地下线型空间三维动态定位系统技术方案

本实用新型专利技术涉及移动无线通讯数据传输(物联)领域，尤其是地下线型空间三维动态定位系统，其特征在于：所述系统至少包括射频识别标签、射频识别读写器、陀螺仪、加速度计和数据信号处理器，所述射频识别标签固定在地下线型空间内，所述射频识别读写器与所述射频识别标签之间构成无线通信数据传输，所述陀螺仪和所述加速度计分别测量所述射频识别读写器的移动状态，所述数据信号处理器读取并处理所述射频识别读写器、所述陀螺仪和所述加速度计的数据信号。本实用新型专利技术的优点是：可大量降低地下线型空间移动定位的成本，减少工作量，提高工作效率，适用于地铁、隧道、巷道等地下线型空间，尤其适用于地铁盾构区间。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及移动无线通讯数据传输(物联)领域，尤其是地下线型空间三维动态定位系统。
技术介绍
近年来，社会生产生活对地下空间的定位需求越来越多，以地铁为例，进入运营阶段后，随着周边地表工程活动的不断增加，对地下结构产生影响，严重时会产生地铁结构病害，甚至影响地铁正常运营。维护人员在进入地下空间后，往往难以定位目前所在地下位置对应的地面坐标，无法进行针对性处理。地下位置的准确定位，对提高地铁维护保障部门应对突发事故或自然灾害的快速反应能力和维护水平尤为重要；对矿井中的工人进行定位跟踪，对安全生产及井下救援都有重要作用。传统的定位技术主要基于GPS定位，地下空间中无法获得GPS信号，因此无法应用，除此之外，还有红外线、超声波、蓝牙和射频识别（RFID）等定位技术。其中RFID技术利用射频方式进行非接触双向通信，以达到自动识别目标对象并获取相关数据，具有适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷、费用低，且可同时识别多个标签等许多优点，在地下线型空间中的应用非常普遍，但常规的RFID标签通常的感应距离在1-2m，超高频标签能达到10m以上。传统的应用方法是，在隧道中布置阅读器，人员随身携带无源标签或将其固定在安全帽上，进行定位，按照此方法在地铁这类长距离的隧道中实现准确的定位，需布置大量的阅读器，还需将每个阅读器连接到云端服务器进行数据交换。
技术实现思路
本技术的目的是根据上述现有技术的不足，提供了地下线型空间三维动态定位系统，将射频识别标签作为定位参考点，在地下线型空间中以一定间距布置，每个射频识别标签存储表示其位置坐标的数据，再通过移动设备的陀螺仪与加速度计实现射频识别标签之间空白段的三维动态定位，且过程中不断通过射频识别标签进行校准定位，实现地下线型三维空间的动态定位。本技术目的实现由以下技术方案完成：一种地下线型空间三维动态定位系统，其特征在于：所述系统至少包括射频识别标签、射频识别读写器、陀螺仪、加速度计和数据信号处理器，所述射频识别标签固定在地下线型空间内，所述射频识别读写器与所述射频识别标签之间构成无线通信数据传输，所述陀螺仪和所述加速度计分别测量所述射频识别读写器的移动状态，所述数据信号处理器读取并处理所述射频识别读写器、所述陀螺仪和所述加速度计的数据信号。射频识别标签作为定位参考点，安装固定在地下线型空间，每个射频识别标签均储存其三维空间坐标以及地下线型空间的标识信息。射频识别读写器接收并读取有效距离内射频识别标签的坐标信息与其相对于射频识别读写器之间的距离和方位角。所述系统还包括导航计算器，所述导航计算器接收所述射频识别读写器、所述陀螺仪和所述加速度计的数据信号并进行实时坐标计算。所述射频识别读写器、所述陀螺仪和所述加速度计均内置于一移动终端中。所述系统还包括地图模块，该地图模块用于显示地下线型空间对应的地面GIS地图，用于实时显示动态位置，该动态位置指的是射频识别读写器在地下线型空间内的位置，同时对应于持有该射频识别读写器的人员的位置。本技术的优点是：可大量降低地下线型空间移动定位的成本，减少工作量，提高工作效率，适用于地铁、隧道、巷道等地下线型空间，尤其适用于地铁盾构区间。附图说明图1为本技术的系统结构框图；图2为本技术的方法流程图；图3为本技术中射频识别标签的布置分布图；图4为本技术的定位原理计算示意图一；图5为本技术的定位原理计算示意图二。具体实施方式以下结合附图通过实施例对本技术特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：如图1-5所示，图中标号1-2分别表示为：地下线型空间1、射频识别标签2。实施例：如图1所示，本实施例中地下线型空间三维动态定位系统包括射频识别标签（RFID标签）、射频识别读写器（RFID读写器）、加速度计、陀螺仪，其中射频识别标签2均匀布设在地下线型空间1中，如图3所示，每个射频识别标签2内存储有其在地下线型空间1中的空间坐标XYZ以及一个全局唯一的线型空间标识信息。如图1所示，射频识别读写器、加速度计和陀螺仪均内置在三维动态定位设备（移动终端）中，其中射频识别读写器用于与布设在地下线型空间1内的射频识别标签2构成无线通信数据传输，两者之间的传输限制于两者之间的距离，即射频识别读写器仅仅读取其有效距离内的射频识别标签2的信息。加速度计用于测定三维动态定位设备所在的方位角与移动方位；陀螺仪用于测定三维动态定位设备的移动加速度，并且经过两次对时间积分，就可以算出三维动态定位设备在地下线型空间1内移动的直线距离。如图1所示，三维动态定位设备（移动终端）中还内置有数据信号处理模块、导航计算模块和地图模块，其中数据信号处理模块用于读取并处理所述射频识别读写器的数据信号，即读取射频识别标签内所存储的三维坐标，同时计算射频识别读写器与所感应到的读取射频识别标签之间的距离和方位角。同时，数据信号处理模块也处理加速度计和陀螺仪的数据信号。导航计算模块是协调整合射频识别标签的信息、陀螺仪及加速度计来进行实时坐标计算的模块，即可以计算出含有射频识别读写器的三维动态定位设备在地下线型空间中的位置。地图模块用于显示地下线型空间对应的地面地图，结合导航计算模块所计算得到的实时坐标，可在底面地图上实时显示三维动态定位设备在地下线型空间内的动态位置，使持有三维动态定位设备的人员可在地下线型空间内实时了解其所处的动态位置。如图2所示，本实施例在具体使用时包括以下步骤：1）如图3所示，在地下线型空间1中以一定间距埋设带有坐标信息的射频识别标签。每个射频识别标签2均包含有其空间坐标XYZ以及地下线型空间的标识信息。2）在三维动态定位设备（移动终端）的地图模块中导入地下线型空间的地图。3）携带三维动态定位设备（移动终端）进入地下线型空间，此时内置于三维动态定位设备中的射频识别读写器随着携带者在地下线型空间内移动。在射频识别读写器在移动过程中，当其在有效距离内感应到射频识别标签时，射频识别读写器获取到该射频识别标签所含的坐标，同时感应其与射频识别标签之间的距离L与方位角及仰角。4）通过该射频识别标签的坐标信息进行初步定位，并根据上述距离L、方位角及仰角校正当前三维动态定位设备在地下线型空间中的坐标位置，并且通过显示到地图模块先前所导入的地图中。三维动态定位设备的坐标位置可以通过下述公式（1）进行计算：（1）如图4所示，（x1、y1、z1）为三维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地下线型空间三维动态定位系统，其特征在于：所述系统至少包括射频识别标签、射频识别读写器、陀螺仪、加速度计和数据信号处理器，所述射频识别标签固定在地下线型空间内，所述射频识别读写器与所述射频识别标签之间构成无线通信数据传输，所述陀螺仪和所述加速度计分别测量所述射频识别读写器的移动状态，所述数据信号处理器读取并处理所述射频识别读写器、所述陀螺仪和所述加速度计的数据信号。

【技术特征摘要】
1.一种地下线型空间三维动态定位系统，其特征在于：所述系统至少包括射频识别标
签、射频识别读写器、陀螺仪、加速度计和数据信号处理器，所述射频识别标签固定在地下
线型空间内，所述射频识别读写器与所述射频识别标签之间构成无线通信数据传输，所述
陀螺仪和所述加速度计分别测量所述射频识别读写器的移动状态，所述数据信号处理器读
取并处理所述射频识别读写器、所述陀螺仪和所述加...

【专利技术属性】
技术研发人员：易爱华，雷文敏，袁戎，
申请(专利权)人：上海顺凯信息技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31