[0001] 本说明书涉及室内定位技术领域，尤其是涉及一种基于UWB和深度视觉传感的室内定位系统。

[0002] 由于建筑物的阻挡，较成熟的室外定位技术无法直接应用于室内以实现精准定位，而工业物联网设备、人员定位以及各类型机器人等的室内定位需求日益增长，相较于WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)定位技术和蓝牙定位技术，UWB(Ultra Wideband，超宽带)技术利用宽度为纳秒级的脉冲座位无线信号进行通信，其工作频段在3.25GHz‑6.75GHz之间，具有传输速率高、发射功率低、成本较低和安全等优点，常用于室内定位领域，然而在无视距条件下，由于障碍物遮挡目标物，利用UWB进行测距时目标物定位的精度，尤其是空间中高度定位精度，将受限制，因此亟需一种能够降低环境因素对UWB室内定位精度影响的室内定位系统。
实用新型内容

[0003] 鉴于目前在无视距条件下，由于障碍物遮挡目标物，利用UWB进行测距时目标物定位的精度，尤其是空间中高度定位精度，将受限制的问题，提出了本方案以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

[0004] 一方面，本说明书的一些实施例的目的在于提供一种基于UWB和深度视觉传感的室内定位系统，所述系统包括：

[0005] 设置于室内的数量不小于四个且不在同一平面的基站、深度视觉传感单元、交换机、第一升降单元及第二升降单元；

[0006] 所述基站设置于所述第一升降单元上，与待定位目标上的信标之间基于UWB通信连接，用于确定待定位目标的第一定位信息；

[0007] 所述深度视觉传感单元设置于所述第二升降单元上，且位于基站限定的定位范围内，用于监测待定位目标的第二定位信息；

[0008] 所述交换机连接所述基站、所述深度视觉传感单元及中央计算单元，用于将第一定位信息及第二定位信息发送至所述中央计算单元；

[0009] 所述第一升降单元及第二升降单元连接所述中央计算单元，在所述中央计算单元控制下调整所述基站及所述深度视觉传感单元的高度。

[0010] 作为本文的一个实施例，所述系统还包括：设置于所述待定位目标上的信标，所述信标数量至少包括一个。

[0011] 作为本文的一个实施例，所述系统还包括：分别与所述第一升降单元和第二升降单元连接的移动单元，设置于室内地面和/或天花板，用于在所述中央计算单元的控制下，调节所述基站和所述深度视觉传感单元的水平位置。

[0012] 作为本文的一个实施例，所述深度视觉传感单元包括结构光深度视觉传感器、TOF深度视觉传感器和双目立体深度视觉传感器中的至少其中之二。

[0013] 作为本文的一个实施例，所述系统还包括：切换单元，连接所述深度视觉传感单元中的每一视觉传感器以及所述中央计算单元，用于在所述中央计算单元控制下接入所述深度视觉传感单元中的视觉传感器。

[0014] 作为本文的一个实施例，所述系统还包括：设置于所述深度视觉传感单元周边的补光单元，与所述中央计算单元连接，用于为所述深度视觉传感单元补光。

[0015] 作为本文的一个实施例，所述系统还包括：中央计算单元；

[0016] 所述中央计算单元包括第一主机和第二主机；

[0017] 其中，所述第一主机与所述基站及所述交换机，所述第二主机与所述交换机均通过UDP进行通信连接，所述第二主机与所述深度视觉传感单元通过USB转串行端口进行通信连接。

[0018] 作为本文的一个实施例，所述第一主机和所述第二主机之间通过RTMP流媒体协议或RSTP流媒体协议进行通信。

[0019] 作为本文的一个实施例，所述系统还包括：显示单元，与所述中央计算单元连接，用于显示所述信标在室内的定位位置；

[0020] 所述显示单元与所述中央计算单元之间通过Websocket协议进行通信。

[0021] 作为本文的一个实施例，所述系统还包括：冗余供电单元，连接前述任一实施例所述系统中的用电器，用于为所述用电器冗余供电。

[0022] 本说明书的一些实施例提供的一个或者多个技术方案，至少具有如下的技术效果：

[0023] 利用本说明书的实施例，将UWB定位与深度视觉传感结合，通过引入深度视觉传感单元以解决仅利用UWB技术定位空间中待定位目标时存在的环境中障碍物阻碍基站定位目标物的问题，并且基站和深度视觉传感单元分别设置于第一升降单元上和第二升降单元上，因此基站和深度视觉传感单元的高度可以动态变化，减少了室内环境中的监测定位死角，从而避免环境因素的影响，简单高效、精确稳定地实现室内定位。

[0024] 上述说明仅是本说明书的一些实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本说明书的一些实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本说明书的一些实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本说明书的一些实施例的具体实施方式。

[0051] 为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书的一些实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的一些实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。

[0052] 需要说明的是，本文的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本文的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0053] 如图1所示为本文实施例一种基于UWB和深度视觉传感的室内定位系统100的结构示意图，在本图中，包括：设置于室内的数量不小于四个且不在同一平面的基站101、深度视觉传感单元102、交换机103、第一升降单元104及第二升降单元105；

[0054] 其中，所述基站101设置于所述第一升降单元104上，与待定位目标上的信标之间基于UWB通信连接，用于确定待定位目标的第一定位信息；

[0055] 所述深度视觉传感单元102设置于所述第二升降单元105上，且位于基站101限定的定位范围内，用于监测待定位目标的第二定位信息；

[0056] 所述交换机103连接所述基站101、所述深度视觉传感单元102及中央计算单元107，用于将第一定位信息及第二定位信息发送至所述中央计算单元107；

[0057] 所述第一升降单元104及第二升降单元105连接所述中央计算单元107，在所述中央计算单元107控制下调整所述基站101及所述深度视觉传感单元102的高度。

[0058] 利用本说明书的实施例，将UWB定位与深度视觉传感结合，通过引入深度视觉传感单元以解决仅利用UWB技术定位空间中待定位目标时存在的环境中障碍物阻碍基站101定位目标物的问题，并且基站101和深度视觉传感单元102分别设置于第一升降单元104上和第二升降单元105上，因此基站101和深度视觉传感单元102的高度可以动态变化，减少了室内环境中的监测定位死角，从而避免环境因素的影响，简单高效、精确稳定地实现室内定位。

[0059] 作为本文的一个实施例，所述中央计算单元107可以包括CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)、CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编辑逻辑器件)和FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)。

[0060] 作为本文的一个实施例，所述中央计算单元107与基站101、深度视觉传感单元102连接，是本文任一实施例所述的室内定位系统中的运算和控制核心。

[0061] 作为本文的一个实施例，基站101即移动通信基站，是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动终端之间进行信息传递的无线电收发信电台，交换机103即移动交换中心，用于完成最基本的交换功能，实现移动终端用户与其他网络用户之间的通信连接，信标106是一种包含微量数据的小型设备，通常集成于移动终端上以向基站101发送无线电信号，需要说明的是，移动终端可以包括但不限于自助终端设备、台式计算机、平板电脑、笔记本电脑、智能可穿戴设备等类型的实体电子设备以及集成有信标的安全帽、手环等实体结构设备。

[0062] 作为本文的一个实施例，在室内设置的基站101的数量要求不小于四个并且不能在同一平面，这是因为从原理上讲，对于简单的测距来说，单基站就可以满足测距需求，但对于精准测量待定位目标的在空间中的三维位置，基站数量小于四个或基站数量不小于四个但所有基站处于同一平面都将无法满足精准测量需求。

[0063] 作为本文的一个实施例，待定位目标上可以设置一个或多个信标106，但通常情况下为了节省成本待定位目标上设置一个信标106即可满足定位需求，并且信标106位于基站101限定的定位范围内时，才能与基站101利用UWB进行通信。

[0064] 作为本文的一个实施例，基于UWB和深度视觉传感的室内定位系统还包括：信标识别单元，设置于基于UWB和深度视觉传感的室内定位系统所在室内的门口，用于识别进入室内的目标是否具有信标，若不具有，则发出提醒信息。

[0065] 具体的，信标识别单元包括：信标识别器以及报警器，信标识别器连接报警器，用于识别进入室内的目标是否具有信标，若不具有，则控制报警器进行报警。

[0066] 作为本文进一步实施例中，基于UWB和深度视觉传感的室内定位系统还包括：信标粘贴机，设置于信标识别器附近，用于在信标识别器识别出进入室内的目标不具有信标时，向目标上粘贴信标。

[0067] 作为本文的一个实施例，利用已布设的基站101测量得到待定位目标的第一定位信息后，深度视觉传感单元102能够测量得到待定位目标的第二定位信息，一些常见的实施例中，通常利用第一定位信息确定待定位目标的水平面坐标，利用第二定位信息确定待定位目标的高度坐标，具体而言，相比于传统视觉传感设备，深度视觉传感单元102包括能够监测包含深度信息的环境信息的深度视觉传感器，参照附图2，其可以包括结构光深度视觉传感器202、TOF深度视觉传感器203和双目立体深度视觉传感器204中的至少其中之二，其中，结构光深度视觉传感器202可以为结构光深度相机，其原理是基本原理是，通过近红外激光器，将具有一定结构特征的光线投射到被拍摄对象上，再由专门的红外摄像头进行采集，这种近红外激光器发出的具备一定结构的光线，会因被摄物体的不同深度区域，而采集到不同的图像相位信息，从而得到被拍摄对象的位置和深度信息，在夜晚或者环境昏暗的场景下也能发挥良好的测量效果，适用于监测室内短距离内(例如10m以内)的待定位目标的第二定位信息。

[0068] 作为本文的一个实施例，TOF深度视觉传感器203可以为TOF深度相机，具体而言就是通过给目标连续发射激光脉冲，然后通过接收到的反射激光脉冲对应的探测光脉冲的飞行往返时间来得到确切的目标对象距离，在远距离下噪声较低，同时拥有更高的帧率和刷新率，适合于远距离动态场景下监测待定位目标的第二定位信息。

[0069] 作为本文的一个实施例，双目立体深度视觉传感器204可以为双目立体深度相机，其基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，以来获取物体图像信息和位置信息，其硬件要求和成本低，但存在光照敏感、消耗资源大等缺点，不适用于小型室内空间定位，在一些常见的实施例中，通常采用结构光深度相机和TOF深度相机结合的方式，以监测待定位目标的第二位置信息。

[0070] 作为本文的一个实施例，继续如附图2所示，在利用深度视觉传感单元102中多个深度视觉传感器结合的方式监测待定位目标的第二位置信息，切换单元201连接深度视觉传感单元中的每一视觉传感器以及中央计算单元107，其将在中央计算单元107控制下切换接入深度视觉传感单元中视觉传感器，可以理解为，切换单元201将随着室内待定位目标与深度视觉传感单元102之间的距离或环境光照变化切换不同的视觉传感器，相应地，室内还可以设置有光照强度传感器以监测环境光照变化情况，当然，深度视觉传感器同样能起到监测环境光照变化和室内待定位目标与深度视觉传感单元102之间的距离变化的作用。

[0071] 作为本文的一个实施例，当环境中的光照情况较恶劣时，光照强度传感器或深度视觉传感器向中央计算单元107反馈光照强度监测信号，之后中央计算单元107控制补光单元为深度视觉传感单元102进行补光，需要说明的是，这时的补光除了可见光以外，还可以为不可见光，如红外光等，本文对此不作限定。

[0072] 作为本文的一个实施例，继续如附图1所示，第一升降单元104及第二升降单元105分别可以用于动态调整基站101和深度视觉传感单元102的高度，从而使基站101和深度视觉传感单元102监测的室内空间更加全面，减少不能监测到的空间死角，同时还能减少障碍物遮挡待定位目标导致的无法定位或定位不准确的问题出现，在一些典型的实施例中，第一升降单元104及第二升降单元105进行周期升降运动以动态调整基站101和深度视觉传感单元102的高度。

[0073] 作为本文的一个实施例，参照附图3a和附图3b，为了进一步减少不能监测到的空间死角，第一升降单元104和第二升降单元105还可以与移动单元301连接，从而动态调整基站101和深度视觉传感单元102的水平位置，在一些典型的实施例中，移动单元301按预定安全轨迹进行周期移动以动态调整基站101和深度视觉传感单元102的水平位置，需要说明的是，移动单元301除了可以设置在地面，还可以设置在天花板，例如通过天花板上的轨道进行滑动，并且移动单元301设置在天花板时，意味着此时的基站101和深度视觉传感单元102是悬空的，能够更好地监测室内待定位目标的定位信息。

[0074] 作为本文的一个实施例，参照附图4a和附图4b，移动单元301和各升降单元之间还可以设置有摆臂单元401(此时其相邻设备为移动单元301、第一升降单元104和第二升降单元105)，该摆臂单元401以与移动单元301连接的点为基点进行转动，从而带动各升降单元在空间中转动，以扩大与升降单元所连接的基站101和/或深度视觉传感单元102的监测范围，减少监测死角，当然，该摆臂单元401也可以连接在升降单元与基站101和/或深度视觉传感单元102之间，还可以连接在移动单元301与地面或天花板之间，本文对此不作限定，在一些典型的实施例中，摆臂单元401进行周期旋转(旋转过程中可改变摆臂与水平面的夹角)运动，以动态调整基站101和深度视觉传感单元102可监测的室内范围。

[0075] 作为本文的一个实施例，对于大型的室内定位系统，中央计算单元107可以为一个集成的大型主机，同时该集成的大型主机通过交换机103与基站101和深度视觉传感单元102进行连接通信，对于小型的室内定位系统，中央计算单元107还可以包括第一主机501和第二主机502，其中，第一主机501通过交换机103与基站101进行连接通信，第二主机502通过交换机103与深度视觉传感单元102进行连接通信。

[0076] 作为本文的一个实施例，与中央计算单元107连接的显示单元可以用于显示信标106在室内的定位位置，还可以用于显示当前室内监测实景环境，从而直观、清晰地显示待定位目标在当前室内空间中的具体位置。

[0077] 为了使本领域技术人员更加了解本文的内容，本文给出了具体的通信连接方式，如图5所示的一种基于UWB和深度视觉传感的室内定位系统的通信连接结构示意图，在一些实施例中，基站101与信标106之间通过UWB进行无线通信连接，第一主机501与基站101及交换机103，第二主机502与交换机103均通过UDP进行通信连接，以快速传输数据量较小的定位信息，同时利用UDP进行通信还具有成本低、开发效率高的优点，第二主机502与深度视觉传感单元102通过USB转串行端口进行通信连接，从而将深度视觉传感单元102中深度信息和环境图像信息快速传输至第二主机502，第一主机501和第二主机502之间通过RTMP流媒体协议或RTSP流媒体协议进行通信，从而将第二主机502中的数据量较大的环境图像信息快速传输至第一主机501，显示单元503与中央计算单元107之间通过Websocket协议进行通信，以使显示单元503快速获取并直观显示中央计算单元107中的环境图像信息，以及待定位目标的位置信息。

[0078] 一些实施例中，前述任一实施例所述的基于UWB和深度视觉传感的室内定位系统包括供电单元，与前述任一实施例中所述系统中的所有用电器连接，用于为所有用电器供电，需要说明的是，用电器是指在电路中消耗电能的装置，也指用电能进行工作的装置。

[0079] 进一步地，前述任一实施例所述的基于UWB和深度视觉传感的室内定位系统还包括冗余供电单元，与前述任一实施例中所述系统中的用电器连接，用于在供电单元出现故障时为用电器进行冗余供电，例如在施工管理场景下，当供电单元出现问题停止供电，冗余供电单元将代替供电单元用于为所有用电器供电，从而监测施工工地中佩戴了集成有信标的安全帽的工人位置变化情况，需要说明的是，一些实施例中，供电单元可以分为多个供电子单元，此时每个供电子单元分别为前述任一实施例所述的基于UWB和深度视觉传感的室内定位系统中的一部分用电器进行供电，当供电子单元出现故障时，此时的冗余供电单元是用于为出现故障的供电子单元对应的用电器进行冗余供电。

[0080] 通过这种方式，实现了整个基于UWB和深度视觉传感的室内定位系统的闭环控制。

[0081] 利用本文实施例，可以在具有室内定位目标需求的建筑物等中如前述任一实施例所述的基于UWB和深度视觉传感的室内定位系统，从而避免障碍物等环境因素阻碍基站接收待定位目标的信号导致的定位精度低的问题，在一些实施例中，还可以将如前述任一实施例所述的基于UWB和深度视觉传感的室内定位系统与室外定位系统(如卫星定位导航系统)结合，从而实现准确监测室内外待定位目标的位置变化情况。

[0082] 应理解，在本文的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本文实施例的实施过程构成任何限定。

[0083] 还应理解，在本文实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0084] 本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本文的范围。

[0085] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

[0086] 在本文所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

[0087] 作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本文实施例方案的目的。

[0088] 另外，在本文各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

[0089] 集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本文的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本文各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read‑Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0090] 本文中应用了具体实施例对本文的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本文的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本文的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本文的限制。