分之間有頻繁的數(shù)據(jù)交互，因此系統(tǒng)交互模式的設(shè)計(jì)是至關(guān) 重要。圖5是是監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)層次結(jié)構(gòu)圖。嚴(yán)格遵守面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法，同時(shí)符合軟件的需求特點(diǎn)，將整個(gè)軟件系統(tǒng)分為三個(gè)層次1信息接收層，本層主要負(fù)責(zé)接收用戶信息，權(quán)限控制這兩個(gè)功能，確認(rèn)數(shù)據(jù)是從四維信息用戶終端和RFID這兩方面收集而來，排除其他數(shù)據(jù)的干擾。2通信服務(wù)層，本層應(yīng)該實(shí)現(xiàn)四維信息用戶終端和移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)的網(wǎng)口通信，即從網(wǎng)口中以定時(shí)或時(shí)間驅(qū)動(dòng)的方式讀取發(fā)送來的數(shù)據(jù)，解析該數(shù)據(jù)包，組成各個(gè)信息存儲(chǔ)單元所需要的數(shù)據(jù)包格式。3數(shù)據(jù)服務(wù)層，該服務(wù)層需要將接收到的用戶各種狀態(tài)需求等信息全部存入數(shù)據(jù)庫，并且將有效的數(shù)據(jù)提取出來傳輸給空間信息服務(wù)中心進(jìn)行進(jìn)一步地處理。圖6是監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)流程圖。控制中心網(wǎng)口接收到數(shù)據(jù)消息后將消息發(fā)給系統(tǒng)監(jiān)控中心軟件，中心軟件根據(jù)特定的處理函數(shù)完成數(shù)據(jù)的接收，并根據(jù)協(xié)議判斷數(shù)據(jù)是否完整，若不完整則將數(shù)據(jù)丟棄并同時(shí)清空緩存，若判斷數(shù)據(jù)接收完整，程序就進(jìn)一步判斷接收到數(shù)據(jù)信息所屬的類型。由于收到的信息是一串?dāng)?shù)據(jù)，這串?dāng)?shù)據(jù)包含了四維信息用戶終端的本身終端號(hào)信息，四維信息用戶終發(fā)送的定位信息、需求信息、電源狀態(tài)信息以及RFID固定節(jié)點(diǎn)探測到的信息，因此需要將這些信息按照相應(yīng)的通信協(xié)議一一解析分類。解析過后，本機(jī)信息、RFID信息、電源狀態(tài)信息、定位信息和需求信息,都已經(jīng)脫離原有的整串?dāng)?shù)據(jù)，被分離保存。這之后軟件將四維信息用戶終端的定位信息和需求信息以及RFID固定節(jié)點(diǎn)傳送的信息傳送給移動(dòng)空間信息服務(wù)中心進(jìn)行相應(yīng)的處理，最后將所收到的所有完整信息存入數(shù)據(jù)庫。如此往復(fù)循環(huán),完成對(duì)采集到的數(shù)據(jù)信息的監(jiān)控。
權(quán)利要求
1.一種移動(dòng)空間四維信息服務(wù)系統(tǒng)，其特征在于包括終端設(shè)備、控制中心和移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)，所述終端設(shè)備為北斗/GPS/RFID/移動(dòng)GIS通用四維信息用戶終端；所述控制中心一側(cè)為移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)，移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)利用布置在室內(nèi)的RFID固定節(jié)點(diǎn)以及服務(wù)平臺(tái)上運(yùn)行的GIS信息融合及RFID等邊三角形質(zhì)心定位算法，為四維信息用戶終端提供移動(dòng)空間四維信息服務(wù)功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的移動(dòng)空間四維信息服務(wù)系統(tǒng)，其特征在于所述的通用四維信息用戶終端設(shè)備包括以下模塊 定位及通信功能模塊，包括GPS模塊和北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊和天線，所述定位及通信功能模塊與衛(wèi)星系統(tǒng)通信實(shí)現(xiàn)雙星互校，發(fā)送定位要求并且獲得定位信息，該定位及通信功能模塊直接通過北斗二號(hào)衛(wèi)星發(fā)送報(bào)文消息； 定位信息采集與處理模塊，該模塊對(duì)于從其他模塊接收到的各種定位信息進(jìn)行處理，并且對(duì)由控制中心一側(cè)發(fā)送過來的命令和消息給予執(zhí)行和處理，同時(shí)還從服務(wù)平臺(tái)中調(diào)取相應(yīng)的數(shù)據(jù)資源和GIS信息給予應(yīng)用和顯示，是整個(gè)定位用戶終端的核心模塊； 供電模塊，用來為終端提供驅(qū)動(dòng)能力； GSM/GPRS通信模塊，當(dāng)定位及通信功能模塊不能正常工作時(shí)，通過GSM/GPRS通信模塊利用GSM實(shí)現(xiàn)對(duì)于終端用戶的地面二維定位，并利用短信模式發(fā)送和接收消息，實(shí)現(xiàn)四維信息用戶終端與四維信息用戶終端，或者四維信息用戶終端與其他終端的通信；GPRS功能將全部的定位信息連入互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送給服務(wù)平臺(tái)； RFID信息模塊，給予RFID的室內(nèi)節(jié)點(diǎn)提供信息，實(shí)現(xiàn)三維室內(nèi)定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的移動(dòng)空間四維信息服務(wù)系統(tǒng)，其特征在于所述移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)包括 監(jiān)控軟件部分，用于接收檢測來自信息用戶終端的定位、授時(shí)信息和設(shè)備的電源供電狀態(tài)信息的有效性和安全性，并將這些信息發(fā)送給空間信息服務(wù)中心并且同時(shí)存入數(shù)據(jù)庫中； 空間信息服務(wù)中心，空間信息服務(wù)中心統(tǒng)由一個(gè)服務(wù)器集群組成，承載數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)融合算法設(shè)計(jì)，并且提供GIS地圖瀏覽、查詢及分析功能，給平臺(tái)的四維信息用戶終端提供各種數(shù)據(jù)支持； 空間信息數(shù)據(jù)庫，空間信息數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)各種GIS地理信息和各個(gè)四維通信用戶終端的狀態(tài)信息，為空間信息服務(wù)中心提供所必須的數(shù)據(jù)資源。
4.一種基于權(quán)利要求I所述的移動(dòng)空間四維信息服務(wù)系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其特征在于 (a)在終端設(shè)備一側(cè)，利用北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊兼具授時(shí)、定位和雙向通信功能的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合GPS通信模塊定位精度高的特點(diǎn)，在為通信雙方及控制中心提供三維室外高精度定位信息的同時(shí)給出一維時(shí)間信息，該步驟為 通用四維信息用戶終端設(shè)備上電后根據(jù)預(yù)定的工作方式進(jìn)入工作流程，定位及通信功能模塊中的GPS通信模塊和北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊開始接收定位信息，之后定位信息采集與處理模塊對(duì)GPS定位信息、授時(shí)信息進(jìn)行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)做打包處理；如果不同的四維信息用戶終端之間想直接進(jìn)行通信，則利用報(bào)文的形式通過北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航模塊進(jìn)行消息互通；如果采集不到衛(wèi)星定位信息則轉(zhuǎn)換為用區(qū)域無線定位方法接收定位信息，利用輔助基站定位方式，通過GSM/GPRS模塊獲得目標(biāo)的二維坐標(biāo)信息；此時(shí)定位信息采集與處理模塊將接收到的全部定位信息和用戶的自身需求信息通過GPRS發(fā)送給服務(wù)平臺(tái)； (b)當(dāng)確定終端處在室內(nèi)的時(shí)候，采用RFID等邊三角形質(zhì)心定位算法進(jìn)行高精度的三維室內(nèi)定位，控制中心一側(cè)由移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)和室內(nèi)RFID固定節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，RFID室內(nèi)固定節(jié)點(diǎn)用于探測進(jìn)入服務(wù)區(qū)的四維信息用戶終端的RFID模塊，通過RFID等邊三角形質(zhì)心定位算法精確定位該四維信息用戶終端的具體高度位置，并將信息傳向移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)，同時(shí)接收來自移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)的指令； (c)在移動(dòng)空間信息服務(wù)平臺(tái)一側(cè)，監(jiān)控軟件部分對(duì)接收到的用戶終端數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢測和確認(rèn)后，將信息發(fā)送給空間信息服務(wù)中心和空間數(shù)據(jù)庫，空間信息服務(wù)中心對(duì)于接 收到的來自用戶終端的定位信息和需求信息以及來自RFID固定節(jié)點(diǎn)的檢測信息進(jìn)行融合和處理，將處理過后的三維位置信息和時(shí)間信息通過GPRS發(fā)送給四維用戶終端，空間數(shù)據(jù)庫為用戶終端所需信息和需求提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)資源，同時(shí)將接收到的用戶信息進(jìn)行存儲(chǔ)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種移動(dòng)空間四維信息服務(wù)系統(tǒng)及其終端和定位方法，利用基于此服務(wù)系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用終端，用戶在室內(nèi)外都可獲取自己和對(duì)方的四維信息，服務(wù)系統(tǒng)也可以對(duì)用戶信息進(jìn)行跟蹤、存儲(chǔ)、處理和傳輸。本服務(wù)系統(tǒng)的終端在室外大范圍內(nèi)利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼具定位、授時(shí)和短報(bào)文傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，采用北斗/GPS雙校技術(shù)獲取自己和對(duì)方的定位和授時(shí)信息；在衛(wèi)星信號(hào)較弱場合采用區(qū)域無線定位技術(shù)，并結(jié)合數(shù)據(jù)綜合技術(shù)、區(qū)域定位算法以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多跳中繼算法等解決三維定位問題。本發(fā)明適用于人員較多、場地較大但又需要管理人員和用戶本身對(duì)于位置信息了如指掌的情況；特別適用于大型體育場館，引導(dǎo)觀眾就坐，維持現(xiàn)場秩序，保證比賽順利進(jìn)行。
文檔編號(hào)H04L29/08GK102724287SQ20121015649
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者倪睿, 葉芝慧, 張婧 申請(qǐng)人:南京大學(xué)