一种基于RFID触发与超声波TDOA的室内定位系统及方法与流程

本发明涉及室内定位，更具体地说，它涉及一种基于rfid触发与超声波tdoa的室内定位系统及方法。

背景技术：

1、传统室内定位技术中蓝牙定位与wifi定位依赖无线信号强度指纹匹配，受室内多径效应、人员遮挡、环境温湿度变化影响，定位精度普遍在3米至5米区间，仅能满足区域级定位需求，无法实现资产级、人员级的精准定位；rfid定位技术仅能实现出入口区域的存在性检测，无法提供连续的空间位置信息，定位精度受读写器部署密度限制，大规模部署成本极高；纯超声波定位技术虽可实现分米级定位精度，但传统方案要求定位标签持续发射超声波信号，标签功耗高，续航周期大幅缩短，难以适配大规模资产定位场景，同时超声波信号易受室内障碍物遮挡、多径反射干扰，导致时间差数据异常，定位结果稳定性不足，同时基站偏移、布局异常直接导致定位失效。

2、现有超声波tdoa定位方案未建立针对基站空间布局的系统性校验体系，无法识别基站坐标偏移、部署不合理、信号覆盖冲突问题，导致定位系统的可靠性完全依赖基站部署精度，运维成本极高；此外，现有定位方案采用单一维度的数据校验，仅针对时间差数据进行简单筛选，未建立空间坐标与时间数据的双维度校验机制，无法同时剔除空间维度与时间维度的异常数据，定位结果的抗干扰能力不足，从而难以满足高可靠性定位场景的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于rfid触发与超声波tdoa的室内定位系统及方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种基于rfid触发与超声波tdoa的室内定位方法，该方法包括以下步骤：

4、通过rfid读写器向指定的定位标签发送触发指令，定位标签响应触发指令后发射超声波脉冲信号；

5、具有已知坐标数据的超声波基站接收超声波脉冲信号，并记录各自的接收时间信息；

6、将接收时间信息发送至定位服务器，定位服务器基于接收时间信息得到超声波脉冲信号到达不同超声波基站的时间差数据；

7、基于已知坐标数据生成相对应的基站坐标特征因子，根据已知坐标数据、基站间相对位置关系生成基站坐标特征因子对应的坐标特征属性，根据基站分布布局得到基站坐标特征因子之间的坐标关联约束关系；

8、基于基站坐标特征因子、坐标特征属性及坐标关联约束关系构建室内空间的基站坐标特征层；

9、基于基站坐标特征层对超声波基站的实测坐标进行校验得到第一定位有效性特征，将时间差数据对信号到达不同超声波基站进行校验得到第二有效性特征；

10、根据第一有效性特征和第二有效性特征输出定位标签的空间位置。

11、优选地，基于已知坐标数据生成相对应的基站坐标特征因子，具体包括以下步骤：

12、根据已知坐标数据确定各超声波基站在室内空间的分布态势与距离参数，将分布态势与距离参数进行关联整合形成初始特征参数；

13、根据室内空间障碍物分布情况对初始特征参数进行修正得到特征修正参数；

14、根据特征修正参数和基站空间位置特征得到基站坐标特征因子。

15、优选地，根据已知坐标数据、基站间相对位置关系生成基站坐标特征因子对应的坐标特征属性，具体包括以下步骤：

16、根据已知坐标数据提取超声波基站在室内空间的位置基准特征，根据位置基准特征得到基站间相对位置关系；

17、将基站间相对位置关系与基站坐标特征因子进行关联匹配得到关联特征信息，根据关联特征信息生成基站坐标特征因子对应的坐标特征属性；

18、其中，所述坐标特征属性包括基站坐标特征因子的位置关联性、空间辨识度及稳定性。

19、优选地，根据基站分布布局得到基站坐标特征因子之间的坐标关联约束关系，具体包括以下步骤：

20、根据基站分布布局得到相邻基站坐标特征因子的覆盖衔接状态、以及覆盖衔接处的信号叠加情况；

21、根据覆盖衔接状态及信号叠加情况确定相邻基站坐标特征因子的衔接约束关系；结合各基站坐标特征因子的信号覆盖范围确定非相邻基站坐标特征因子的覆盖关联程度，根据覆盖关联程度建立间接关联约束关系；

22、根据衔接约束关系和间接关联约束关系得到基站坐标特征因子之间的坐标关联约束关系。

23、优选地，根据基站分布布局得到相邻基站坐标特征因子的覆盖衔接状态、以及覆盖衔接处的信号叠加情况，具体包括以下步骤：

24、根据基站分布布局确定基站坐标特征因子对应的信号覆盖边界；

25、基于信号覆盖边界确定相邻基站坐标特征因子的覆盖衔接状态、以及覆盖衔接处的信号叠加情况。

26、优选地，基于基站坐标特征因子、坐标特征属性及坐标关联约束关系构建室内空间的基站坐标特征层，具体包括以下步骤：

27、将坐标特征属性与对应基站坐标特征因子进行绑定形成基础特征单元；

28、根据坐标关联约束关系对基础特征单元进行空间关联排序得到排序结果，根据排序结果明确基础特征单元在室内空间的位置对应关系；

29、根据位置对应关系与室内空间的实际结构对基础特征单元进行分区整合得到室内实际区域对应的特征分区；

30、整合特征分区及基础特征单元得到室内空间的基站坐标特征层。

31、优选地，基于基站坐标特征因子、坐标特征属性及坐标关联约束关系构建室内空间的基站坐标特征层，具体包括以下步骤：

32、将坐标特征属性与对应基站坐标特征因子进行绑定形成基础特征单元；

33、根据坐标关联约束关系对基础特征单元进行空间关联排序得到排序结果，根据排序结果明确基础特征单元在室内空间的位置对应关系；

34、根据位置对应关系与室内空间的实际结构对基础特征单元进行分区整合得到室内实际区域对应的特征分区；

35、整合特征分区及基础特征单元得到室内空间的基站坐标特征层。

36、优选地，将时间差数据对信号到达不同超声波基站进行校验得到第二有效性特征，具体包括以下步骤：

37、提取时间差数据对应的信号传播时长关联关系，根据超声波基站的分布间距判断信号传播时长关联关系是否符合信号传播规律，将符合信号传播规律的时间差数据作为有效基础数据；

38、基于有效基础数据判断信号到达相邻超声波基站的时间差波动情况；

39、根据时间差波动情况整合有效时间差数据得到时间差关联集合，判断时间差关联集合内各时间差数据的一致性得到一致性结果；

40、根据一致性结果以及信号到达不同超声波基站的顺序生成表征信号传播有效性的第二有效性特征。

41、优选地，根据第一有效性特征和第二有效性特征输出定位标签的空间位置，具体包括以下步骤：

42、根据第一有效性特征筛选符合空间布局约束的基站实测坐标得到基站定位基准；

43、根据第二定位有效性特征甄别时间差数据得到时间差定位基准；

44、根据基站定位基准与时间差定位基准构建空间位置约束体系；

45、根据空间位置约束体系确定定位标签的空间分布范围后输出定位标签的空间位置。

46、一种基于rfid触发与超声波tdoa的室内定位系统，包括：

47、发射模块：通过rfid读写器向指定的定位标签发送触发指令，定位标签响应触发指令后发射超声波脉冲信号；

48、记录模块：具有已知坐标数据的超声波基站接收超声波脉冲信号，并记录各自的接收时间信息；

49、第一处理模块：将接收时间信息发送至定位服务器，定位服务器基于接收时间信息得到超声波脉冲信号到达不同超声波基站的时间差数据；

50、第二处理模块：基于已知坐标数据生成相对应的基站坐标特征因子；根据已知坐标数据、基站间相对位置关系生成基站坐标特征因子对应的坐标特征属性；根据基站分布布局得到基站坐标特征因子之间的坐标关联约束关系；

51、第三处理模块：基于基站坐标特征因子、坐标特征属性及坐标关联约束关系构建室内空间的基站坐标特征层；

52、校验模块：基于基站坐标特征层对超声波基站的实测坐标进行校验得到第一定位有效性特征，将时间差数据对信号到达不同超声波基站进行校验得到第二有效性特征；

53、输出模块：根据第一有效性特征和第二有效性特征输出定位标签的空间位置。

54、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

55、本发明采用rfid触发式唤醒机制，定位标签常态下处于低功耗rfid监听状态，仅在接收到rfid读写器的指定触发指令后发射超声波脉冲信号，摒弃传统超声波定位中标签持续发射信号的高功耗模式。延长定位标签的续航周期，无需频繁更换电池或充电，降低设备维护成本与运维工作量，融合rfid技术的低功耗远距离识别优势与超声波技术的定位优势，直接适配现有的rfid资产管理系统，无需大规模改造现有硬件设施，仅需新增超声波基站与定位服务器可以完成升级，通过基站坐标特征层构建空间拓扑约束，通过双有效性特征构建数据校验约束，通过基站定位基准与时间差定位基准融合形成空间位置约束体系，能够自动筛选高可靠性的基站与时间差数据，为定位解算提供最优输入，避免异常数据对定位结果的干扰，同时通过多基站多时间差的协同约束，提升定位结果的一致性。