基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統及其定位方法
2023-06-19 06:30:36
專利名稱：基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統及其定位方法
技術領域：
本發明涉及一種用於物流和導航的定位系統，具體涉及基於電子標籤和資料庫的
室內外定位系統及其定位方法。
背景技術：
基於位置的服務(LBS :Location Based Service)是電子信息產業的一個擁有廣 泛應用和巨大市場價值的領域，目前現有的定位系統包含以下幾種
—、GPS定位 全球定位系統GPS是一個基於中距離圓型軌道衛星的導航系統。它可以為地球表 面絕大部分地區提供準確的定位、測速和高精度的時間標準，GPS系統由大約24顆專用GPS 衛星及地面支持設備組成。民用GPS可以達到十米左右的定位精度。 其缺點在於全球定位系統精度不高，且不能覆蓋室內和遮蔽的室外空間，不易部 署，同時使用者在使用導航服務的同時，自己也被跟蹤，隱私不能得到保障。
二、WiFi無線定位 基於IEEE802. 11協議的WiFi (無線區域網)及類似的無線定位為至少一個訪問 點和一個或一個以上的客戶端，在IEEE802. 11協議下設置的WiFi網絡，其IEEE802. 11協
議採用兩種無線調頻方式和一種紅外傳輸的方式。兩個設備之間的通信可以自由直接的方 式進行，也可以在基站或者訪問點的協調下進行。 其缺點在於大範圍部署成本高，需要有源客戶端設備，10米左右的精度對室內
的應用有局限性，維護工作量大，使用者也同樣是被跟蹤的。 三、手機移動定位 手機定位是利用GSM或CDMA無線移動通信網的蜂窩技術來實現位置信息的查詢，
GSM或CDMA無線移動通信網是由許多像蜜蜂蜂窩一樣的小區構建而成的，每個小區都有自
己的編號，通過手機所在小區的識別號就可以知道手機所在區域。 其缺點在於對室內應用定位精度不夠，且無法保護用戶的隱私。RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別，俗稱電子標籤。
RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象並獲取
相關數據，識別工作無須人工幹預，可工作於各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體
並可同時識別多個標籤，操作快捷方便。
發明內容
本發明提供一種基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統及其定位方法，可實現 高精度的室內外地理定位，部署成本低，更適用於移動計算，解決了用戶的位置和其他隱私 被暴露的問題。 為實現上述目的，本發明提供一種基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統及其 定位方法，該系統包含讀取設備，以及若干電子射頻標籤；該電子射頻標籤和讀取設備之間通過無線射頻進行識別。 上述的電子射頻標籤設置在室內外的固定或移動的標識物上；上述的讀取設備為 可行動裝置。 上述的電子射頻標籤的資料庫內包含有標籤的位置編碼信息；上述的讀取設備的 資料庫內包含有地理信息。 上述的電子射頻標籤包含地理標籤和物體標籤；該地理標籤處於絕對靜止狀態； 該物體標籤內儲存物體的位置編碼和物體自身名稱和性質的編碼，物體可發生移動，該物 體標籤發生移動時，根據實際應用的需要，重新人工或用儀器測量獲得移動後的位置信息， 並相應更新該物體標籤的資料庫位置編碼信息。 上述電子射頻標籤為有源的或無源的，該電子射頻標籤的發射頻率為低頻或高頻 或超高頻。 上述讀取設備分為高頻閱讀器和超高頻閱讀器，該高頻閱讀器的閱讀距離為0到 20釐米，該超高頻閱讀器的閱讀距離為0到2米。 —種用於基於電子射頻標籤和資料庫的室內外定位系統的定位方法，其特徵是， 包含以下步驟 步驟1將多個地理標籤和物體標籤預先布置在室內、遮蔽的室外或無遮蔽室外空 間中的固定或移動的標識物上，將標籤的位置編碼信息記錄在標籤資料庫中；
步驟2讀取設備開始對標籤進行探測； 步驟3讀取設備讀取電子射頻標籤資料庫內的位置編碼信息；
步驟3. 1讀取設備發射無線電波； 步驟3. 2電子射頻標籤感應讀取設備的電波信號後，反饋其內部資料庫的位置編 碼信息至讀取設備； 步驟4讀取設備根據所讀取的標籤資料庫內的位置編碼信息，查詢讀取設備數據
庫內的信息，獲得標籤所在地的地理位置信息； 步驟5讀取設備顯示標籤當前所在地的地理位置信息。 上述的步驟2中，若在閱讀距離內探測到電子射頻標籤，且信號強度超過設定的 閾值，則進行步驟3，若在讀取設備的最大閱讀距離內，探測到若干個電子射頻標籤，則讀取 設備選取信號最強的電子射頻標籤進行讀取。 上述的步驟4中，讀取設備資料庫中記錄的地理位置編碼信息包含 —級參照物五維坐標，該五維坐標包含地理經度，緯度，絕對海拔高度，相對地面
高度，定位時間； —級參照物五維坐標的歷史記錄； 二級參照物相對於第一級參照物的相對四維坐標，該四維坐標包含經度、緯度、高 度和時間； 第N級(N > = 2)參照物相對第N-l級參照物的相對四維坐標； 各電子射頻標籤相對第N級參照物的相對四維坐標； 各級參照物(N >= 2)及各電子射頻標籤的四維坐標的歷史記錄。 上述的步驟4中，讀取設備根據所讀取的標籤資料庫內的位置編碼信息，將當前
經緯度和高度信息直接或通過公式計算，獲得該標籤所在地的地理位置信息。
本發明基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統及其定位方法與現有的定位系 統相比，其優點在於，本發明系統採用電子射頻標籤和無線的讀取設備，可實現更精確的定 位，可覆蓋現有技術難以達到的區域； 本發明採用電子射頻標籤，部署成本低廉，更適用於移動計算； 本發明採用的電子射頻標籤，其編碼內容僅與位置信息關聯而不與用戶信息關 聯，不會主動洩露讀取設備和用戶的信息，解決了用戶位置和隱私暴露的問題，提高用戶使 用的安全性和隱私性。
圖1為本發明基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統的結構示意圖；
圖2為本發明基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統的定位方法的流程圖。
具體實施例方式
以下結合附圖進一步說明本發明的實施例。 如圖1所示，本發明基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統包含讀取設備1，以 及若干電子射頻標籤2 ;該電子射頻標籤2和讀取設備1之間通過無線射頻進行識別。
讀取設備1採用可移動攜帶的閱讀器，若讀取設備1的無線發射頻率為高頻時，其 閱讀距離為0到20釐米；若讀取設備1的無線發射頻率為超高頻時，其閱讀距離為0到2 米。該讀取設備l內部設有資料庫，資料庫中記錄有配套的每個電子射頻標籤2所在地的 地理位置信息。讀取設備l通過射頻原理讀取電子射頻標籤2內的位置編碼信息，並根據 電子射頻標籤2的位置編碼信息，查詢電子射頻標籤2的資料庫中該電子射頻標籤2所對 應的地理信息，可以獲得該電子射頻標籤2當前和歷史的地理信息。
讀取設備1的資料庫內所包含的信息有以下的全部或部分信息
— . 一級參照物五維坐標，該五維坐標包含地理經度，緯度，絕對海拔高度，相對 地面高度，定位時間； 二 . 一級參照物五維坐標的歷史記錄； 三.二級參照物相對於第一級參照物的相對四維坐標，該四維坐標包含經度、緯 度、高度和時間，例如某建築物基準點的四維坐標； 四.第N級(N > = 2)參照物相對第N-l級參照物的相對四維坐標，例如某房間 的基準點的四維坐標； 五.各電子射頻標籤2相對第N級參照物的相對四維坐標； 六.各級參照物及各電子射頻標籤2的四維坐標的歷史記錄。 其中，電子射頻標籤2或第N級參照物的絕對坐標可由前N級參照物的坐標的對
應項簡單相加即得。 電子射頻標籤2採用目前公開銷售的各種頻率的有源或無源的電子射頻標籤，其 可設置於室內外地面和牆壁等其他固定或移動附著物上。電子射頻標籤2設有資料庫，該 資料庫內記錄特定編碼，其基本特徵是每個電子射頻標籤2擁有唯一編碼，由於一般標籤 可存儲64到lk位，因此可以最多設置有2的64-1024次方個擁有不同編碼的電子射頻標 籤2。
電子射頻標籤2的地理位置信息可根據當前經緯度和高度信息，由讀取設備1直 接或通過公式計算得到。例如，假定電子射頻標籤2共可儲存32bit信息，可將其分為每 8bit—段，編碼後存儲經度、緯度、高度和其他信息，讀取時按照事先的約定解碼，若編碼時 最後一步將2進位碼每一位循環左移，解碼時就需要首先每一位做循環右移。
電子射頻標籤2分為地理標籤和物體標籤， 一般情況下地理處於絕對靜止狀態， 資料庫記錄其各級地理位置信息；物體標籤可能發生移動，起定位作用時，是處於靜止狀 態，如果發生移動，資料庫裡要更新其所代表的地理信息，還可以記錄或通過計算得出與地 理標籤或其他物體標籤的相對位置，為下一步應用提供信息。 以下結合圖2說明本發明一種基於電子射頻標籤和資料庫的室內外定位系統的 定位方法 步驟1多個電子射頻標籤2根據實際應用的要求，按不同的密度預先布置於需進 行定位的室內和遮蔽的室外空間中，粘貼在物體表面、置於地毯或地板下等看不到但無線 電波可以發射到的地方，每個設置的點設置一個或多個地理標籤或物體標籤，可以是有源 或無源的，也可以是低頻、高頻或超高頻的電子射頻標籤2，不同類型的電子射頻標籤2對 應不同的讀取範圍。設置好電子射頻標籤2後，將每個電子射頻標籤2地理位置信息都記 錄於資料庫內； 步驟2讀取設備1開始對標籤進行探測，讀取設備1靠近一事先部署的電子射頻 標籤2，使該電子射頻標籤2進入讀取設備1的最大閱讀距離。當讀取設備1探測到該電子 射頻標籤2且其信號強度超過事先制定的閾值時，就說明電子射頻標籤2在讀取設備1的 閱讀距離以內，若在最大閱讀距離內有不只一個電子射頻標籤2被閱讀到，讀取設備1則選 取信號最強的電子射頻標籤2作為用來定位的標籤； 步驟3讀取設備1讀取電子射頻標籤2資料庫內的位置編碼信息；
步驟3. 1讀取設備1發射無線電波至電子射頻標籤2 ; 步驟3. 2電子射頻標籤2感應讀取設備1的電波信號後，反饋其內部資料庫的位 置編碼信息至讀取設備1 ; 步驟4讀取設備1根據所讀取的標籤資料庫內的位置編碼信息，查詢讀取設備1 資料庫內的地理信息，獲得標籤所在地的地理位置信息，或者讀取設備1也可以將當前經 緯度和高度信息通過公式計算，獲得該電子射頻標籤2所在地的地理位置信息。而讀取設 備1所在位置大約等於該電子射頻標籤2所在的位置，地理位置的最大誤差為讀取設備1 的最大閱讀距離，例如，當讀取設備1的最大閱讀距離為1. 5米，讀取設備1對其自身位置 定位的最大偏差為1.5米，而通過對信號強度的閾值設定，可獲得更精確的定位，閾值越高 定位越精確； 步驟5讀取設備1顯示其當前所在地的地理信息。 在上述的方式下，位置編碼信息是從電子射頻標籤2單向傳輸到讀取設備1的，電 子射頻標籤2通過感應讀取設備1發射的無線電波傳輸數據，電子射頻標籤2不能獲得讀 取設備1及其使用者的信息，電子射頻標籤2也不能向外主動發射與讀取設備1相關的信 息，只要讀取設備1本身不向外發送自身的信息，其他設備或人就不能通過這種途徑獲得 使用者信息，這樣使用者的隱私可以得到一定程度的保護，不會因為系統自身的技術特點 洩露隱私信息。
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儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的 描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
一種基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統，其特徵在於，該系統包含讀取設備(1)，以及若干電子射頻標籤(2)；所述的電子射頻標籤(2)和讀取設備(1)之間通過無線射頻進行識別；所述的電子射頻標籤(2)設置在室內外的固定或移動的標識物上；所述的讀取設備(1)為可行動裝置。
2. 如權利要求1所述的一種基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統，其特徵在於， 所述的電子射頻標籤(2)的資料庫內包含有標籤的位置編碼信息，位置編碼信息僅與位置 信息關聯而不與用戶信息關聯；所述的讀取設備(1)的資料庫內包含有地理信息。
3. 如權利要求2所述的一種基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統，其特徵在於， 所述的電子射頻標籤(2)包含地理標籤和物體標籤；所述的地理標籤處於絕對靜止狀態； 所述的物體標籤內儲存物體的位置編碼和物體自身名稱和性質的編碼，物體可發生移動， 該物體標籤發生移動時，根據實際應用的需要，重新人工或用儀器測量獲得移動後的位置 信息，並相應更新該物體標籤的資料庫位置編碼信息。
4. 如權利要求3所述的用於基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統的定位方法，其 特徵在於，所述電子射頻標籤(2)為有源的或無源的，所述電子射頻標籤(2)的發射頻率為 低頻或高頻或超高頻。
5. 如權利要求1所述的用於基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統的定位方法，其 特徵在於，所述讀取設備(1)分為高頻閱讀器和超高頻閱讀器，所述高頻閱讀器的閱讀距 離為0到20釐米，所述超高頻閱讀器的閱讀距離為0到2米。
6. —種用於基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統的定位方法，其特徵在於，包含 以下步驟步驟1將多個地理標籤和物體標籤預先布置在室內、遮蔽的室外或無遮蔽室外空間中 的固定或移動的標識物上，將標籤的位置編碼信息記錄在標籤資料庫中； 步驟2讀取設備(1)開始對標籤進行探測；步驟3讀取設備(1)讀取電子射頻標籤(2)資料庫內的位置編碼信息； 步驟4讀取設備(1)根據所讀取的標籤資料庫內的位置編碼信息，查詢讀取設備(1) 資料庫內的地理信息，獲得標籤所在地的地理位置信息；步驟5讀取設備(1)顯示標籤當前所在地的地理位置信息。
7. 如權利要求6所述的用於基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統的定位方法，其 特徵在於，所述的步驟3還包含以下步驟步驟3. 1讀取設備(1)發射無線電波；步驟3.2電子射頻標籤(2)感應讀取設備(1)的電波信號後，反饋其內部資料庫的位 置編碼信息至讀取設備(1)。
8. 如權利要求7所述的用於基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統的定位方法，其 特徵在於，所述的步驟2中，若在閱讀距離內探測到電子射頻標籤(2)，且信號強度超過設 定的閾值，則進行步驟3，若在讀取設備(1)的最大閱讀距離內，探測到若干個電子射頻標 籤(2)，則讀取設備(1)選取信號最強的電子射頻標籤(2)進行讀取。
9. 如權利要求7所述的用於基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統的定位方法，其 特徵在於，所述的步驟4中，讀取設備(1)資料庫中記錄的地理位置信息包含一級參照物五維坐標，該五維坐標包含地理經度，緯度，絕對海拔高度，相對地面高度， 定位時間；一級參照物五維坐標的歷史記錄；二級參照物相對於第一級參照物的相對四維坐標，該四維坐標包含經度、緯度、高度和 時間；第N級(N >= 2)參照物相對第N-l級參照物的相對四維坐標；各電子射頻標籤(2)相對某級參照物的相對四維坐標；各級參照物(N>= 2)及各電子射頻標籤(2)的四維坐標的歷史記錄。
10.如權利要求7所述的用於基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統的定位方法，其特徵在於，所述的步驟4採用以下方法讀取設備(1)根據所讀取的標籤資料庫內的位置編碼信息，將當前經緯度和高度信息直接或通過公式計算，獲得標籤所在地的地理位置信息。
全文摘要
本發明涉及一種基於電子標籤和資料庫的室內外定位系統及其定位方法，該系統包含讀取設備，以及若干電子射頻標籤；該電子射頻標籤和讀取設備之間通過無線射頻進行通信以獲取標籤內的編碼信息；電子射頻標籤設置在室內外的固定或移動的標識物上；讀取設備為可行動裝置。本發明系統採用高密度部署的電子射頻標籤和無線讀取設備，可實現更精確的定位，可覆蓋現有技術難以達到的區域；採用電子射頻標籤，部署成本低廉，更適用於移動計算；電子射頻標籤的編碼內容僅與位置信息關聯而不與用戶信息關聯，不會主動洩露讀取設備和用戶的信息，解決了用戶位置和隱私暴露的問題，提高用戶使用的安全性和隱私性。
文檔編號G01S13/74GK101793962SQ201010023030
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月20日 優先權日2010年1月20日
發明者張楠 申請人:張楠