[发明专利]一种层间过渡区域的室内定位装置和方法

权利要求书

1.一种层间过渡区域的室内定位装置，包括：低频定位基站、低频定位天线、UWB定位基站、标签卡与定位服务器；其特征在于，针对任一楼层i：楼层i、楼梯平台i+1/2与楼梯平台i-1/2分别设置有UWB定位基站、且均位于下行区与上行区的交汇处；所述低频定位天线由四根单元天线构成、依次标记为1号、2号、3号与4号，单元天线均与低频定位基站通过双绞线连接、且均设置于楼层i区域；四根单元天线呈矩阵分布，1号与2号单元天线并排布置于楼梯上行区一侧的墙壁上、且1号单元天线靠近楼梯上行区，3号与4号天线并排布置于楼梯下行区一侧的墙壁上、且3号天线靠近楼梯下行区，四根单元天线的离地高度相同，低频定位基站布置于楼梯口的任意侧墙壁上；所述标签卡为人员随身携带，具有UWB与低频两种定位模式；标签卡与低频定位基站低频无线连接，标签卡与UWB定位基站超宽带无线连接；所述定位服务器与低频定位基站、UWB定位基站Wi-Fi无线通信连接。

2.按权利要求1所述层间过渡区域的室内定位装置，其特征在于，所述单元天线的离地高度为0.5～1.5米，同侧墙壁上单元天线的间距为0.3～0.8米。

3.按权利要求1所述层间过渡区域的室内定位装置，其特征在于，所述室内定位装置在每一个定位采集周期中，定位服务器下发控制信息至低频定位基站和UWB定位基站，低频定位基站与UWB定位基站分别发出低频唤醒信号与UWB唤醒信号，标签卡接收低频唤醒信息与UWB唤醒信号、并回传低频定位信息与UWB定位信息至低频定位基站和UWB定位基站，低频定位基站与UWB定位基站再分别上传低频定位信息与UWB定位信息至定位服务器，定位服务器获取低频定位信息与UWB定位信息后对标签卡的位置进行解算、进而提供携卡人员的连续三维位置信息。

4.基于权利要求1所述层间过渡区域的室内定位装置的室内定位方法，包括以下步骤：

步骤1.设标签卡当前楼层调度号为i，若标签卡被低频定位基站的低频唤醒信号唤醒，则判定标签卡位于楼层过渡区，执行步骤2进行区域判别；否则、判定便签卡位于楼层i，维持标签卡位于楼层i的UWB定位解算；

步骤2.区域判别；根据标签卡感应到1号至4号单元天线的RSSI值RSSI1、RSSI2、RSSI3、RSSI4对标签卡进行区域判别：

当RSSI1+RSSI2RSSI3+RSSI4且RSSI1RSSI2，则判定标签卡位于楼层i的楼梯上行区，执行步骤3进行位置解算；

当RSSI1+RSSI2RSSI3+RSSI4且RSSI3RSSI4，则判定标签卡位于楼层i的楼梯下行区，执行步骤4进行位置解算；

其他情况，则判定标签卡位于楼层i，维持标签卡位于楼层i的UWB定位解算；

步骤3.位置解算；

根据楼层i处UWB定位基站与楼梯平台i+1/2层处UWB定位基站的UWB定位信息，采用高度解算方法计算得到标签卡相对于楼层i的高度h_up1；

根据楼层i+1处UWB定位基站与楼梯平台i+1/2层处UWB定位基站的UWB定位信息，采用高度解算方法计算得到标签卡相对于楼层i+1的高度h_down1；

若h_up1≤h_down1，则保持标签卡当前楼层调度号i不变，保持标签卡位于楼层i的楼梯上行区，令h＝h_up1、δ＝1；反之(h_up1＞h_down1)，则更新标签卡当前楼层调度号i为i+1，即更新标签卡位置为楼层i+1的楼梯下行区，另h＝h_down1、δ＝-1；h为标签卡相对于当前楼层的高度；

根据当前楼层的UWB定位基站的二维位置坐标(x₁,y₁)，计算得到标签卡当前平面二维位置坐标为(x₁+m/2,tanα*h)，其中，m为楼梯面的宽度，α为楼层过渡区域的上\下行楼梯的坡度；

进而计算标签卡相对于地面的高度为：

z＝δ*h+(i-1)*h_floor

其中，h_floor为楼层每层的平均高度；

最后得出楼层过渡区域的标签卡三维位置坐标为(x,y,z)；

步骤4.位置解算；

根据楼层i处UWB定位基站与楼梯平台i-1/2层处UWB定位基站的UWB定位信息，采用高度解算方法计算得到标签卡相对于楼层i的高度h_down2；

根据楼层i-1处UWB定位基站与楼梯平台i-1/2层处UWB定位基站的UWB定位信息，采用高度解算方法计算得到标签卡相对于楼层i-1的高度h_up2；

若h_down2≤h_up2，则保持标签卡当前楼层调度号i不变，保持标签卡位于楼层i的楼梯下行区，令h＝h_down2、δ＝-1；反之(h_down2＞h_up2)，则更新标签卡当前楼层调度号i为i-1，即更新标签卡位置为楼层i-1的楼梯上行区，另h＝h_up2、δ＝1；h为标签卡相对于当前楼层的高度；

根据当前楼层的UWB定位基站的二维位置坐标(x₁,y₁)，计算得到标签卡当前平面二维位置坐标为(x₁+m/2,tanα*h)，其中，m为楼梯面的宽度，α为楼层过渡区域的上\下行区楼梯的坡度；

进而计算标签卡相对于地面的高度为：

z＝δ*h+(i-1)*h_floor

其中，h_floor为楼层每层的平均高度；

最后得出楼层过渡区域的标签卡三维位置坐标为(x,y,z)。

5.按权利要求4所述层间过渡区域的室内定位方法，其特征在于，所述高度解算方法具体为：

其中，B＝2B_NC_N+2y₁-a，a＝tanα，b为携卡高度；B_N＝(-2y_i,1-2z_i,1a)/2r_i,1，y_i,1＝y_i-y₁，z_i,1＝z_i-z₁，r_i,1＝d_i-d₁，d_i为楼层i处UWB定位基站到标签卡的距离测量值、d₁为楼梯平台i±1/2处UWB基站到标签卡的距离测量值，(y₁,z₁)为楼层i处UWB定位基站的位置坐标，(y_i,z_i)为楼梯平台i±1/2处UWB定位基站的位置坐标；

当s₁＞0时，取y＝s₁代入，计算得出标签卡相对于楼层i地面的高度为h＝±(ay+b)；当s₁≤0时，取y＝s₂代入。