一种室内定位方法、系统、计算机设备、及存储介质与流程

1.本发明涉及室内定位技术领域，更具体地说，它涉及一种室内定位方法、系统、计算机设备、及存储介质。


背景技术：

2.为了提高顾客的购物舒适性，很多商超配备了智能购物车，以引导顾客快速找到其所需商品，而由于室内定位需要定位精度高，抗干扰能力强的需求，因此智能购物车上所配备的定位系统需要本领域技术人员进行优化。
3.目前，以无线为基础的室内定位系统包含：蓝牙(beacon)、wi-fi、rfid、zigbee、uwb、蓝牙(aoa)，其中wi-fi、蓝牙(beacon)、rfid、zigbee的抗干拢能力较差，定位精度一般大于3米的缺点。uwb、蓝牙(aoa)的精度可以达亚米级(1米以内)，但蓝牙(aoa)的覆盖范围，对安装高度有要求，不利于商超场景部署；以计算机视觉技术为基础的室内定位系统，其缺点有定位精度不高、抗干扰能力差、硬件部署成本高、采集工作、系统计算量及网络的带宽都有极高的要求；以led可见光技术为基础的室内定位系统，可以依托室内已经部署的led灯光，且不受无线电波干扰的影响。但其缺点是要求led灯光具备闪烁编码功能，并且会由于非视线通信问题造成定位精度急剧下降，抗干拢能力较差、定位精度不高的问题；以地磁匹配为基础的室内定位技术其缺点是，并非所有室内位置的地磁指纹特征具备较强的特异性，因此会有相似特征的问题，对算法的特征提取能力和鲁棒性需要极高的要求；
4.而uwb(ultra-wide-band)是一种利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据的无线通信方式，该技术采用高带宽、快速脉冲的方式，具有优秀的穿透性。
5.综上，uwb有较强的抗干扰的能力，成本合适，是商超的应用场景下室内定位最理想的方案。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种室内定位方法、系统、计算机设备、及存储介质，具有能够实现智能购物车在商超内的精准定位的优点。
7.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种室内定位方法，包括：
8.预先根据所有定位基站位置建立uwb坐标系；
9.接收若干定位基站发送的定位信息；
10.根据各个定位信息分别计算智能购物车与各个定位基站的距离，得到若干定位距离；
11.根据若干定位距离计算智能购物车的位置坐标。
12.可选的，所述预先根据所有定位基站位置建立uwb坐标系，包括:
13.预先设置任一位置作为原点坐标；
14.根据所有定位基站距离原点坐标的距离设定各个定位基站的定位坐标；
15.根据原点坐标和所有定位坐标建立uwb坐标系。
16.可选的，所述根据各个定位信息分别计算智能购物车与各个定位基站的距离，包括：
17.向各个定位基站发送定位请求信息并记录当前时间搓t1；
18.接收各个定位基站发送的定位返回信息并记录对应的时间，得到若干返回时间t2；
19.所述智能购物车与各个定位基站的距离l＝c*(t2-t1)；其中，c为光速。
20.可选的，所述根据若干定位距离计算智能购物车的位置坐标，包括：
21.根据若干定位距离识别对应的定位基站的数量；
22.根据对应的定位基站的数量进行判断；若定位基站的数量少于3个，则发出无法定位的告警；若定位基站的数量大于或等于3个，则选取距离智能购物车最近的三个定位基站所对应的定位距离进行计算，得到智能购物车的位置坐标。
23.可选的，所述选取距离智能购物车最近的三个定位基站所对应的定位距离进行计算，得到智能购物车的位置坐标，包括：
24.在uwb坐标系中分别以三个定位基站所在坐标点为圆心，以三个定位基站所对应的定位距离为半径画圆，得到三个定位圆；
25.三个定位圆的共同交点为智能购物车的定位点；
26.根据uwb坐标系识别智能购物车的定位点得到智能购物车的位置坐标。
27.可选的，在所述根据若干定位距离计算智能购物车的位置坐标之后，还包括：
28.获取该智能购物车的实时平面加速度信息；
29.根据该智能购物车的实时平面加速度信息计算该智能购物车的实时平面速度；
30.根据该智能购物车在uwb坐标系内的位置坐标计算该智能购物车在uwb坐标系内的实时坐标系速度；
31.根据该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度进行识别，得到惯性导航距离；
32.根据惯性导航距离对智能购物车的位置坐标进行修正，得到惯性导航坐标。
33.可选的，所述根据该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度进行识别，得到惯性导航距离，包括：
34.将该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度的差值与两倍该智能购物车的实时平面速度进行比对；若该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度的差值大于两倍该智能购物车的实时平面速度，则采用该智能购物车的实时平面速度计算该智能购物车的惯性导航距离；若该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度的差值小于两倍该智能购物车的实时平面速度；则以该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度的平均速度计算该智能购物车的惯性导航距离。
35.一种室内定位系统，包括：坐标建立模块，用于预先根据所有定位基站位置建立uwb坐标系；
36.定位接收模块，用于接收若干定位基站发送的定位信息；
37.距离计算模块，用于根据各个定位信息分别计算智能购物车与各个定位基站的距离，得到若干定位距离；
38.坐标计算模块，用于根据若干定位距离计算智能购物车的位置坐标。
39.一种计算机设备,包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法的步骤。
40.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
41.综上所述，本发明具有以下有益效果：在商超区域的几何边缘设立定位基站，通过定位基站对商超区域进行信号覆盖，并根据所有的定位基站建立uwb平面坐标系，使整个商超区域处于第一象限，并对各个定位基站设定对应的定位坐标；在智能购物车进入商超区域后，智能购物车内的uwb定位模块与所有定位基站进行消息的发送和接收，各个定位基站在进行定位信息的发送时，会携带对应的定位基站的编号，故根据各个定位信息能够计算智能购物车与各个定位基站的距离，即可得到若干定位距离，并在uwb平面坐标系中结合对应的定位基站的定位点即可确定uwb定位模块的坐标，即为位置坐标。
附图说明
42.图1为本发明的流程示意图；
43.图2为本发明组装时的结构框图；
44.图3为本发明实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
45.为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。
46.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
47.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
48.下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
49.本发明提供了一种室内定位方法,如图1所示，包括：
50.步骤100、预先根据所有定位基站位置建立uwb坐标系；
51.步骤200、接收若干定位基站发送的定位信息；
52.步骤300、根据各个定位信息分别计算智能购物车与各个定位基站的距离，得到若干定位距离；
53.步骤400、根据若干定位距离计算智能购物车的位置坐标。
54.在实际应用中，在商超区域的几何边缘设立定位基站，通过定位基站对商超区域进行信号覆盖，并根据所有的定位基站建立uwb平面坐标系，使整个商超区域处于第一象限，并对各个定位基站设定对应的定位坐标；在智能购物车进入商超区域后，智能购物车内的uwb定位模块与所有定位基站进行消息的发送和接收，各个定位基站在进行定位信息的发送时，会携带对应的定位基站的编号，故根据各个定位信息能够计算智能购物车与各个定位基站的距离，即可得到若干定位距离，并在uwb平面坐标系中结合对应的定位基站的定位点即可确定uwb定位模块的坐标，即为位置坐标。
55.进一步地，所述预先根据所有定位基站位置建立uwb坐标系，包括:
56.预先设置任一位置作为原点坐标；
57.根据所有定位基站距离原点坐标的距离设定各个定位基站的定位坐标；
58.根据原点坐标和所有定位坐标建立uwb坐标系。
59.在实际应用中，以商超区域为矩形，设置6个定位基站为例，则6个定位基站分别设置在商超区域的四个顶点和两个长边中点处，选择商超区域的一顶点作为原点坐标，并以该顶点对应的两条边线分别为x轴和y轴，以各个定位基站距离该顶点的距离作为各个定位基站的定位坐标，即可建立uwb坐标系。
60.可选的，所述根据各个定位信息分别计算智能购物车与各个定位基站的距离，包括：
61.向各个定位基站发送定位请求信息并记录当前时间搓t1；
62.接收各个定位基站发送的定位返回信息并记录对应的时间，得到若干返回时间t2；
63.所述智能购物车与各个定位基站的距离l＝c*(t2-t1)；其中，c为光速。
64.在实际应用中，采用tof距离算法计算智能购物车与各个定位基站的距离，tof(time-of-flight)时间飞行原理。时间飞行原理是指各种测量飞行时间的方法，更确切的是指一个物体或粒子或声波或电波等其他波类在某种介质内穿越一段距离所用的时间。tof测距方法是d.mccrady提出的,然而该技术只侧重于直接序列扩频(dsss)的通信系统。tof测距技术可以理解为飞行时差测距(time of flight measurement)方法,传统的测距技术分为双向测距技术(two way rang ing)和单向测距技术(oneway ranging)。tof测距方法属于双向测距技术,它主要利用信号在两个异步收发机(transceiver)之间往返的飞行时间来测量节点间的距离。
65.可选地，所述根据若干定位距离计算智能购物车的位置坐标，包括：
66.根据若干定位距离识别对应的定位基站的数量；
67.根据对应的定位基站的数量进行判断；若定位基站的数量少于3个，则发出无法定位的告警；若定位基站的数量大于或等于3个，则选取距离智能购物车最近的三个定位基站所对应的定位距离进行计算，得到智能购物车的位置坐标。
68.在实际应用中，由于在一个坐标系中，需要有至少3个定位基站以其定位距离画圆才可得到唯一共同交点，故在定位基站少于3个时，无法进行定位，故此时需要发出无法定位的告警。
69.进一步地，所述选取距离智能购物车最近的三个定位基站所对应的定位距离进行计算，得到智能购物车的位置坐标，包括：
70.在uwb坐标系中分别以三个定位基站所在坐标点为圆心，以三个定位基站所对应的定位距离为半径画圆，得到三个定位圆；
71.三个定位圆的共同交点为智能购物车的定位点；
72.根据uwb坐标系识别智能购物车的定位点得到智能购物车的位置坐标。
73.在实际应用中，通过三个定位基站以其定位距离绘制定位圆后，得到智能购物车的定位点，此时以三个定位基站和智能购物车构成两个三角形，且两个三角形的边长均为其定位距离及其定位坐标与原点坐标的距离；因此每个三角形的每个边长均为已知量，故根据三角形相关公式即可计算出对应的智能购物车的坐标点，即为智能购物车的位置坐标。
74.进一步地，在所述根据若干定位距离计算智能购物车的位置坐标之后，还包括：
75.获取该智能购物车的实时平面加速度信息；
76.根据该智能购物车的实时平面加速度信息计算该智能购物车的实时平面速度；
77.根据该智能购物车在uwb坐标系内的位置坐标计算该智能购物车在uwb坐标系内的实时坐标系速度；
78.根据该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度进行识别，得到惯性导航距离；
79.根据惯性导航距离对智能购物车的位置坐标进行修正，得到惯性导航坐标。
80.在实际应用中，由于uwb定位系统需要有三个以上的定位基站发送定位信息后才可进行定位，因此在uwb信号不好时，需要对智能购物车的位置进行修正，故在智能购物车内设置六轴传感器，能够获取智能购物车的实时平面加速度信息，并根据实时平面加速度信息计算得到实时平面速度，然后根据购物车在uwb坐标系中的位置坐标的变动能够计算得到智能购物车在uwb坐标系内的实时坐标系速度；然后根据实时平面速度和实时坐标系速度进行识别，并计算对应的惯性导航距离，再根据惯性导航距离计算对应的横向坐标偏移以及纵向坐标偏移，并以此对智能购物车的位置坐标进行修正，即可得到惯性导航坐标。
81.在实际应用中，在获取惯性导航坐标后，还会在智能购物车上的显示屏上显示该智能购物车处于商超区域内的所在位置。
82.进一步地，所述根据该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度进行识别，得到惯性导航距离，包括：
83.将该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度的差值与两倍该智能购物车的实时平面速度进行比对；若该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度的差值大于两倍该智能购物车的实时平面速度，则采用该智能购物车的实时平面速度计算该智能购物车的惯性导航距离；若该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度的差值小于两倍该智能购物车的实时平面速度；则以该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度的平均速度计算该智能购物车的惯性导航距离。
84.在实际应用中，通过六轴传感器能够获取智能购物车的横向加速度和纵向加速度，记为ax和ay，则通过ax和ay能够计算出智能购物车的横向速度vx和纵向速度vy，通过横向速度和纵向速度进行平方和后开方，即可得到智能购物车的实时平面速度v；而根据更新uwb两次采样时间t1和t2，对应的位置(x1，y1)、(x2，y2)，则因此，判断|vuwb-v|是否大于2v；若|vuwb-v|》2v，则仅采用实时平面速度进行计算，此时惯性导航距离为v*(t2-t1)；若|vuwb-v|≤2v，则以(v vuwb)/2作为智能购物车的移动速度，此时惯性导航距离为((v vuwb)/2)*(t2-t1)；最终对惯性导航距离的x轴和y轴进行分解，即可得到对应的x轴方向增量和y轴方向增量，从而对智能购物车的位置坐标进行更新，进而得到惯性导航坐标。
85.如图2所示，本发明还提供了一种室内定位系统，包括：坐标建立模块10，用于预先根据所有定位基站位置建立uwb坐标系；
86.定位接收模块20，用于接收若干定位基站发送的定位信息；
87.距离计算模块30，用于根据各个定位信息分别计算智能购物车与各个定位基站的距离，得到若干定位距离；
88.坐标计算模块40，用于根据若干定位距离计算智能购物车的位置坐标。
89.进一步地，所述坐标建立模块10，包括：
90.原点设定单元，用于预先设置任一位置作为原点坐标；
91.基站设定单元，用于根据所有定位基站距离原点坐标的距离设定各个定位基站的定位坐标；
92.坐标系建立单元，用于根据原点坐标和所有定位坐标建立uwb坐标系。
93.进一步地，所述距离计算模块30包括：
94.发送时间记录单元，用于向各个定位基站发送定位请求信息并记录当前时间搓t1；
95.接收时间记录单元，用于接收各个定位基站发送的定位返回信息并记录对应的时间，得到若干返回时间t2；
96.距离计算单元，用于所述智能购物车与各个定位基站的距离l＝c*(t2-t1)；其中，c为光速。
97.进一步地，所述坐标计算模块40包括：
98.数量确定单元，用于根据若干定位距离识别对应的定位基站的数量；
99.坐标计算单元，用于根据对应的定位基站的数量进行判断；若定位基站的数量少于3个，则发出无法定位的告警；若定位基站的数量大于或等于3个，则选取距离智能购物车最近的三个定位基站所对应的定位距离进行计算，得到智能购物车的位置坐标。
100.进一步地，所述坐标计算单元包括：
101.定位圆绘制单元，用于在uwb坐标系中分别以三个定位基站所在坐标点为圆心，以三个定位基站所对应的定位距离为半径画圆，得到三个定位圆；
102.定位点绘制单元，用于三个定位圆的共同交点为智能购物车的定位点；
103.定位计算单元，用于根据uwb坐标系识别智能购物车的定位点得到智能购物车的位置坐标。
104.进一步地，所述系统还包括：
105.加速度获取模块，用于获取该智能购物车的实时平面加速度信息；
106.惯性速度计算模块，用于根据该智能购物车的实时平面加速度信息计算该智能购物车的实时平面速度；
107.坐标速度计算模块，用于根据该智能购物车在uwb坐标系内的位置坐标计算该智能购物车在uwb坐标系内的实时坐标系速度；
108.惯性距离计算模块，用于根据该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度进行识别，得到惯性导航距离；
109.坐标修正模块，用于根据惯性导航距离对智能购物车的位置坐标进行修正，得到惯性导航坐标。
110.关于一种室内定位系统的具体限定可以参见上文中对于一种室内定位方法的限定，在此不再赘述。上述一种室内定位系统的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
111.在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图3所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机程序被处理器执行时以实现一种室内定位方法。
112.本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
113.在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：预先根据所有定位基站位置建立uwb坐标系；
114.接收若干定位基站发送的定位信息；
115.根据各个定位信息分别计算智能购物车与各个定位基站的距离，得到若干定位距离；
116.根据若干定位距离计算智能购物车的位置坐标。
117.在一个实施例中，所述预先根据所有定位基站位置建立uwb坐标系，包括:
118.预先设置任一位置作为原点坐标；
119.根据所有定位基站距离原点坐标的距离设定各个定位基站的定位坐标；
120.根据原点坐标和所有定位坐标建立uwb坐标系。
121.在一个实施例中，所述根据各个定位信息分别计算智能购物车与各个定位基站的距离，包括：
122.向各个定位基站发送定位请求信息并记录当前时间搓t1；
123.接收各个定位基站发送的定位返回信息并记录对应的时间，得到若干返回时间
t2；
124.所述智能购物车与各个定位基站的距离l＝c*(t2-t1)；其中，c为光速。
125.在一个实施例中，所述根据若干定位距离计算智能购物车的位置坐标，包括：
126.根据若干定位距离识别对应的定位基站的数量；
127.根据对应的定位基站的数量进行判断；若定位基站的数量少于3个，则发出无法定位的告警；若定位基站的数量大于或等于3个，则选取距离智能购物车最近的三个定位基站所对应的定位距离进行计算，得到智能购物车的位置坐标。
128.在一个实施例中，所述选取距离智能购物车最近的三个定位基站所对应的定位距离进行计算，得到智能购物车的位置坐标，包括：
129.在uwb坐标系中分别以三个定位基站所在坐标点为圆心，以三个定位基站所对应的定位距离为半径画圆，得到三个定位圆；
130.三个定位圆的共同交点为智能购物车的定位点；
131.根据uwb坐标系识别智能购物车的定位点得到智能购物车的位置坐标。
132.在一个实施例中，在所述根据若干定位距离计算智能购物车的位置坐标之后，还包括：
133.获取该智能购物车的实时平面加速度信息；
134.根据该智能购物车的实时平面加速度信息计算该智能购物车的实时平面速度；
135.根据该智能购物车在uwb坐标系内的位置坐标计算该智能购物车在uwb坐标系内的实时坐标系速度；
136.根据该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度进行识别，得到惯性导航距离；
137.根据惯性导航距离对智能购物车的位置坐标进行修正，得到惯性导航坐标。
138.在一个实施例中，所述根据该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度进行识别，得到惯性导航距离，包括：
139.将该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度的差值与两倍该智能购物车的实时平面速度进行比对；若该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度的差值大于两倍该智能购物车的实时平面速度，则采用该智能购物车的实时平面速度计算该智能购物车的惯性导航距离；若该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度的差值小于两倍该智能购物车的实时平面速度；则以该智能购物车的实时平面速度和实时坐标系速度的平均速度计算该智能购物车的惯性导航距离。
140.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram
(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
141.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
142.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。