一种自动创建定位信标节点坐标的定位系统及方法技术方案

本发明专利技术提出一种自动创建定位信标节点坐标的定位系统及方法，该系统主要包括：能够接收全球定位系统信号和进行无线通信的定位锚点，能够进行无线通信的信标节点，能够进行无线通信和连接服务器的网关节点，以及系统服务器。其中，定位锚点根据全球定位系统信号确定自身的经纬度坐标；信标节点与定位锚点、网关节点组成无线通信网络，通过各个节点之间互测接收信号强度指示(RSSI)来确定各个节点之间的相对距离；再利用MDS算法得到各节点的相对位置坐标；根据定位锚点的经纬度坐标和各个节点的相对位置坐标，可以确定信标节点的经纬度坐标。本发明专利技术能够解决不带全球定位模块信标节点的自身定位问题，为实现无线节点的泛在定位提供支持。

A positioning system and method for automatically creating coordinates of positioning beacon nodes

【技术实现步骤摘要】
一种自动创建定位信标节点坐标的定位系统及方法
本专利技术属于定位
，具体涉及一种自动创建定位信标节点坐标的定位系统及方法，利用低功耗低成本无线通信技术快速创建自身不携带全球定位系统模块的信标节点的经纬度坐标。
技术介绍
卫星定位技术作为目前比较成熟的定位技术，虽然具有定位精度高(10米以内)、观测时间短、测站间无须通视、适应性强等优点，但其缺点是卫星定位只适用于地域空旷处。一旦到了室内等遮蔽物过多的地方，由于卫星信号强度衰减太快，卫星定位经常性无法正常使用，如地铁，飞机场，大型超市，森林等。故在某些卫星定位技术无法起到作用的区域内，需要利用其它的方式进行辅助定位。另一方面，由于成本、功耗等限制，全球定位芯片并不能集成在所有无线节点中。无线节点的位置提供数据空间属性，因此无线节点的定位需求是十分迫切的。目前典型无线定位技术主要使用蓝牙，WiFi，Zigbee，以及一些私有频段的无线技术。除此之外的定位方式，还有地磁定位，超声波定位，激光定位和计算机视觉定位等。其中，地磁定位技术难度较大，指纹库的维护成本高；超声波定位、激光定位、超宽带设备要求相对较高、成本较高，且不适用于大规模定位应用。计算机视觉定位需要进行图像处理与场景分析，计算资源消耗大，适合局部高精度定位使用。事实上，蓝牙、WiFi、Zigbee等常见的无线技术已广泛应用于生产生活中，成为物联网、无线传感网络、无线信息推送等主流通信技术。同时，无线定位技术也是当前主流的辅助定位手段。因此，可以融合无线技术的无线通信和无线定位功能，实现一套系统多种功用，将极大地降低系统建维成本，提高系统利用效能。在组建完无线通信网络后，需要确定各个无线节点的空间位置坐标，各个节点可以作为外来无线节点定位的信标节点。目前，有结合全球定位系统和无线三边定位的方式，无线三边定位在实际复杂多变的应用环境中，可能存在多径传播、障碍物阻挡衰减、非视距等问题，因此其定位精度不高而且很难进行算法优化。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种自动创建定位信标节点坐标的定位系统及方法，具体涉及的是一种结合无线通信和全球定位系统的利用MDS算法来自动计算定位信标点坐标的系统及方法，定位系统包括信标节点、定位锚点、网关节点和系统服务器，其中，所述信标节点用于构成覆盖一定区域的无线网络，该区域内的定位锚点、信标节点和网关节点构成该无线网络的所有无线节点，信标节点将自身专属ID和周围各无线节点之间的RSSI值传输至网关节点；所述定位锚点用于定位经纬度坐标，并将自身专属ID、经纬度坐标和周围无线节点之间的RSSI强度值传输至网关节点；所述网关节点用于收集定位锚点的经纬度坐标、所有无线节点的专属ID和各无线节点之间的RSSI强度值，并计算相对位置坐标，将相对位置坐标上传至系统服务器；或者，网关节点直接将收集的信息上传至系统服务器；针对网关节点已经进行相关位置坐标计算的情况，系统服务器根据已知的定位锚点全球经纬度坐标，将信标节点相对位置坐标转换为全球经纬度坐标，并将得到的各信标节点坐标存储于系统服务器。针对网关节点直接上传所有节点信息的情况，系统服务器完成相关位置坐标计算，接着完成信标节点经纬度坐标转换和存储。相关位置坐标计算主要包括两个计算步骤：(1)根据各节点之间测得的RSSI值，计算所有节点之间的距离，从而建立整个区域内所有节点的距离矩阵D，其中未知节点之间距离可以设置一个统一的初始值。(2)根据距离矩阵D，利用MDS算法即可得到所有节点之间的相对位置坐标。采用上述定位系统进行定位的方法包括：S1，通过定位锚点获取经纬度坐标和周围无线节点之间的RSSI值，并将定位锚点的经纬度坐标、自身专属ID和RSSI值传输至网关节点；S2，通过信标节点获取周围无线节点之间的RSSI值，并将该RSSI值和信标节点的专属ID传输至网关节点；S3，通过网关节点收集定位锚点的经纬度坐标和所有无线节点的专属ID和各无线节点之间的RSSI值，并上传至系统服务器；或者，网关节点计算相对位置坐标，将相对位置坐标上传至系统服务器；S4，针对网关节点已经进行相关位置坐标计算的情况，系统服务器根据已知的定位锚点全球经纬度坐标，将信标节点相对位置坐标转换为全球经纬度坐标，并将得到的各信标节点坐标存储于系统服务器。针对网关节点直接上传所有节点信息的情况，系统服务器完成相关位置坐标计算，接着完成信标节点经纬度坐标转换和存储。本专利技术与现有技术相比，有益效果是：本专利技术结合无线通信和全球定位技术并利用MDS算法对信标节点进行快速自动定位，借助大量携带了无线模块的低成本设备，结合系统服务器的高性能数据处理和大容量数据存储能力，提高了定位的速度、精度、灵活性，降低了整个系统的成本。附图说明图1为本专利技术系统的实施例的系统框图；图2为本专利技术系统基于MDS定位的无线连接图；图3为本专利技术系统的室内实施例的实际框图；具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。其中，图中的定位锚点、信标节点、网关节点的数量均不能代表实际情况下的具体数量。图1为本专利技术系统实施例的系统框图，该系统包括定位锚点，信标节点，无线网络，网关节点，系统服务器和外来节点。其中，系统中的定位锚点，本身携带了全球定位系统模块和无线通信模块。该锚点通常放在较为空旷的室外，易于接收卫星信号，得到较为准确的全球经纬度坐标。定位锚点通过无线通信将自身专属ID，与周围无线节点之间的RSSI强度值以及自身经纬度坐标等数据信息传输至离该节点最近的网关节点。信标节点，自身集成了无线通信模块，体积较小，天线较短，可以放置在任何一个角落，构成覆盖广泛区域的无线网络。该区域内所有的定位锚点、信标节点和网关节点构成无线网络的所有无线节点。定位锚点和信标节点需要把与周围各无线节点之间的RSSI值、专属ID以及其它重要数据传送至网关节点。网关节点，收集定位锚点的经纬度坐标、所有无线节点的专属ID和RSSI相关数据，并根据自身计算性能，可以进行相关位置坐标计算，也可以直接将所有信息上传至系统服务器。其中，相关位置坐标计算主要包括两个计算步骤：(1)根据各节点之间测得的RSSI值，计算所有节点之间的距离，从而建立整个区域内所有节点的距离矩阵D，其中未知节点之间距离可以设置一个统一的初始值。(2)根据距离矩阵D，利用MDS算法即可得到所有节点之间的相对位置坐标，其结构示意图如图2所示。这两个计算步骤可以由性能较好的网关节点完成，也可以由系统服务器完成。系统服务器，根据定位锚点的全球经纬度坐标将各无线节点(主要是信标节点)的相对位置坐标转换得到全球经纬度坐标。最后将各无线节点ID和其对应经纬度坐标储存到系统服务器。外来节点，进入无线网络的覆盖范围后，即可借助本身安装的无线通信模块，与信标节点进行交互，将信标节点的经纬度坐标作为参考坐标，如图2所示，根据外来节点点此时周边信标节点的数量多寡，所处环境的复杂度，选取最合适的定位方式获得该外来节点的全球经纬度坐标。在本实施例中，若在室内照明区域，则信标节点通常可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动创建定位信标节点坐标的定位系统，其特征在于：包括信标节点、定位锚点、网关节点和系统服务器，其中，所述信标节点用于构成覆盖一定区域的无线网络，该区域内的定位锚点、信标节点和网关节点构成该无线网络的所有无线节点，信标节点将自身专属ID和周围各无线节点之间的RSSI值传输至网关节点；所述定位锚点用于定位经纬度坐标，并将自身专属ID、经纬度坐标和周围无线节点之间的RSSI强度值传输至网关节点；所述网关节点用于收集定位锚点的经纬度坐标、所有无线节点的专属ID和各无线节点之间的RSSI强度值，并上传至系统服务器；所述系统服务器用于对网关节点上传的信息进行计算，获取并存储所有无线节点的经纬度坐标。

【技术特征摘要】
1.一种自动创建定位信标节点坐标的定位系统，其特征在于：包括信标节点、定位锚点、网关节点和系统服务器，其中，所述信标节点用于构成覆盖一定区域的无线网络，该区域内的定位锚点、信标节点和网关节点构成该无线网络的所有无线节点，信标节点将自身专属ID和周围各无线节点之间的RSSI值传输至网关节点；所述定位锚点用于定位经纬度坐标，并将自身专属ID、经纬度坐标和周围无线节点之间的RSSI强度值传输至网关节点；所述网关节点用于收集定位锚点的经纬度坐标、所有无线节点的专属ID和各无线节点之间的RSSI强度值，并上传至系统服务器；所述系统服务器用于对网关节点上传的信息进行计算，获取并存储所有无线节点的经纬度坐标。2.根据权利要求1所述自动创建定位信标节点坐标的定位系统，其特征在于：所述系统服务器对网关节点上传的信息进行计算，具体为：(1)根据各无线节点之间的RSSI值，计算所有无线节点之间的距离，建立整个区域内所有无线节点的距离矩阵D，(2)根据距离矩阵D，利用MDS算法计算所有无线节点之间的相对位置坐标；(3)根据定位锚点的经纬度坐标将各无线节点之间的相对位置坐标转换为经纬度坐标，并将各无线节点的专属ID和其对应的经纬度坐标存储到系统服务器。3.一种自动创建定位信标节点坐标的定位系统，其特征在于：包括信标节点、定位锚点、网关节点和系统服务器，其中，所述信标节点用于构成覆盖一定区域的无线网络，该区域内的定位锚点、信标节点和网关节点构成该无线网络的所有无线节点，信标节点将自身专属ID和周围各无线节点之间的RSSI值传输至网关节点；所述定位锚点用于定位经纬度坐标，并将自身专属ID、经纬度坐标和周围无线节点之间的RSSI强度值传输至网关节点；所述网关节点用于收集定位锚点的经纬度坐标、所有无线节点的专属ID和各无线节点之间的RSSI强度值，并进行相关位置坐标计算，将相关位置坐标上传至系统服务器；所述系统服务...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国伟，陈少钦，樊冰，毕美华，周雪芳，胡淼，李齐良，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33