新型地理位置定位方案的制作方法
【專利摘要】目前，GPS等定位方案通過定位目標接收衛星信號進行地理位置定位。然而，在特殊的地理位置如隧道，洞穴，地下，室內等情況下，如果GPS接收終端無法接收到衛星信號，則該定位方案失效。本發明提出了一種不依賴衛星信號的新型地理位置定位方案，通過預設參考點，周期性采集定位目標的移動方向和移動距離，計算出從參考點到定位目標位置的相對位移，并結合該相對位移和參考點的地理位置信息最終得到定位目標的地理位置，達到精確定位的目的。
【專利說明】新型地理位置定位方案
【技術領域】
[0001]本專利涉及一種通過定位目標的移動方向和移動距離計算出定位目標相對于參考點的相對位移來進行地理位置定位的方案。
【背景技術】
[0002]目前，GPS等定位方案通過定位目標接收衛星信號進行地理位置定位。然而，在特殊的地理位置如隧道，洞穴，地鐵，室內等情況下，如果GPS接收終端無法接收到衛星信號，則該定位方案失效。
【發明內容】
[0003]為了克服現有地理位置定位方案的不足，本專利提出了一種不依賴衛星信號的新型地理位置定位方案，通過預設參考點，周期性采集定位目標的移動方向和移動距離，計算出從參考點到定位目標位置的相對位移，并結合該相對位移和參考點的地理位置信息最終得到定位目標的地理位置，達到精確定位的目的。
[0004]本專利解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0005]1.通過定位器實現地理位置定位。定位器由時鐘源，參考點地理位置信息采集模塊，移動方向信息采集模塊，移動距離信息采集模塊，相對位移計算模塊和定位模塊構成。其中，移動距離信息采集模塊可以由移動速度信息采集模塊和移動距離計算模塊替代。在該替代方案下，移動速度信息采集模塊采集的移動速度信息和移動時間信息，通過移動距離計算模塊計算得到等效的移動距離信息。
[0006]2.定位器中的時鐘源為定位器內所有模塊提供統一的時間信息。
[0007]3.參考點地理位置信息采集模塊采集當前地理位置信息，作為參考點，同時設置從參考點到定位目標位置的相對位移值為O。參考點地理位置信息采集模塊可以直接采用GPS等現有地理位置定位裝置來實時采集當前地理位置信息。也可以在已知地理位置信息的固定地點設置二維碼或無線信號發射裝置，定位器相應的以二維碼掃描器或無線信號接收器為參考點地理位置信息采集模塊，在固定地點位置通過二維碼掃描或無線信號接收方式獲取當前地理位置信息。
[0008]4.定位器工作時,移動方向信息米集模塊米集移動方向信息,移動距離信息米集模塊采集移動距離信息，周期性定時傳給相對位移計算模塊。
[0009]5.相對位移計算模塊通過收到的移動方向信息和移動距離信息計算出本次周期從移動前位置到移動后位置的位移，與已知的從參考點到定位目標移動前位置的相對位移值進行疊加，計算出從參考點到定位目標移動后位置的相對位移值，設置為新的從參考點到定位目標位置的相對位移值，并傳遞給定位模塊。
[0010]6.定位模塊通過相對位移值和參考點地理位置信息計算出定位目標的地理位置。
[0011]7.參考點地理位置信息采集模塊定時(自動的)或非定時(用戶觸發)采集當前地理位置信息，成功采集到地理位置信息的位置將更新為新參考點。[0012]8.每次參考點更新時,重置從參考點到定位目標位置的相對位移值為O。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本專利采用移動距離信息采集模塊的定位器系統圖。
[0014]圖2是本專利采用移動速度信息采集模塊的定位器系統圖。
[0015]圖3是標準定位工作模式下的相對位移計算模型示意圖。
[0016]圖4是簡化定位工作模式下的相對位移計算模型示意圖。
[0017]圖1中(I)時鐘源，(2)參考點地理位置信息采集模塊，(3)移動方向信息采集模塊，(4)移動距離信息采集模塊，(5)相對位移計算模塊，(6)定位模塊。
[0018]圖2中(I)時鐘源，(2)參考點地理位置信息采集模塊，(3)移動方向信息采集模塊，(5)相對位移計算模塊，(6)定位模塊，(7)移動速度信息采集模塊，(8)移動距離計算模塊。圖3中描述了由經度坐標X、緯度坐標Y和高程坐標Z組成的三維坐標系統下的相對位移計算模型，模型中每個空間點的地理位置均由三元組(X，Y，Z)表示。參考點R的地理位置為(rx, ry, rz ),從參考點R到定位目標移動前位置的相對位移PI為(xI, y I, z I),從參考點R到定位目標移動后位置的相對位移P2為(x2, y2, z2),從定位目標移動前位置到移動后位置的移動位移AP為(Ax, Ay, Az),從定位目標移動前位置到移動后位置的移動距離為S，AP的垂直偏移夾角為A，AP的水平面偏移夾角為B。
[0019]圖4中描述了由橫坐標X、縱坐標Y組成的二維坐標系統下的相對位移計算模型，模型中每個空間點的地理位置均由二元組(X, Y)表示。參考點R的地理位置為(rx, ry),從參考點R到定位目標移動前位置的相對位移Pl為(xl, yl),從參考點R到定位目標移動后位置的相對位移P2為(x2, y2),從定位目標移動前位置到移動后位置的移動位移AP為(Ax, Ay)，從定位目標移動前位置到移動后位置的移動距離為S，AP的平面偏移夾角為B0
【具體實施方式】
[0020]一.標準定位工作模式
[0021]在標準定位工作模式下，地理位置信息由圖3中的經度坐標X，圖3中的緯度坐標Y和圖3中的高程坐標Z組成。參考點為圖3中的R (rx, ry, rz),從參考點R到定位目標移動前位置的相對位移為圖3中的Pl (xl, yl, zl),從參考點R到定位目標移動后位置的相對位移為圖3中的P2 (x2, y2, z2),從定位目標移動前位置到移動后位置的相對位移為圖3中的AP ( Ax, Ay, Az),從定位目標移動前位置到移動后位置的移動距離為圖3中的S，圖3中AP的垂直偏移夾角為圖3中的A，圖3中的AP的水平面偏移夾角為圖3中的B。
[0022]定位器按下述方式進行工作:
[0023]1.圖1中的(I)時鐘源為定位器中的所有模塊提供統一的時間信息。
[0024]2.首次使用時，圖3中的參考點R (rx, ry, rz)設置為缺省初始值(0，0，0)并被標注，圖3中從參考點到定位目標位置的相對位移P (X, y, z)的值設置為(0,0,0)。
[0025]3.圖1中的(2)參考點地理位置信息采集模塊定時(自動的)或非定時(用戶觸發)采集當前地理位置信息。成功采集的地理位置信息(rx，ry，rz)將更新為新的參考點。每次更新參考點時，重置圖3中從參考點到定位目標位置的相對位移P (X, y, z)的值為(0,0，0)。
[0026]4.圖1中的(3)移動方向信息采集模塊實時監測定位目標的移動方向，周期性將移動方向信息傳給圖1中的(5)相對位移計算模塊。
[0027]5.圖1中的(4)移動距離信息采集模塊實時監測定位目標的移動距離，周期性將移動距離信息傳給圖1中的(5)相對位移計算模塊。
[0028]6.圖1中的(5)相對位移計算模塊根據收到的移動距離信息和移動方向信息計算出本次周期內的定位目標從移動前位置到移動后位置的位移，再根據已知的從參考點到定位目標移動前位置的相對位移值，計算出從參考點R到定位目標移動后位置的相對位移值，更新到P (X, y, z),并將P (X, y, z)傳給圖1中的(6)定位模塊。具體算法如下:
[0029]已知信息:
[0030]移動距離信息:圖3中的空間移動距離S。
[0031]移動方向信息:圖3中的垂直偏移夾角A，圖3中的水平面偏移夾角B。
[0032]移動前從參考點R到定位目標位置的相對位移P (X, Y，z):P (x, y, z)的值為圖
3中的 Pl (xl, yl, zl)。
[0033]參考點的地理位置信息:圖3中的R (rx，ry，rz)。
[0034]設定坐標模型:
[0035]橫坐標為圖3中的經度坐標X。
[0036]縱坐標為圖3中的緯度坐標Y。
[0037]垂直坐標為圖3中的高程坐標Z。
[0038]計算從定位目標移動前位置到移動后位置的位移AP ( Ax, Ay, Az):
[0039]經度移動距離A x=S X Cos (A) X Cos (B)
[0040]緯度移動距離A y=s X Cos (A) X Sin (B)
[0041]高程移動距離Az=SXSin(A)
[0042]計算從參考點R到定位目標移動后位置的相對位移為圖3中的P2 (x2, y2, z2):
[0043]x2=xl+ A x
[0044]y2=yl+Ay
[0045]z2=zl+ A z
[0046]更新從參考點R到定位目標位置的相對位移P (x, y, z):
[0047]x=x2
[0048]y=y2
[0049]z=z2
[0050]7.圖1中的(6)定位模塊根據參考點R的地理位置(rx，ry, rz)和從參考點R到定位目標位置的相對位移P (X，y，z )，按如下公式計算出定位目標的地理位置(Px，Py，Pz )。
[0051]Px=rx+x
[0052]Py=ry+y
[0053]Pz=rz+z
[0054]二.簡化定位工作模式
[0055]當定位目標所在區域為平面區域時，定位器可進入簡化定位工作模式。工作在簡化定位工作模式時，地理位置信息由圖4中的橫坐標X、圖4中的縱坐標Y 二元組(X，Y)表示，其中X，Y可以是經度坐標、緯度坐標和高程坐標中的任意兩個坐標。參考點為圖4中的R (rx,ry),從參考點R到定位目標移動前位置的相對位移為圖4中的Pl (xl,yl),從參考點R到定位目標移動后位置的相對位移為圖4中的P2 (x2,y2),從定位目標移動前位置到移動后位置的相對位移為圖4中的AP ( Ax, Ay)，從定位目標移動前位置到移動后位置的移動距離為圖4中的S，圖4中的AP的平面偏移夾角為圖4中的B。
[0056]定位器工作原理和標準定位工作模式基本相同，按下述方式進行工作:
[0057]1.圖1中的(I)時鐘源為定時器中的所有模塊提供統一的時間信息。
[0058]2.首次使用時，圖4中的參考點R (1，7)為缺省初始值(0，0)并被標注，圖4中的從參考點到定位目標位置的相對位移P (X, y)為(0,0)。
[0059]3.圖1中的(2)參考點地理位置信息采集模塊定時(自動的)或非定時(用戶觸發)采集當前地理位置信息。成功采集的地理位置信息(rX，ry)將更新為新的參考點。每次更新參考點時，重置圖4中從參考點R到定位目標位置的相對位移P (X, y)的值為(0,0)。
[0060]4.圖1中的(3)移動方向信息采集模塊實時監測定位目標的移動方向，周期性將移動方向信息傳給圖1中的(5)相對位移計算模塊。
[0061]5.圖1中的(4)移動距離信息采集模塊實時監測定位目標的移動距離，周期性將移動距離信息傳給圖1中的(5)相對位移計算模塊。
[0062]6.圖1中的(5)相對位移計算模塊根據收到的移動距離信息和移動方向信息計算出本次周期內的定位目標從移動前位置到移動后位置的位移，再根據已知的從參考點R到定位目標移動前位置的相對位移值，計算出從參考點R到定位目標移動后位置的相對位移值，更新到P (X, y),并將P (x,y)傳給圖1中的(6)定位模塊。具體算法如下:
[0063]已知信息:
[0064]移動距離信息:圖4中的平面移動距離S。
[0065]移動方向信息:圖4中的平面偏移夾角B。
[0066]移動前從參考點R到定位目標位置的相對位移P (X, y):P (x, y)的值為圖4中的 Pl (xl,yl)。
[0067]參考點的地理位置信息:圖4中的R (rx，ry)。
[0068]設定坐標模型:
[0069]圖4中的橫坐標X。
[0070]圖4中的縱坐標Y。
[0071]其中X，Y可以是經度坐標、緯度坐標和高程坐標中的任意兩個坐標。
[0072]計算從定位目標移動前位置到移動后位置的位移AP ( Ax, Ay):
[0073]橫坐標移動距離Ax=SXCos(B)
[0074]縱坐標移動距離Ay=SXSin(B)
[0075]計算從參考點R到定位目標移動后位置的相對位移為圖4中的P2 (x2, y2):
[0076]x2=xl+ A x
[0077]y2=yl+ A y
[0078]更新從參考點R到定位目標當前位置的相對位移P (x，y):
[0079]x=x2[0080]y=y2
[0081]7.圖1中的(6)定位模塊根據參考點R地理位置(rx，ry)和從參考點R到定位目標位置的相對位移P (x，y)，按如下公式計算出定位目標的地理位置(Px，Py)。
[0082]Px=rx+x
[0083]Py=ry+y
[0084]三.移動距離信息采集模塊的替代方案
[0085]在定位器中，圖1中的(3)移動距離信息采集模塊可以由圖2中的(7)移動速度信息采集模塊和圖2中的(8)移動距離計算模塊替代，從而定位器系統圖變為圖2所示。與采用移動距離信息采集模塊相比，采用移動速度信息采集模塊的定位器在原有的工作方式下，取消了所有圖1中的(3)移動距離信息采集模塊的工作步驟，同時增加了圖2中的(7)移動速度信息采集模塊和圖2中的(8)移動距離計算模塊的工作步驟如下:
[0086]1.首次使用時，除原有的操作外，圖2中的(7)移動速度信息采集模塊監測當前目標的移動速度V，同時記錄移動時間t，一起發送到圖2中的(8)移動距離計算模塊。
[0087]2.在定位過程中，圖2中的(7)移動速度信息采集模塊定時監測當前目標的移動速度V，同時記錄移動時間t，一起發送到發送到圖2中的(8)移動距離計算模塊。
[0088]3.圖2中的(8)移動距離計算模塊按照如下算法計算定位目標的相對移動距離:
[0089]已知信息:
[0090]前一時刻的速度檢測時間為tl，監測到的移動速度為VI。
[0091]當前時刻的速度檢測時間為t2，監測到的移動速度為v2。
[0092]相對移動距離計算公式:
[0093]定位目標的空間移動距離S= (v2+vl) +2X (t2 - tl)
[0094]4.圖2中的(8)移動距離計算模塊將空間移動距離S發送到圖2中的(5)相對位移計算模塊。
【權利要求】
1.該方案通過預先設置參考點，通過周期性采集定位目標的移動方向和移動距離，計算出從參考點到定位目標位置的相對位移，然后通過該相對位移和參考點地理位置信息計算出定位目標的地理位置信息。
2.權利要求1中的移動距離信息采集可以替換為移動速度信息和移動時間信息的采集，通過移動速度信息和移動時間信息計算出移動距離。
3.定位器中包含時鐘源，為整個定位器中的所有模塊提供統一的時間信息。
4.定位器中包含參考點地理位置信息采集模塊，可以隨時采集當前地理位置信息，設置為參考點，并重置從參考點到定位目標位置的相對位移為O。
5.定位器中包含移動距離信息采集模塊，實時監測定位目標的移動距離，周期性傳給相對位移計算模塊。
6.權利要求5中的移動距離信息采集模塊可以由移動速度信息采集模塊和移動距離計算模塊替代，其中移動速度信息采集模塊實時監測定位目標的移動速度和移動時間，周期性傳給移動距離計算模塊，移動距離計算模塊通過移動速度和移動時間計算出定位目標的移動距離，然后傳給相對位移計算模塊。
7.定位器中包含移動方向信息采集模塊，實時監測定位目標的空間移動方向，周期性傳給相對位移計算模塊。
8.定位器中包含相對位移計算模塊，通過定位目標的移動距離信息，移動方向信息，和從參考點到定位目標移動前位置的相對位移值，計算出從參考點到定位目標移動后位置的相對位移值，設置為新的從參考點到定位目標位置的相對位移值，然后傳給定位模塊。
9.定位器中包含定位模塊，通過參考點的地理位置信息和從參考點到定位目標位置的相對位移值計算出定位目標的地理位置信息。
【文檔編號】G01C21/00GK103487049SQ201310397578
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月4日 優先權日:2013年9月4日
【發明者】羅朝勁, 周夢醒 申請人:羅朝勁, 周夢醒