技术领域
[0001] 本发明涉及园区定位技术领域，具体涉及一种园区定位系统和方法。
相关背景技术
[0002] 社会经济的日益发展，工业或校园等园区的面积也在不断增长。由于园区面积较大，往往包括一些高危或偏僻的区域。因此，为了保证园区内人员的安全，很多情况下需要监控人员行踪，以保障人员的安全。传统技术中，通常是利用4g通信与GNSS结合的方式对人员进行定位。但是，4g通信的信号容易受到园区内建筑物的影响而不太稳定，使得人员在园区室内时的定位精度较差。
具体实施方式
[0019] 以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0020] 以下结合附图描述本发明实施例的一种园区定位系统和方法。
[0021] 如图1所示，本公开实施例提供了一种园区定位系统100，包括：用户终端101、LoRa网关102、至少三个预设信标(未示出)、云服务器103。其中，用户终端101分别与各个预设信标和LoRa网关102连接，LoRa网关102还与云服务器103连接，各个预设信标铺设于园区中室内的预设位置。用户终端，用于采集至少三个信标信息，将采集的全部信标信息发送给LoRa网关。LoRa网关，用于将接收到的全部信标信息发送给云服务器。云服务器，用于基于接收到的全部信标信息从预设的信标数据表中搜索对应的每个预设信标的第一经纬度信息，以及，根据各个第一经纬度信息计算用户终端的第二经纬度信息。
[0022] 采用本公开实施例提供的一种园区定位系统，通过在园区中室内的预设位置铺设至少三个预设信标，用户终端采集至少三个信标信息通过LoRa网关发送给云服务器，云服务器利用接收到的全部信标信息从预设信标数据表中搜索每个预设信标的第一经纬度信息，再根据每个第一经纬度信息来计算用户终端的第二经纬度信息。预设信标是铺设于园区的室内，其位置是固定的。这样，当用户处于室内时，云服务器能够根据接收到的信标信息中预设信标的第一经纬度来确定用户终端的第二经纬度信息，从而确定较为精确的用户位置信息，以能够提高人员在园区室内时的定位精度。
[0023] 另外，LoRa相较于传统的4g通信，其信号覆盖面广，功耗更低。即，在同等面积的区域内，布置较少数量的LoRa网关，就能够实现对该区域的信号全覆盖，减少了基建成本；且利用LoRa网关进行数据传输时，功耗较低，能够节约流量成本，从而能够在提高对人员定位精确度的同时，还能够在基建和流量两方面均减少成本支出，以较低成本实现对园区内人员的行踪监控。
[0024] 可以理解的是，在园区中室内铺设的全部预设信标围成的信号范围能够覆盖整个室内，且用户终端在进入室内时，能够在室内的任一位置采集到至少三个预设信标对应的信标信息。
[0025] 优选的，信标信息包括预设信标的信标名称和对应的信号强度；云服务器，具体用于：基于各个信标名称分别在预设的信标数据表中执行查找操作，查找出各个信标名称对应的第一经纬度信息；其中，预设的信标数据表中存储有信标名称和第一经纬度信息之间的对应关系。以及基于三点定位规则对每个预设信标对应的第一经纬度信息和对应的信号强度进行计算，以获得用户终端的第二经纬度信息。
[0026] 预设信标的位置是预先设定好的。因此，通过在预设的信标数据表中查找到各个信标名称对应的第一经纬度信息，从而能够确定用户终端采集到的各个预设信标的位置。另外，预设信标会不断发出信号，当用户终端处于预设信标的信号范围时，就会接收到该预设信标发出的信号。其中，越靠近预设信标，用户终端所接收到的预设信标的信号就会越强。即，用户终端所采集到的预设信标的信号强度与信标距离有关，信标距离即为预设信标与用户终端之间的距离。因此，当获取到预设信标的信号强度时，可以计算出该预设信标与用户终端之间的信标距离。这样，通过在预设的信标数据表中查找各个信标名称对应的第一经纬度信息，从而确定用户终端所采集到的预设信标的位置。再利用三点定位规则，基于各个预设信标的位置和信号距离进行计算，以确定用户终端的第二经纬度信息，从而能够在用户终端处于室内时，较为精确地确定其位置。
[0027] 在一些实施例中，信号强度为RSSI(Received Signal Strength Indicat ion)。
[0028] 可以理解的是，三点定位规则又称三角定位或三角加权算法，是较为成熟的现有技术，故在此不再进行赘述。
[0029] 优选的，再次参阅图1，一种园区定位系统100还包括GNSS基准站104和GNSS卫星(未示出)，GNSS基准站104分别与LoRa网关102、GNSS卫星连接，用户终端101还与GNSS卫星(未示出)连接。GNSS基准站，用于接收GNSS卫星下发的第一差分数据源，将第一差分数据源和GNSS基准站的第三经纬度信息通过LoRa网关传输给用户终端。用户终端，还用于接收GNSS卫星下发的第二差分数据源，并根据第一差分数据源、第二差分数据源、第三经纬度信息确定用户终端的第四经纬度信息。用户终端，还用于在获得第四经纬度信息时，确定用户终端位于室外；以及当在室外时，将第四经纬度信息通过LoRa网关传输给云服务器。
[0030] 在室外铺设预设信标时，由于室外区域较大，所需预设信标的数量较多，成本较高。而且，室外区域的环境状况也有所差异，预设信标的信号难以覆盖室外区域的各个角落，会影响对用户终端定位的精确度。因此，当用户终端处于室外时，利用GNSS基准站、GNSS卫星来确定用户终端的第四经纬度信息，能够较为精确地确定用户在室外时的位置，监控人员的行踪。
[0031] 可以理解的是，利用GNSS基准站和GNSS卫星下发的相关信息来确定用户在室外时的第四经纬度信息实质是利用了差分定位原理。差分定位原理主要依赖于GNSS基准站和用户终端之间的数据交换与处理，以提高定位精度。用户终端利用GNSS基准站上已知的精确坐标(即GNSS基准站的第三经纬度信息)和第一观测数据(即GNSS卫星下发的第一差分数据源)，计算出与用户终端的第二观测数据(即GNSS卫星下发的第二差分数据源)之间的差异(即差分改正数)。用户终端根据差分改正数，对其定位结果进行修正，获得定位精度较高的第四经纬度信息。从而消除或减小由于卫星轨道误差、大气影响、多径效应等因素引起的定位误差，提高用户在室外时的定位精度。
[0032] 为便于理解，结合图2所示，本实施例提供了一种园区定位系统的环境示意图(未示出GNSS卫星)。图2包括用户终端101、LoRa网关102、云服务器103和GNSS基准站104。其中，当用户终端在室内时，用户终端将采集到的全部信标信息通过LoRa网关传输给云服务器。当用户终端处于室外时，GNSS基准站将第一差分数据源和第三经纬度信息通过LoRa网关
102传输给用户终端，用户终端基于第一差分数据源、第三经纬度信息和第二差分数据源获得第四经纬度信息，用户终端通过LoRa网关传输给云服务器。
[0033] 在一些实施例中，结合图3所示，图3提供了一种GNSS基准站200。图3中包括第二GNSS模块204、控制存储模块201、LoRa模块202和供电模块203。其中，第二GNSS模块204包括第二GNSS单元205和第二GNSS天线206，LoRa模块202包括第二LoRa单元207和第二LoRa天线208。第二GNSS天线206分别与第二GNSS单元205和GNSS卫星(未示出)连接，控制存储模块
201分别与第二GNSS单元205和第二LoRa单元207连接，第二LoRa单元207还与第二LoRa天线
208连接，供电模块203分别与第二GNSS模块、控制存储模块201、LoRa模块202连接，用于提供电能。其中，第二GNSS单元通过第二GNSS天线接收GNSS卫星下发的第一差分数据源，并传输给控制存储模块。控制存储模块将第一差分数据源和GNSS基准站的第三经纬度信息传输给第二LoRa单元，第二LoRa将第一差分数据源和第三经纬度信息通过第二LoRa天线传输给LoRa网关。本实施例的基准站采用LoRa模块与LoRa网关之间进行数据传输，覆盖范围广。换言之，本实施例能够以较少数量的基准站对室外区域进行信号全覆盖。
[0034] 具体的，本实施例中使用的第二GNSS单元支持GPS/BDS/Glonass系统L1/B1/G1多频点高精度定位模块。例如，卫星信号通过第二GNSS天线进入第二GNSS单元内部。第二GNSS单元的电路结构为现有技术就不再进行赘述了。卫星信号通过LNA进行信号放大，进入声表滤波器，然后射频单元(RF block)进行处理；经过滤波器滤除带外干扰信号之后，LNA放大有用信号之后，可以使卫星信号的解调、解算更准确，以获得卫星射频信号。处理之后的卫星射频信号进入射频单元(RF block)，对信号进行自动增益控制(AGC)，将信号强度调整到合适的信号强度；然后通过混频器进行下变频输出模拟中频信号，模拟中频信号经过数模转换(ADC)为数字中频信号，提供给基带部分解算卫星报文，从而输出原始观测量即第一差分数据源。
[0035] 本实施例中采用的供电模块由LDO和DCDC组成电源控制单元。
[0036] 本实施例中采用的第二LoRa天线能使无线通信传输的距离更远，从而使得LoRa网络的覆盖范围更广。该第二LoRa天线参数指标如表1所示：
[0037] 表1
[0038] 类别 指标天线中心频点 433MHz
天线带宽 30MHz
极化方向 线极化
增肌 5dBi
驻波比 ＜2.0
特性阻抗 50Ω
[0039] 优选的，结合图4所示，图4提供了一种用户终端300。用户终端300包括采集模块301、第一GNSS模块302和传输模块303。其中，传输模块303分别与采集模块301、第一GNSS模块302和LoRa网关(未示出)连接。采集模块301还分别与各个预设信标(未示出)连接，第一GNSS模块302还与GNSS卫星(未示出)连接。采集模块，用于采集至少三个信标信息，将采集的全部信标信息传输给传输模块。第一GNSS模块，用于接收GNSS卫星下发的第二差分数据源，以及根据第一差分数据源、第三经纬度信息和第二差分数据源确定用户终端的第四经纬度信息，将第四经纬度信息传输给传输模块。传输模块，用于将接收到的全部信标信息和第四经纬度信息通过LoRa网关传输给云服务器。
[0040] 利用采集模块采集信标信息，并利用云服务器确定用户终端处于室内时的第二经纬度信息；利用第一GNSS模块确定用户终端处于室外时的第四经纬度信息，再将其发送给云服务器。这样，后台人员通过云服务器能够确定用户在室内和室外时的位置信息，从而便于监控用户的行踪。
[0041] 在一些实施例中，再次参阅图4。第一GNSS模块302包括第一GNSS单元304和第一GNSS天线305。第一GNSS单元304分别与第一GNSS天线305和传输模块303连接。
[0042] 本实施例采用的第一GNSS单元可支持GPS/BDS/Glonass系统L1/B1/G1多个频点。第一GNSS天线的参数指标如表4所示：
[0043] 表4
[0044]类别 指标
天线中心频点 1575MHz
天线带宽 20MHz
极化方向 线极化
增肌 3dBi
驻波比 ＜2.0
特性阻抗 50Ω
[0045] 优选的，预设信标包括蓝牙信标，信标信息包括蓝牙名称和蓝牙信号强度；采集模块为蓝牙模块；和/或，预设信标包括wifi信标，信标信息包括wifi名称和wifi信号强度；采集模块为wifi模块。
[0046] 蓝牙信标和wifi信标成本低，且便于在室内进行安装。因此，通过设置预设信标为蓝牙信标和/或wifi信标，能够低成本低且便捷地铺设于室内。
[0047] 可以理解的是，当采集模块包括蓝牙模块和wifi模块，且用户终端处于室内时，蓝牙模块采集至少三个蓝牙名称和这三个蓝牙名称对应的蓝牙信号强度，或者，wifi模块采集至少三个wifi名称和这三个wifi名称对应的wifi信号强度。
[0048] 在一些实施例中，再次参阅图4。采集模块301包括蓝牙模块306和wifi模块307。蓝牙模块306包括蓝牙单元308和蓝牙天线309，wifi模块307包括wifi单元310和wifi天线311。蓝牙天线310分别与各个预设的蓝牙信标(未示出)和蓝牙单元308连接，蓝牙单元308还与传输模块303连接。wifi天线311分别与各个预设的wifi信标和wifi单元310连接，wifi单元310还与传输模块303连接。其中，蓝牙单元通过蓝牙天线采集蓝牙信标对应的信标信息，并传输给传输模块。wifi单元通过wifi天线采集wifi信标对应的信标信息，并传输给传输模块。
[0049] 具体的，本实施例采用的蓝牙天线的参数指标如表2所示，本实施例采用的wifi天线的参数指标如表3所示：
[0050] 表2
[0051] 类别 指标天线中心频点 2450MHz
天线带宽 100MHz
极化方向 线极化
增肌 2dBi
驻波比 ＜2.0
特性阻抗 50Ω
[0052] 表3
[0053] 类别 指标天线中心频点 2450MHz
天线带宽 100MHz
极化方向 线极化
增肌 1.5dBi
驻波比 ＜2.0
特性阻抗 50Ω
[0054] 优选的，再次参阅图4，传输模块303包括MCU处理器312和第一LoRa单元313。其中，MCU处理器312分别与采集模块301、第一GNSS模块302和第一LoRa单元313连接，第一LoRa单元313还与LoRa网关(未示出)连接。MCU处理器，用于接收采集模块传输的全部信标信息，以及，接收第一GNSS模块传输的第四经纬度信息，将接收到的全部信标信息和第四经纬度信息传输给第一LoRa单元。第一LoRa单元，用于将接收到的全部信标信息和第四经纬度信息通过LoRa网关传输给云服务器。
[0055] 这样，利用第一LoRa单元和LoRa网关组成LoRa网络进行数据传输，能够降低功耗。
[0056] 具体的，再次参阅图4，第一LoRa单元313包括LoRa子单元314和第一LoRa天线315。其中，LoRa子单元314分别与MCU处理器312和第一LoRa天线315连接，第二LoRa天线315还与LoRa网关(未示出)连接。MCU处理器312分别与采集模块301的蓝牙单元308和wifi单元310连接、与第一GNSS模块302的第一GNSS单元304连接，以及与第一LoRa单元313的LoRa子单元
314连接。
[0057] 可以理解的是，再次参阅图1至图4,可知，本实施例的GNSS基准站设置有LoRa模块、用户终端设置有第一LoRa单元，且GNSS基准站通过LoRa模块经LoRa网关向用户终端传输数据，用户终端通过第一LoRa单元将相关数据经LoRa网关传输给云服务器。显然，本实施例中的LoRa模块、第一LoRa单元以及LoRa网关组成了LoRa通信网络。LoRa通信网络的信号覆盖面广，功耗更低。即，在同等面积的区域内，布置较少数量的LoRa网关，就能够实现对该区域的信号全覆盖，减少了基建成本；且利用LoRa网关进行数据传输时，功耗较低，能够节约流量成本，从而能够在提高对人员定位精确度的同时，还能够在基建和流量两方面均减少成本支出，以较低成本实现对园区内人员的行踪监控。
[0058] 优选的，MCU处理器，还用于在同时接收采集模块传输的全部信标信息和第四经纬度信息时，将第四经纬度信息传输给第一LoRa单元。
[0059] 当用户处于室内或室外的交界处时，用户终端可能会同时采集到室内的信标信息或GNSS基准站与GNSS卫星下发的相关信息。换言之，此时，云服务器可能会获得用户在室内时的第二经纬度信息和用户在室外时的第四经纬度信息。但是，用于用户在室外时的第四经纬度信息的精度更高、误差更小，因此，MCU处理器在同时接收到采集模块传输的全部信标信息和第四经纬度信息时，将第四经纬度信息传输给第一LoRa单元，能够使得云服务器获得的用户位置信息的精度更高。另外，MCU处理器此时只传输第四经纬度信息，也能够减少MCU处理器、第一LoRa单元和LoRa网关的传输压力，节约资源。且，云服务器接收第四经纬度信息就直接获得用户在室外的位置信息了，需要另行计算，定位速度较快。
[0060] 可以理解的是，“用户终端可能会同时采集到室内的信标信息和GNSS基准站与GNSS卫星下发的相关信息”，这里的“同时”并非一定是同一时刻，也可以是间隔时间较短的时刻。例如，用户终端在10点5分5秒采集到室内的信标信息，在10点5分15秒采集到或GNSS基准站与GNSS卫星下发的相关信息。由于，两者间隔时间较短，故也可视为用户终端同时采集到室内的信标信息和GNSS基准站与GNSS卫星下发的相关信息。
[0061] 优选的，再次参阅图4，用户终端300还包括电源模块316，电源模块与MCU处理器312连接，电源模块316还通过MCU处理器312分别与第一GNSS模块302、采集模块301以及第一LoRa单元313连接。电源模块，用于为MCU处理器、第一GNSS模块、采集模块以及第一LoRa单元提供电能。这样，利用电源模块为用户终端提供电源，便于用户使用用户终端。
[0062] 在一些实施例中，电源模块可以是太阳能电源。这样，当用户处于室外时，可以接收太阳能并转换为电能，能够延长用户终端的使用时间，以便对用户进行长时间的行踪监控。
[0063] 优选的，再次参阅图4，用户终端300还包括加速度传感器317；加速度传感器317与MCU处理器312连接。加速度传感器，用于检测用户终端的运动状态，在运动状态为静止时，向MCU处理器传输预设信号。MCU处理器，还用于在接收到预设信号时，控制电源模块停止为第一GNSS模块和采集模块提供电能。
[0064] 当用户终端的运动状态为静止时，说明用户的位置没有发生变化，此时云服务器可以将运动状态为静止时的前一刻的位置信息作为用户终端处于静止时的位置信息。因此，当用户终端的运动状态为静止时，通过控制电源模块停止为第一GNSS模块和采集模块提供电能，能够节约电能，延长用户终端的使用时间。
[0065] 具体的，当加速度传感器检测到用户终端的加速度不为0，则说明用户终端的运动状态为非静止。当加速度传感器检测到用户终端的加速度为0时，则说明用户终端可能静止也可能做匀速直线运动。由于用户终端是被用户携带的，而用户很难真正意义上做匀速直线运动。因此，当加速度传感器检测到用户终端的加速度为0时，则可以视做用户终端的运动状态为静止。
[0066] 如图5所示，本公开实施例提供了一种园区定位方法，应用于如前述所示的系统，包括：
[0067] 步骤S101，通过用户终端采集至少三个信标信息，将采集的全部信标信息发送给LoRa网关；
[0068] 步骤S102，通过LoRa网关将接收到的全部信标信息发送给云服务器；
[0069] 步骤S103，通过云服务器基于接收到的全部信标信息从预设信标数据表中搜索对应的每个预设信标的第一经纬度信息，以及，根据各个第一经纬度信息计算用户终端的第二经纬度信息。
[0070] 采用本公开实施例提供的一种园区定位方法，通过在园区中室内的预设位置铺设至少三个预设信标，用户终端采集至少三个信标信息通过LoRa网关发送给云服务器，云服务器利用接收到的全部信标信息从预设信标数据表中搜索每个预设信标的第一经纬度信息，再根据每个第一经纬度信息来计算用户终端的第二经纬度信息。预设信标是铺设于园区的室内，其位置是固定的。这样，当用户处于室内时，云服务器能够根据接收到的信标信息中预设信标的第一经纬度来确定用户终端的第二经纬度信息，从而确定较为精确的用户位置信息，以能够提高人员在园区室内时的定位精度。
[0071] 优选的，一种园区定位方法，还包括：基于各个信标名称分别在预设的信标数据表中执行查找操作，查找出各个信标名称对应的第一经纬度信息，以及基于三点定位规则对每个预设信标对应的第一经纬度信息和对应的信号强度进行计算，以获得用户终端的第二经纬度信息。其中，预设的信标数据表中存储有信标名称和第一经纬度信息之间的对应关系。
[0072] 优选的，一种园区定位方法，还包括：通过GNSS基准站接收GNSS卫星下发的第一差分数据源，将第一差分数据源和GNSS基准站的第三经纬度信息通过LoRa网关传输给用户终端。通过用户终端接收GNSS卫星下发的第二差分数据源，并根据第一差分数据源、第二差分数据源、第三经纬度信息确定用户终端的第四经纬度信息。通过用户终端在获得第四经纬度信息时，确定用户终端位于室外；以及当在室外时，将第四经纬度信息通过LoRa网关传输给云服务器。
[0073] 优选的，一种园区定位方法，还包括：通过采集模块采集至少三个信标信息，将采集的全部信标信息传输给传输模块。通过第一GNSS模块接收GNSS卫星下发的第二差分数据源；以及根据第一差分数据源、第三经纬度信息和第二差分数据源确定用户终端的第四经纬度信息，将第四经纬度信息传输给传输模块。通过传输模块将接收到的全部信标信息和第四经纬度信息通过LoRa网关传输给云服务器。
[0074] 优选的，一种园区定位方法，还包括：通过MCU处理器接收采集模块传输的全部信标信息，以及，接收第一GNSS模块传输的第四经纬度信息，将接收到的全部信标信息和第四经纬度信息传输给第一LoRa单元。通过第一LoRa单元将接收到的全部信标信息和第四经纬度信息通过LoRa网关传输给云服务器。
[0075] 优选的，一种园区定位方法，还包括：通过MCU处理器在同时接收采集模块传输的全部信标信息和第四经纬度信息时，将第四经纬度信息传输给第一LoRa单元。
[0076] 优选的，一种园区定位方法，还包括：通过电源模块为MCU处理器、第一GNSS模块、采集模块以及第一LoRa单元提供电能。
[0077] 优选的，一种园区定位方法，还包括：通过加速度传感器检测用户终端的运动状态，在运动状态为静止时，向MCU处理器传输预设信号。通过MCU处理器，在接收到预设信号时，控制电源模块停止为第一GNSS模块和采集模块提供电能。
[0078] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0079] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
