一种基于对称基站的三维无线定位方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于对称基站的三维无线定位方法及系统，所述方法包括以下步骤：S1，位于不同高度的工作人员均佩戴标签，所述标签具有唯一的ID；S2，在工作人员所处的三维空间中建立一个三维坐标系，并在所述的三维坐标系中对称布设基站；S3，基站获取工作人员的标签ID，并根据所述工作人员的标签ID、各个基站本身的坐标以及基站与标签之间的距离，定位获得各个工作人员的位置。本发明专利技术简单方便，实现了三维空间中对位于不同高度的人员的精确定位。另外，由于本发明专利技术中布设的是对称的基站组，因而可以减小由于某些环境因素所带来的误差，降低了共性的干扰，提高了定位的精确度，且定位方法简单易实施。

【技术实现步骤摘要】
一种基于对称基站的三维无线定位方法与系统
本专利技术涉及一种基于对称基站的三维无线定位方法与系统，属于无线定位

技术介绍
在规则封闭的空间中进行工作时，例如在没有楼板间隔却需要在不同高度(如高炉、冷却塔)的工厂中进行工作时，由于人员分布不均匀，且作业位置较高，为保障工人安全，且便于工厂进行人员管控，对工作人员的实时位置进行监控是一项非常重要的工作。但是现有的平面定位算法复杂，且易受环境影响，定位误差大，很难得到实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种基于对称基站的三维无线定位方法与系统，它可以有效解决现有技术中存在的问题，实现三维空间中对位于不同高度的人员的精确定位。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于对称基站的三维无线定位方法，包括以下步骤：S1，位于不同高度的工作人员均佩戴标签，所述标签具有唯一的ID；S2，在工作人员所处的三维空间中建立一个三维坐标系，并在所述的三维坐标系中对称布设基站；S3，基站获取工作人员的标签ID，并根据所述工作人员的标签ID、各个基站本身的坐标以及基站与标签之间的距离，定位获得各个工作人员的位置。优选的，步骤S2中，在所述的三维坐标系中分别对称布设A型、B型、C型3种类型的基站；其中，对称布设的A型基站的x坐标和y坐标相同，z坐标不同；对称布设的B型基站的y坐标和z坐标相同，x坐标不同；对称布设的C型基站的x坐标和z坐标相同，y坐标不同。其中，对称布设的A型基站，可以测得标签的z坐标，对称布设的B型基站，可以测得标签的x坐标，对称布设的C型基站可以测得标签的y坐标，三种基站互不干扰，且通过采用对称布设的方式，从而可以有效降低因气温、湿度等环境因素所带来的影响，提高定位的精度。更优选的，步骤S2中，在三维空间中分别对称布设A型、B型、C型3种类型的基站，且每种类型的基站布设3组，从而可以同时满足低成本及高精度的定位需求；而当每种类型的基站布设大于3组时，成本较高，低于3组时，定位误差又较大。本专利技术的基于对称基站的三维无线定位方法中，所述的标签和基站中均包括蓝牙模块，标签的蓝牙模块自动发出信号，基站检测到进入其检测区域内的蓝牙信号的RSSI值，进而获得基站与标签之间的距离，通过采用蓝牙的方式，无需组网建立链接，而且精度高，成本低。前述的基于对称基站的三维无线定位方法中，步骤S3中，工作人员的位置坐标为：X＝[M21-M22+(X12-X22)]/2*(X1-X2)；Y＝[P21-P22+(Y12-Y22)]/2*(Y1-Y2)；Z＝[N21-N22+(Z12-Z22)]/2*(Z1-Z2)；其中，X、Y、Z分别为工作人员所携带的标签的横纵竖坐标(也即工作人员的横纵竖坐标)，M1、M2为标签分别与两个对称设置的B型基站之间的距离，X1、X2分别为两个对称设置的B型基站的横坐标；P1、P2为标签分别与两个对称设置的C型基站之间的距离，Y1、Y2分别为两个对称设置的C型基站的纵坐标；N1、N2为标签分别与两个对称设置的A型基站之间的距离，Z1、Z2分别为两个对称设置的A型基站的竖坐标；A型基站、B型基站、C型基站的坐标已知。实现前述方法的一种基于对称基站的三维无线定位系统，包括：位于不同高度的工作人员佩戴的标签和在三维空间中对称布设的基站，所述的标签具有唯一的ID，标签与各个基站无线连接。优选的，所述的基站包括A型、B型、C型3种类型的基站；其中，对称布设的A型基站的x坐标和y坐标相同，z坐标不同；对称布设的B型基站的y坐标和z坐标相同，x坐标不同；对称布设的C型基站的x坐标和z坐标相同，y坐标不同。更优选的，所述的A型、B型、C型3种类型的基站分别包括3组。本专利技术所述的基于对称基站的三维无线定位系统中，还包括：上位机；所述的标签包括A蓝牙模块，所述的基站包括B蓝牙模块和WIFI模块；所述的A蓝牙模块和B蓝牙模块无线连接，WIFI模块与上位机无线连接。通过采用蓝牙的方式进行通信，无需组网建立链接，而且精度高，成本低；通过利用上位机，从而方便进行统一定位和显示。与现有技术相比，本专利技术通过在三维空间中的三维坐标上对称布设基站，并使得位于不同高度的工作人员均佩戴一个标签，根据所述基站获得的工作人员的标签的ID、各个基站本身的坐标以及基站与标签之间的距离，即可定位获得各个工作人员的位置，简单方便，实现了三维空间中对位于不同高度的人员的精确定位。另外，由于本专利技术中布设的是对称的基站组，(由于对称基站的特殊性，都会产生一个两边等比例的误差)，因而可以减小由于某些环境因素(如湿度等)所带来的误差，降低了共性的干扰，提高了定位的精确度，且定位方法简单易实施。此外，本专利技术中采用蓝牙的方式来获取标签与基站之间的距离，标签与基站之间不需要建立链接，而且节点容量不受蓝牙协议限制且反应速度快；本专利技术可以在无阻隔物的分层空间定位，能够满足规则密闭空间中没有楼板间隔却需要不同高度(如工厂中的高炉、冷却塔)的操作空间的定位需求。附图说明图1是A型基站(x、y坐标相同)、B型基站(z、y坐标相同)、C型基站(x、z坐标相同)的示意图；图2是B型基站的布设示意图；图3是C型基站的布设示意图；图4是A型基站的布设示意图；图5是布设3组B型基站的示意图；图6是本专利技术的方法流程图；图7是本专利技术的系统结构连接示意图。附图标记：1-标签，2-基站，3-上位机，4-A蓝牙模块，5-B蓝牙模块，6-WIFI模块。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。具体实施方式本专利技术的实施例1：一种基于对称基站的三维无线定位方法，如图6所示，包括以下步骤：S1，位于不同高度的工作人员均佩戴标签，所述标签具有唯一的ID；S2，在工作人员所处的三维空间中建立一个三维坐标系，并在所述的三维坐标系中对称布设基站；S3，基站获取工作人员的标签ID，并根据所述工作人员的标签ID、各个基站本身的坐标以及基站与标签之间的距离，定位获得各个工作人员的位置。具体的说，步骤S2中，在所述的三维坐标系中分别对称布设A型、B型、C型3种类型的基站；其中，对称布设的A型基站的x坐标和y坐标相同，z坐标不同；对称布设的B型基站的y坐标和z坐标相同，x坐标不同；对称布设的C型基站的x坐标和z坐标相同，y坐标不同。所述的标签和基站中均包括蓝牙模块(可以在其内设置蓝牙4.0协议)，标签的蓝牙模块自动发出信号，基站检测到进入其检测区域内的蓝牙信号的RSSI值，进而获得基站与标签之间的距离。步骤S3中，工作人员的位置坐标为：X＝[M21-M22+(X12-X22)]/2*(X1-X2)；Y＝[P21-P22+(Y12-Y22)]/2*(Y1-Y2)；Z＝[N21-N22+(Z12-Z22)]/2*(Z1-Z2)；其中，X、Y、Z分别为工作人员所携带的标签的横纵竖坐标(也即工作人员的横纵竖坐标)，M1、M2为标签分别与两个对称设置的B型基站之间的距离，X1、X2分别为两个对称设置的B型基站的横坐标；P1、P2为标签分别与两个对称设置的C型基站之间的距离，Y1、Y2分别为两个对称设置的C型基站的纵坐标；N1、N2为标签分别与两个对称设置的A型基站之间的距离，Z1、Z2分别为两个对称设置的A型基站的竖坐标；A型基站、B型基站、C型基站本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于对称基站的三维无线定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，位于不同高度的工作人员均佩戴标签，所述标签具有唯一的ID；S2，在工作人员所处的三维空间中建立一个三维坐标系，并在所述的三维坐标系中对称布设基站；S3，基站获取工作人员的标签ID，并根据所述工作人员的标签ID、各个基站本身的坐标以及基站与标签之间的距离，定位获得各个工作人员的位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于对称基站的三维无线定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，位于不同高度的工作人员均佩戴标签，所述标签具有唯一的ID；S2，在工作人员所处的三维空间中建立一个三维坐标系，并在所述的三维坐标系中对称布设基站；S3，基站获取工作人员的标签ID，并根据所述工作人员的标签ID、各个基站本身的坐标以及基站与标签之间的距离，定位获得各个工作人员的位置。2.根据权利要求1所述的基于对称基站的三维无线定位方法，其特征在于，步骤S2中，在所述的三维坐标系中分别对称布设A型、B型、C型3种类型的基站；其中，对称布设的A型基站的x坐标和y坐标相同，z坐标不同；对称布设的B型基站的y坐标和z坐标相同，x坐标不同；对称布设的C型基站的x坐标和z坐标相同，y坐标不同。3.根据权利要求2所述的基于对称基站的三维无线定位方法，其特征在于，步骤S2中，在三维空间中分别对称布设A型、B型、C型3种类型的基站，且每种类型的基站布设3组。4.根据权利要求1所述的基于对称基站的三维无线定位方法，其特征在于，所述的标签和基站中均包括蓝牙模块，标签的蓝牙模块自动发出信号，基站检测到进入其检测区域内的蓝牙信号的RSSI值，进而获得基站与标签之间的距离。5.根据权利要求2所述的基于对称基站的三维无线定位方法，其特征在于，步骤S3中，工作人员的位置坐标为：X＝[M21-M22+(X12-X22)]/2*(X1-X2)；Y＝[P21-P22+(Y12-Y22)]/2*(Y1-Y2)；Z＝[N21-N22+(Z12-Z22)]/2*(Z1-Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：高军，甘睿，高源，刘若愚，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：河北,13