專利名稱：無線定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及在井下進行無線定位的方法。
背景技術(shù)：
通訊技術(shù)日異月新，特別是無限通訊技術(shù)，在現(xiàn)如今信息產(chǎn)業(yè)突飛猛進的發(fā)展時 期，顯得尤為重要。而對于無限通訊技術(shù)的應用，自然也成為科技發(fā)展的重要方向，其中，無 限通訊用來進行定位是現(xiàn)在乃至今后的一個重要的應用。例如，在井下作業(yè)的過程中、在探險過程中等等，都需要進行定位，但是，由于在上 述特殊的環(huán)境中，無論是采用的技術(shù)，還是以后的維護工作，往往都會遇到諸多難題，而利 用無線通訊進行定位恰恰是解決上述問題的關(guān)鍵。我國是煤礦生成大國，而井下人員定位是保障到煤礦安全生產(chǎn)的一個重要手段。 由于井下無法接收GPS信號，如何經(jīng)濟的實現(xiàn)井下定位是一個難題。目前實現(xiàn)定位的方案 主要有RFID(射頻識別，又稱電子標簽)、PHS(個人手持電話系統(tǒng))和Wifi (無線寬帶)等 三種方式。RFID采用CELL ID (小區(qū)識別碼)方式，通過接收基站的上報信息得到位置，這種 方式的缺點因為RFID通訊距離較短，如果既要保障通訊鏈路暢通，同時提高定位精度則需 要大量部署RFID基站，這樣部署系統(tǒng)成本很高，對整個礦井的安全也存在隱患。PHS和Wifi方式，定位通訊終端通過上傳周圍基站的場強而得到位置。但PHS和 Wifi在人員較多同時定位時，會因為基站容量而受限。并且在定位通訊終端檢測周圍基站 場強時需要暫時離開網(wǎng)絡(luò)，通訊功能中斷，對生產(chǎn)管理和安全管理存在隱患。同時在持續(xù)的 定位狀態(tài)下，定位通訊終端功耗增加，電池的工作時間受限。中國申請?zhí)枮?00710119139.8的專利，公開了一種井下定位系統(tǒng)和方法，雖采用 了無線信標，但信標只廣播節(jié)點標識，在定位過程中精度無法精確保障，且系統(tǒng)實現(xiàn)不了多 基站定位。各定位終端未在時間上同步，當終端數(shù)量較多時，對無線信道占用頻繁。另外， 由于其無線通訊基站(文中為“接收節(jié)點”)參與定位檢測等相關(guān)動作，勢必會因為檢測周 圍基站場強等事務而影響通訊功能，或是增加功耗。有鑒于此，如何提供一種無線定位系統(tǒng)及方法，來減少上述弊端已成為業(yè)界亟待 解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的在于提供一種無線定位方法，能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟可靠的定位。本發(fā)明的一目的在于提供一種無線定位方法，對井下作業(yè)進行調(diào)度及安全監(jiān)控。為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種無線定位方法，對定位通訊終端進行定位，所 述方法包括在所述定位通訊終端能夠到達的區(qū)域布設(shè)位置無線信標以及無線通訊網(wǎng)絡(luò)；通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)向所述定位通訊終端提供標準時間，以便所述定位通訊終端自動校準其本地時間；所述位置無線信標以第一周期廣播無線信標幀；所述定位通訊終端接收無線信標 幀，并通過所述無線通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)出無線信標幀；以及接收并處理所述無線信標幀，以獲得定位數(shù)據(jù)，對所述定位通訊終端進行定位。其中，所述無線信標幀包括發(fā)射的功率、代表所述位置無線信標的標識號、以及代 表不同場合的信標類型，所述信標類型包括考勤用的信標以及標識危險區(qū)域的信標。所述定位通訊終端是以第二周期檢測周圍可接收到的無線信標幀，所述第二周期 大于第一周期；所述定位通訊終端是以第三周期向定位服務器發(fā)送無線信標幀，所述第三 周期大于第二周期。所述定位通訊終端在發(fā)出所述無線信標幀后能夠?qū)⑵渥詣忧宄?。所述無線定位方 法，還包括對所述定位數(shù)據(jù)進行查詢。在具體實施例中，所述位置無線信標是采用RFID技 術(shù)實現(xiàn)。在具體實施例中，所述位置無線信標是按照第一分布規(guī)則分布在井下；而所述無 線通訊網(wǎng)絡(luò)是按照第二分布規(guī)則在井下設(shè)置基站，以達到相應覆蓋面。本發(fā)明的一種無線定位方法，具有以下優(yōu)點能夠做到容量、功耗、效率等各方面 的均衡；位置無線信標只需要周期發(fā)送信號，操作簡單；定位通訊終端不需要暫時脫離網(wǎng) 絡(luò)，可以保持通訊的連續(xù)性，同時減少電池的消耗，并可減少移動基站的部署量；通過提供 標準時間，統(tǒng)一了終端時間，故而終端可以延遲上報且不丟失定位信息。同時可以減少上報 的次數(shù)。


圖1是本發(fā)明的無線定位的一實施系統(tǒng)架構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明一實施例的無線定位方法的流程圖；圖3是本發(fā)明的無線定位系統(tǒng)的工作時序具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書 所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明也可通過其他不同的具體實例 加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)亦可基于不同觀點與應用，在不背離本發(fā)明的目 的下進行各種修飾與變更。本發(fā)明的一種無線定位方法是應用在無線定位領(lǐng)域，以下主要以應用在井下定位 進行詳細舉例說明。本實施例的一種無線定位系統(tǒng)，是基于位置無線信標和無線通訊網(wǎng)絡(luò)的定位系 統(tǒng)。本發(fā)明的定位方式綜合了先有的RFID、PHS和Wifi定位技術(shù)的優(yōu)點，回避了相關(guān)缺點， 綜合采用位置無線信標和無線通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)一種經(jīng)濟可靠的定位方式。在本發(fā)明中，所述無線定位系統(tǒng)包括位置無線信標、無線通訊網(wǎng)絡(luò)、定位服務器、 時間服務器、以及定位通訊終端，其中所述位置無線信標，是用于以第一周期廣播無線信標 幀；所述時間服務器，是用于通過所述無線通訊網(wǎng)絡(luò)向定位通訊終端提供標準時間；所述 定位通訊終端，是用于接收所述無線信標幀以及所述標準時間，并自動校準本地時間，通過所述無線通訊網(wǎng)絡(luò)向定位服務器發(fā)送無線信標幀；所述定位服務器，是用于接收所述無線 信標幀，并對其進行存儲和處理，以獲得定位數(shù)據(jù)，定位所述定位通訊終端。定位的實現(xiàn)是通過定位通訊終端檢測所在地點的位置無線信標發(fā)射的無線信標 幀，并將檢測的結(jié)果發(fā)送給定位服務器；定位服務器根據(jù)其內(nèi)保存的位置無線信標的位置， 計算出定位通訊終端的位置。定位的算法可采用CELL ID方式或多信標場強估算方式。本發(fā)明中位置無線信標可采用RFID技術(shù)實現(xiàn)，體積、價格和功耗遠低于無線通訊 基站，便于在礦井中布網(wǎng)，同時小功率發(fā)射也可以提高礦井的安全性。本發(fā)明中無線通訊網(wǎng)絡(luò)提供通訊鏈路，無線通訊基站不再用于定位檢測，從而確 保定位通訊終端的通訊功能不會因為檢測周圍基站場強等事務而影響訊功能；同時整個系 統(tǒng)可以減少無線通訊基站的放置數(shù)量，只需要在礦井的關(guān)鍵節(jié)點放置滿足通訊要求即可； 此外定位通訊終端可與無線通訊網(wǎng)絡(luò)基站持久的建立連接，減少通訊量，故而可降低功耗， 增加電池的耐久性，使得整個系統(tǒng)更經(jīng)濟安全。本發(fā)明中位置無線信標采用RFID模塊實現(xiàn)，無線信標幀會在定位通訊終端中緩 存，若系統(tǒng)沒有統(tǒng)一的標準時間，容易導致定位信息混亂，為解決這個問題，本發(fā)明中引入 了時間服務器，該服務器通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)向系統(tǒng)中所有定位通訊終端提供標準時間。本發(fā)明中定位服務器和定位查詢客戶端是整個系統(tǒng)的中樞，定位服務器通過無線 移動網(wǎng)絡(luò)接收定位通訊終端發(fā)送的無線信標幀，并對數(shù)據(jù)進行存儲和處理。客戶端與定位 服務器連接，從定位服務器獲得定位信息，從而實現(xiàn)礦區(qū)實時定位功能。本發(fā)明一實施系統(tǒng)如附圖1所示。其中各部分的功能具體如下位置無線信標位置無線信標是一種無線發(fā)射裝置，其周期性的廣播無線信標幀， 包含如下內(nèi)容位置無線信標的發(fā)射功率；位置無線信標的標識號；位置無線信標的類型。 該類型信息可以用于標識信標所處的不同場合；以及校驗信息(可選)。定位通訊終端主要實現(xiàn)3個功能無線信標檢測功能接收位置無線信標發(fā)射的 無線信標幀，包括位置無線信標的發(fā)射功率、標識號和信標類型，并可測量接收到的無線信 號功率。自動時間校準功能定位通訊終端可通過無線網(wǎng)絡(luò)獲得時間服務器的標準時間。 數(shù)據(jù)發(fā)送功能定位通訊終端可以通過移動網(wǎng)絡(luò)，向定位服務器發(fā)送無線信標幀。無線通訊網(wǎng)絡(luò)是定位通訊終端向定位服務器發(fā)送數(shù)據(jù)的信息通道。無線通訊網(wǎng) 絡(luò)可以是PHS網(wǎng)絡(luò)、Wi f i網(wǎng)絡(luò)、GSM網(wǎng)絡(luò)以及其他2G或3G網(wǎng)絡(luò)，公網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)均可。定位服務器通過移動網(wǎng)絡(luò)接收定位通訊終端發(fā)送的無線信標幀，并對數(shù)據(jù)進行 存儲和處理。定位查詢客戶端客戶端與定位服務器連接，從定位服務器獲得定位信息。時間服務器用于向定位通訊終端授時，向整個系統(tǒng)提供標準時間。定位查詢客戶端和定位服務器通訊，查詢定位通訊終端的位置和其他信息。在實際應用中，整個系統(tǒng)采用如下方式部署實現(xiàn)整個系統(tǒng)，需部署位置無線信標、定位通訊終端、定位服務器時間服務器以及 無線通訊網(wǎng)絡(luò)。位置無線信標分布在需要定位的區(qū)域，一般分布間隔為300m左右，可以根據(jù)需要 進行調(diào)整。位置無線信標的位置要在定位服務器中記錄。位置無線信標可采用RFID技術(shù) 實現(xiàn)。
無線移動網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對定位區(qū)域的覆蓋，便于數(shù)據(jù)、語音和短信傳輸。一般可以選用 小功率基站或直放站，在關(guān)鍵節(jié)點部署。位置無線信標根據(jù)使用的功能分類，如可以分為用于考勤的信標，用于標識危險 區(qū)域的信標等等。定位通訊終端在檢測到不同的位置無線信標后可以根據(jù)位置無線信標的 類別做不同的動作，如檢測到危險區(qū)域的信標可以發(fā)出危險告警，同時向無線網(wǎng)絡(luò)上傳告
目 I 口 ；K、。提供一種無線定位方法，對定位通訊終端進行定位，包括在所述定位通訊終端能 夠到達的區(qū)域布設(shè)位置無線信標以及無線通訊網(wǎng)絡(luò)；通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)向所述定位通訊終 端提供標準時間，以便所述定位通訊終端自動校準其本地時間；所述位置無線信標以第一 周期廣播無線信標幀；所述定位通訊終端接收無線信標幀，并通過所述無線通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)出 無線信標幀；以及接收并處理所述無線信標幀，以獲得定位數(shù)據(jù)，對所述定位通訊終端進行 定位。請參閱圖2，是本發(fā)明無線定位方法的具體實施例的流程圖，如圖所示，在本實施 例中，是對井下作業(yè)為例進行說明，且是應用在上述無線定位系統(tǒng)中的具體實施例，在經(jīng)過 相關(guān)設(shè)備布設(shè)后，定位實現(xiàn)的過程如下步驟S11 位置無線信標按照周期、廣播信標信息幀。步驟S12 定位通訊終端通過移動無線網(wǎng)絡(luò)獲得時間服務器上的標準時間，并對 本地時間進行校準。步驟S13 定位通訊終端以周期、(、>> t0)檢測周圍可接收到的位置無線信標 的無線數(shù)據(jù)包括發(fā)射功率，標識號和類型。并將檢測的時間和數(shù)據(jù)進行存儲。步驟S14 定位通訊終端以周期t2(t2 >> t:)通過移動網(wǎng)絡(luò)向定位服務器發(fā)送采 集到的位置無線信標數(shù)據(jù)。發(fā)送的數(shù)據(jù)是1.中所采集到的。若發(fā)送過程中出現(xiàn)失敗，定位 通訊終端需支持自動重傳。當數(shù)據(jù)傳送完成后可將1.中存儲的數(shù)據(jù)清除。請參閱圖3，是 本發(fā)明的無線定位系統(tǒng)的工作時序示意圖，如圖所示，t2 >> >>、。步驟S15 定位服務器根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)計算定位通訊終端所在的歷史位置和軌 跡。并將數(shù)據(jù)存儲在本地。步驟S16 定位查詢終端通過定位服務器查詢某一定位通訊終端的位置信息。本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點在于集成了 RFID和無線移動網(wǎng)絡(luò)定位的優(yōu)點。做到了容量、功耗、效率等各方面的均位置無線信標只需要周期發(fā)送信號，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適宜大量部署，同時信標 安裝時只需要供電，所以適用方便。與傳統(tǒng)的通過移動網(wǎng)絡(luò)基站實現(xiàn)定位相比，在定位時，定位通訊終端不需要暫時 脫離網(wǎng)絡(luò)，可以保持通訊的連續(xù)性，同時減少電池的消耗，并可減少移動基站的部署量。通過時間服務器，統(tǒng)一了終端時間，故而終端可以延遲上報且不丟失定位信息。同 時可以減少上報的次數(shù)。綜上所述，本發(fā)明的一種無線定位方法，是通過定位通訊終端檢測所在地點的位 置無線信標發(fā)射的無線信標幀，并發(fā)出檢測到的無限信標幀；計算出定位通訊終端的位置。 做到了容量、功耗、效率等各方面的均衡；位置無線信標只需要周期發(fā)送信號，操作簡單；定位通訊終端不需要暫時脫離網(wǎng)絡(luò)，可以保持通訊的連續(xù)性，同時減少電池的消耗，并可減 少移動基站的部署量；通過時間服務器，統(tǒng)一了終端時間，故而終端可以延遲上報且不丟失 定位信息。同時可以減少上報的次數(shù)。 上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用本發(fā) 明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以很快地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的 一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施 例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的 保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種無線定位方法，對定位通訊終端進行定位，其特征在于包括在所述定位通訊終端能夠到達的區(qū)域布設(shè)位置無線信標以及無線通訊網(wǎng)絡(luò)；通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)向所述定位通訊終端提供標準時間，以便所述定位通訊終端自動校準其本地時間；所述位置無線信標以第一周期廣播無線信標幀；所述定位通訊終端接收無線信標幀，并通過所述無線通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)出無線信標幀；以及接收并處理所述無線信標幀，以獲得定位數(shù)據(jù)，對所述定位通訊終端進行定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線定位方法，其特征在于所述無線信標幀包括發(fā)射的功 率、代表所述位置無線信標的標識號、以及代表不同場合的信標類型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線定位方法，其特征在于所述信標類型包括考勤用的信 標以及標識危險區(qū)域的信標。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線定位方法，其特征在于所述定位通訊終端是以第二周 期檢測周圍可接收到的無線信標幀，所述第二周期大于第一周期。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線定位方法，其特征在于所述定位通訊終端是以第三周 期向定位服務器發(fā)送無線信標幀，所述第三周期大于第二周期。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線定位方法，其特征在于所述定位通訊終端在發(fā)出所述 無線信標幀后將其清除。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線定位方法，其特征在于所述位置無線信標是按照第一 分布規(guī)則分布在井下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線定位方法，其特征在于所述無線通訊網(wǎng)絡(luò)是按照第二 分布規(guī)則在井下設(shè)置基站，以達到相應覆蓋面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線定位方法，其特征在于還包括對所述定位數(shù)據(jù)進行查詢。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線定位方法，其特征在于所述位置無線信標是采用RFID 技術(shù)實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線定位方法，是基于位置無線信標和無線通訊網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，定位過程是通過定位通訊終端檢測所在地點的位置無線信標發(fā)射的無線信標幀，并將檢測到的無限信標幀發(fā)出；計算出定位通訊終端的位置。做到了容量、功耗、效率等各方面的均衡；位置無線信標只需要周期發(fā)送信號，操作簡單；定位通訊終端不需要暫時脫離網(wǎng)絡(luò)，可以保持通訊的連續(xù)性，同時減少電池的消耗，并可減少移動基站的部署量；通過時間服務器，統(tǒng)一了終端時間，故而終端可以延遲上報且不丟失定位信息。同時可以減少上報的次數(shù)。
文檔編號G01S1/02GK101881816SQ20091005064
公開日2010年11月10日 申請日期2009年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月5日
發(fā)明者肖長春, 雷劍虹 申請人:上海中興通訊技術(shù)有限責任公司