一种基于物联网智能物标签及标签共享综合定位导航方法技术

本发明专利技术公开了一种基于物联网智能物标签及标签共享综合定位导航方法。智能物标签包括：分别与处理器CPU连接的导航接收单元、感知单元、通信发射单元、通信接收单元，方法包括以下步骤：步骤1，绘制室内地空图，所述地空图是指增加了室内空间信息的地图，步骤2，布设导航灯装置，步骤3，采用广义融合复域综合求解定位方法，步骤4，平台、网关设备与物联网的智能管理，本发明专利技术的优越效果是实用性强，智能物标签耗电少，灵敏度高，抗干扰性能强且功能多，采用了定位导航代数几何融合求解算法；能充分发挥地图与视觉的图像在定位导航中的作用,不但能应用于物标签，同样也能应用于其他定位导航终端。端。端。

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网智能物标签及标签共享综合定位导航方法


[0001]本专利技术属于物联网
，具体涉及一种基于物联网智能物标签及标签共享综合定位导航方法。

技术介绍

[0002]互联网的发展及导航定位技术的成熟，世界已跨入万物互联的时代，即将世界上的万物用网络连接起来，物的特性与状态能在网络上传输并在虚拟场景中显示且能最大限度地发挥出物的利用价值，这类互联网被称为物联网。物联网由物的终端设备、平台及服务中心，以及信息传输网络(NB
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lot、Cat1)组成，其中物的终端设备称为物标签，物标签部分必须能表述物的特性、品质、状态、位置以及周围的环境条件的信息并且要求体积小、结构简单、使用方便、工作可靠、功能多。现有的物标签应用的场所变化多、情况各异且难以通用，所以现有的物标签产品还存在很多问题且不能满足目前的各种实际应用需求。
[0003]地图(Map)是按照一定的法则有选择地以二维或多维形式与手段在平面或球面上表示地球若干现象的图形或图像，具有严格的数学基础、符号系统、文字注记，并能用地图概括原则科学地反映出自然和社会经济现象的分布特征及其相互关系，地图也是能承载导航信息的载体，导航定位数据显示在地图上，地图除了呈现对应关系以外，还是导航定位时能够用来改善位置和轨迹精度的一种潜在信息，车辆导航算法中有一种称为地图匹配算法的，它能修正导航轨迹，消除累积误差，地图作为汇集与表达环境信息的汇总载体随着科技的进步与新需求的提出，处在不断变化和发展之中。现在要实现室内定位，随着室内地理信息与空间信息的多样化，已不能用常规的二维地图表示了，要采用二维加强图或类三维地图的地空图来描述和表示，如港口三维全景地图里会将港口中的建筑物、路灯、道路、车辆、路标等的其他设施加以精细化表达，还能够增加其它信息，如：特征点、标志、约束元素、无线电信号牌、导航设施、注释，这种三维或多维形式的地图，称为地空图或称为地空信息图，地空图不但能够用来表示地理环境条件，而且还能够利用地空信息，产生导航定位可利用的元素，辅助导航定位或增强导航定位，所以充分认识标签定位导航与地图的密切关系，充分挖掘发挥出地理信息和空间信息的潜力有利于智能物标签的开发及物联网的发展。
[0004]目前的物标签的研发中存在以下问题和技术难点：
[0005](1)解决室内定位之难点：
[0006]物标签除了要求体积小、功能多、成本低、移动范围广以外还特别需要能及时了解到待测标的物的位置及状态的信息，待测标的物是指要被定位导航的标的物，待测标的物的位置及状态的信息包括：状态、性能、品质、位置、特征以及所处的环境条件的信息，位置信息能反映待测标的物位于何处、周围环境条件情况如何的相关信息，所以必须需要感知和获得标的物的位置信息或位置运行轨迹信息。在室外上述要求的感知和测量技术已经成熟并已有各种不同精度等级的导航定位芯片与模块能接收GNSS卫星导航系统的信号且包括多种增强系统的信息进行定位解算以获得待测标的物的位置信息或运行轨迹信息，能达到的定位精度等级已有米级、分米级、厘米级，甚至毫米级，其中当物标签采用普通伪距芯
片时，在室外定位精度已能达到2米至5米以内；采用载波相位相干技术能达到厘米量级、毫米量级精度。
[0007]物标签定位的技术难点在室内，现有的室内定位技术尚存在缺点且无法满足应用要求，如：RSSI(Received signal strength indicator)指纹匹配方法，在前期需要采集指纹库，且指纹库还需要随电磁环境的变化而定期更改，从而加大了指纹的采集工作量；UWB(超宽带)室内定位方法定位精度高但容易被干扰且稳定性差，对环境条件的要求苛刻；iBeacon(低耗能蓝牙技术)定位方法需要布设很多的蓝牙信标且安装维护的工作量大。物标签处于室内环境中且在室内使用的概率远远大于室外，而目前现有的室内定位技术还不成熟并且存在很多尚未解决的技术问题，所以物标签在室内采用何种室内定位方法是急待解决的技术难点之一。
[0008](2)减少电源功耗之难点：
[0009]物标签是一种小型电子终端设备，既包括导航信号接收部分还包括通信部分，通信部分用于把位置信息传输至网络端口及后台，电子设备需要电源供电，特别是当要求通信发射时功耗会明显加大，物标签要求体积小、厚度薄，所以难以配置功率大的电源，只能配备小型电池，电池又不能经常更换并难以随处充电，这样就造成物标签供电与用电之间的矛盾，解决的办法除了充电和更换电池以外，只能是改进设计，节约用电，减少电的消耗，所以减少电功率消耗成为物标签设计研发的另一个技术难点。
[0010](3)微小型特殊天线之难点：
[0011]由于物标签要求体积小，所以物标签上的天线的体积也要求必须小巧，因此要使用微小型天线，但实际上微小型天线要接收来自遥远导航卫星发播的微弱信号，即要能接收
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120dbm至
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163dbm范围中的微弱信号，这样就产生了高性能接收要求与微小型天线之间的矛盾，所以选择什么样的天线，如何优化设计天线，提高天线性能就变得十分重要。
[0012](4)抗干扰技术之难点：
[0013]由于物标签在运输与存储过程中必定会遇到多种电磁环境条件的场所，如：会遇到仓库、货仓、会议室或处于甲板、货架、棚架的多种场所。这些场所的空间狭小并容易导致信号传播紊乱且影响信号的接收与测量，同时还会遇到强电磁信号的影响、同频干扰信号的影响以及欺骗信号的干扰，所以物标签必须具备强抗电磁干扰的能力，但由于物标签本身体积小、厚度薄、难以增加抗干扰器件和增加防护器件，所以具备强抗电磁干扰的能力又成为一个技术难点。例如，申请号为201911223734.5的专利申请公开了一种车辆定位导航方法及其装置，该方法包括：解析设备从本地预设的多种诊断协议中，确定车辆的车载自诊断系统OBD支持的目标诊断协议；通过OBD的接口获取表征车辆工况的数据包，数据包中至少包括车辆的速度信息和方向信息；根据目标诊断协议解析数据包，获得车辆的速度信息和方向信息；确定惯性导航设备所允许的输入电平；在惯性导航设备所允许的输入电平下，将车辆的速度信息和方向信息发送至惯性导航设备，车辆的速度信息和方向信息用于惯性导航设备对车辆的定位导航。
[0014]目前现有的各种标签产品，其中最简单的标签就是RFID(Radio Frequency Identification)，RFID标签成本很低，非常适合在衣服之类的小商品上使用，但只有当RFID标签经过阅读器时才能确定标签的位置且被定位的范围受到很大的局限，并且不能进行移动应用。Honeywell标签是美国霍尼韦尔(Honeywell)公司研制出的一款供水产品运输
时使用的标签，能及时测出运输途中物品的环境条件并能反映物品的新鲜程度，但Honeywell标签的定位能力差且标签本身没有直接的卫星定位功能，要依靠网关定位输入且无法实施室内定位。
[0015]综上所述，物联网的快速发展使得设计和研发出适合室内定位的、性价比高、应用范本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网智能物标签，其特征在于，包括：分别与处理器CPU连接的导航接收单元、感知单元、通信发射单元、通信接收单元和导航灯装置组成，其中，导航接收单元由依次连接的导航接收天线、低噪声放大器电路、滤波器电路、下变频器电路、导航接收基带电路组成；通信接收单元由依次连接的通信接收天线、低噪声放大器电路、滤波器电路、下变频器电路、接收基带电路组成；通信发射单元包括依次连接的发射基带电路、上变频器电路、通信发射天线组成；感知单元由气压传感器、惯性传感器、湿度传感器、温度传感器和A/D模数转换器组成；导航灯装置分别与导航接收天线、通信接收天线、通信发射天线无线连接；导航灯装置包括依次连接的天线、射频电路、信号基带电路、信号处理电路；传感器模块、通信信号生成电路、标准信号生成电路分别与信号处理电路连接。2.一种基于物联网标签共享综合定位导航方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，绘制室内地空图，所述地空图是指增加了室内空间信息的地图；步骤2，布设导航灯装置；步骤3，采用广义融合复域综合求解定位方法，广义融合复域综合求解定位方法是一种融合代数域算法与几何域算法的标签位置复域综合求解方法，其中，代数域算法是指通过解代数位置方程获得位置解的算法并用于室外导航定位，几何域算法则指用几何域中的几何图形元进行围捕运算求得可行解域的算法并用于室内导航定位，在室外信号遮挡区则采用融合代数域算法与几何域算法组成组合算法以实现增强定位；步骤4，平台、网关设备与物联网的智能管理，智能物标签接收到待测标的物所处的位置和环境参数数据后将位置和环境参数数据通过物联网传输至系统监控服务管理中心，系统监控服务管理中心对位置和环境参数数据进行处理、存储及运算。3.根据权利要求2所述的一种基于物联网标签共享综合定位导航方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：步骤1.1，选取室内局部坐标系；室内导航定位时，选用室内局域坐标系，室内局部坐标系是覆盖范围小的局域坐标系，室内局部坐标系的原点O选择室内地面中心位置且这一中心位置能够与选择的导航灯装置在地面的投影点位置坐标重合，也能够选择室内进出门的中心点或者其它特征点位置坐标作为坐标系原点O，x坐标轴和y坐标轴朝向根据室内平面的基本形状来进行选择，组成空间三维或者地面水平面坐标，在空间三维坐标系里，z轴向上与地面水平面垂直，室内局部坐标系与局域坐标系建立联系或直接与地心地固坐标系建立联系以实现坐标系统之间的转换，室内坐标原点O标出其在地心地固坐标系中的位置，同时也标出室内坐标y轴朝向与正北的角度偏差，当室内坐标系中的室内地平面与当地水平面有偏差时标出两维偏差以保证室内坐标系与地心地固坐标系之间正确的坐标转换关系；步骤1.2，测绘室内地图；步骤1.3，增添室内空间信息，在室内地图增加室内空间的信息用于定位导航服务和物联网用户服务，将室内空间信息输入到地图信息包中形成室内地空信息图，增加的室内空间信息包括：组成建筑物的建筑单元柱、梁、窗、门、墙壁、楼梯、台阶的信息及建筑体内装置的空调、灯、插座及室内的通信设施设备、放置在室内空间里的桌子、柜子、椅子、沙发的家具、堆放物、室内房子的编号、属性、设施、温度、湿度、楼层海拔高度、室内通信设施的参数的环境参数。
4.根据权利要求2所述的一种基于物联网标签共享综合定位导航方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：步骤2.1，安装导航灯装置，智能物标签在室内定位时，在室内场所中安装导航灯装置，导航灯装置在室内能够居中放置，导航灯装置也能够安装在灯座、插座上或吸附、粘贴到墙壁或者天花板上；步骤2.2，测试标定rssi场强，使导航灯装置发射功率以及在覆盖范围内分布的信号强度符合标准要求，智能物标签接收导航灯装置发射信号的信号强度并按照信号功率辐射方程换算成智能物标签距离导航灯的辐射距离值，这个辐射距离值称为伪距值ρ
iu
，也能够直接测试室内覆盖范围内分布的信号强度或衡量信道情况的信道状态信息以组成信号强度信息库，将智能物标签接收导航灯装置发射信号的信号强度与信号强度信息库的信号强度匹配并找到对应的位置值。5.根据权利要求2所述的一种基于物联网标签共享综合定位导航方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：步骤3.1，求解代数方程，在室外场所，当要获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：施浒立，尚俊娜，程涛，李萌，
申请(专利权)人：苏州迭慧智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：