室内定位技术与室外定位技术有什么不同

1、GPS定位

GPS定位是最常见的，它信号好、定位精度高、使用范围广，几乎所有需要定位的设备都会优先使用GPS定位。缺点是，不能信号透过金属和钢筋水泥混合物，因而不能在室内如地下停车场、高桥下、密集的楼房下使用。而且GPS在首次启动定位时，搜星速度慢，大约需要2~3分钟，不过现在这个缺陷也得到很好的解决了，很多内置GPS模块的GPS定位的设备都有AGPS或EPO辅助定位功能，帮助在搜星时快速定位位置，一般只需要几秒就搞定了，有的甚至实现秒定定位了。
2、北斗定位

北斗定位，众所周知，北斗是我国全力发展的可以跟GPS定位抗衡的卫星定位方式，定位原理跟GPS是一样的，都是根据天上的卫星来确定当前的位置的。虽然原理都一样吧，但是目前在定位精度、使用范围上还是有一定的差距，现在还是主要用于军事上，民用范围还在大力推广，民用范围定位精度几米到几十米都有，北斗模块的定位芯片价格相较GPS模块要高，在一些偏远山村，偏僻的地方可能会没有信号。
目前GPS卫星定位系统覆盖的是全球范围，能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到6-9颗卫星(实际上最多能观测到11颗)，而北斗现在仅对东南亚实现了全覆盖，计划在2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。
3、基站定位
基站定位，基站定位也是很常见的定位方式了，它是基于三大通信运营商建立的基站来定位的，那么它的优缺点就很明显了，附近的基站点多，那么定位就准，如果站点少甚至没有，那就定位误差大，或者是无法定位。一般说来，不管基站点多少，基站的定位误差在几十米左右，误差大的有几百米。
4、WiFi定位
WiFi定位，WiFi定位其实是室内定位方式的一种，但随着WiFi在室外的大范围覆盖，它也渐渐在室外定位技术上得到很好的应用。wifi定位的原理，这里就不细讲了，技术上的东西说深了其实更难理解，我们只要知道，一般情况下，wifi热点（也就是AP，或者无线路由器）的位置都是固定的，热点只要通电，不管它怎么加密的，都一定会向周围发射信号，只需设备能够扫到wifi，不需要连接wifi，定位端就能把检测到的热点的信息发送给服务器，服务器根据这些信息，查询、运算，就能知道客户端的具体位置了。WiFi定位的精度也是很高的，缺点是客户端必须能上网，而且附近必须有WiFi热点才行，离开大城市，这个功能就很难用到了。
5、蓝牙定位

蓝牙定位：蓝牙定位基于RSSI(Received Signal Strength Indication，信号场强指示)定位原理。蓝牙室内技术是利用在室内安装的若干个蓝牙局域网接入点，把网络维持成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网的主设备，然后通过测量信号强度获得用户的位置信息。根据定位端的不同，蓝牙定位方式分为网络侧定位和终端侧定位。
6、UWB定位

UWB定位：超宽带（UWB)定位技术是一种全新的、与传统通信定位技术有极大差异的新技术。它利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点，与新加入的盲节点进行通讯，并利用TDOA定位算法，通过测量出不同基站与移动终端的传输时延差来进行定位。
室内定位硬件
得益于蓝牙低功耗、低成本和易部署的绝对优势，基于蓝牙定位技术的室内定位方案在市场应用范围极广，因此了解蓝牙室内定位硬件的也相对更多一点。蓝牙定位的定位硬件包括蓝牙网关、蓝牙Beacon、手环、手表等蓝牙标签以及智能手机、无线局域网及后端数据服务器等；UWB定位硬件产品主要包括定位引擎服务器、智能终端、POE交换机、UWB基站、UWB标签、UWB模块、软件接口等。
室内定位演示环境搭建
蓝牙室内定位演示环境的搭建方式都很简单，借助蓝牙网关或者是蓝牙Beacon就可以实现。蓝牙室内定位方案的主要定位硬件产品包括蓝牙网关、蓝牙Beacon、手环、手表等蓝牙标签以及智能手机、无线局域网及后端数据服务器等。
终端侧定位只要在需要定位的室内环境中布局蓝牙Beacon VG01/VG02即可，至少要3个。布局思路如下：水平间距控制在5-10m,部署要尽量均匀、竖直高度控制在3m左右；
网络侧定位只要在需要定位的室内环境中布局蓝牙网关TD03/TD05/TD05A，至少要4个，移动的人或物佩戴蓝牙标签（蓝牙手环或蓝牙工卡）。布局思路如下：水平间距控制在6-8m,部署要尽量均匀，竖直高度控制在3m左右，最高4m。
UWB室内定位演示环境的搭建方式其实也很简单，借助UWB基站、UWB标签就可以实现。UWB室内定位方案的主要定位硬件产品包括定位引擎服务器、智能终端、POE交换机、UWB基站、UWB标签、UWB模块、软件接口等。
UWB定位只要在需要定位的室内环境中布局UWB基站，至少要4个，移动的人或物佩戴UWB标签（UWB工卡/UWB手环）布局思路如下：水平间距控制在5-10m,部署要尽量均匀、竖直高度控制在3m左右。
作为位置服务提供商的SKYLAB研发出的定位系统已经具备了很完善的功能，包括实时位置显示、轨迹跟踪与回放、电子围栏、寻呼报警、视频联动、智能巡检、电子点名与智能考勤等。SKYLAB能提供包括蓝牙网关、蓝牙Beacon、蓝牙定位标签、UWB定位基站、UWB定位标签以及SDK算法和后台服务器，帮助企业快速开发出基于UWB定位系统的应用软件，实现企业安全管理，提高企业生产效率。

UWB下行TDOA定位技术简单的说就是定位基站发送定位信号，定位标签接收定位信号。这种工作方式和GPS类似，所以又叫室内GPS。下行TDOA是在终端进行位置坐标计算，同时EHIGH恒高的定位系统，可以通过标签上传这些数据到服务器，实时结算标签位置，这一点得归功于恒高定位系统自带的一套高实时性的物联传输网络。下行TDOA的优势是，基站决定信号发送的时间，所以基站的功耗较低，并且跟GPS有着同样的优势，即该系统的容量无限大的，终端获取位置信息的延时也很小，这种模式，适合用于目标的独立导航。

在国内的UWB室内定位生态圈中，能实现UWB室内定位下行TDOA定位技术的公司屈指可数，EHIGH恒高正是其中一家，并且早在2016年的福清核电建设工地项目上就已经被成功应用了。

综上所述，iphone要实现高精度导航，除了UWB室内定位芯片，还需要依靠大量定位基站的部署及下行TDOA技术，因此要搭建UWB室内定位生态圈，就需要产业链伙伴的加入，例如EHIGH恒高这样的UWB室内定位软硬件解决方案提供商既可以实现下行TDOA定位技术又可以提供大量的定位基站部署，那么iphone要实现大规模的导航定位应用将不再是“畅想”。

车辆定位系统及井下车辆定位的方法
专利摘要本发明公开了一种车辆定位系统及井下车辆定位的方法，属于车俩定位领域，所述车辆定位系统，包括服务器、至少一个UWB锚点和能够与所述UWB锚点无线通信的车载定位器，其中：所述服务器用于设置在井上的监控中心，所述UWB锚点用于设置在井下，各UWB锚点之间串连，所述车载定位器用于设置在井下的待定位车辆上，其中一个UWB锚点通过设置在井上的监控中心的交换机与所述服务器连接。与现有技术相比，本发明能够实现对井下车辆的高精度定位。
专利说明
车辆定位系统及井下车辆定位的方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及车辆定位领域，特别是指一种车辆定位系统及井下车辆定位的方法。 背景技术
[0002]无轨胶轮车是通过以胶轮或履带为行走机构，采用防爆柴油机、蓄电池等为牵引动力的车辆，实现材料、设备及人员的运输。无轨胶轮车辅助运输区别于传统的轨道矿车、 无极绳、小提升机接力运输等方式。无轨胶轮车无轨道限制，机动灵活、适应性强、安全高效、应用范围广，近年来得到了迅速的推广应用。无轨胶轮化运输大大降低了工人的劳动强度，提高了生产效率;简化了辅助运输环节，减少了事故点，提高了工效和安全性。当无轨胶轮车应用在井下作业时，由于井下巷道窄、视线受限，行车状况复杂，特别是在巷道存在一定坡度的情况下，行驶的车辆相互之间往往看不清对方，因而容易引起车辆在某区域内发生阻塞，导致车辆频繁倒车，造成运输效率低下、运输油料浪费、机械损耗等问题，严重的还将导致某些安全事故发生。因此，为保证车辆运行安全，提高效率，节能减排，需要对井下辅助运输车辆进行监测和调度控制，进行交通管制以保证运行畅通。
[0003]目前，射频识别RFID定位系统，由于其成本低，技术成熟的特点，被广泛应用于在人员定位领域。但是，RFID定位系统只能实现区域定位，无法满足井下交通调度所需的精确定位要求，根据不确定的定位数据进行交通调度，只会带来更多的不确定性，在井下无轨胶轮车的定位中，现有技术的具体做法是，将人员定位系统中的人员标识卡改装成车卡使用， 但这种做法难以满足车辆定位的需求。因为，目前所有的人员定位系统都是基于24GHz或者433Mhz的区域定位系统，定位精度是以分站信号覆盖范围来计算的，如果分站信号覆盖范围是100米，定位精度就是100米;分站信号覆盖是50米，定位精度就是50米;如果两个分站信号范围发生了重叠，则位于重叠区域的标识卡会被两个分站收到，那么定位精度就在原有基础上增加了一倍，如图1所示。
[0004]人员定位的特点是，重点关注人员出入井时间，在井下工作时间，井下人员数量以及人员的大致位置，在这种需求下，几十米甚至上百米的定位精度是完全可以满足要求的。 而车辆定位的特点则与人员定位有很大的区别，对于车辆定位，重点是交通调度，要实现交通调度，必须要有精确的车辆位置信息，精度至少要达到米级。因此，对井下车辆实现高精度定位，成为了井下车辆运输作业中迫切需要解决的问题。
发明内容
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种能够实现井下车辆高精度定位的车辆定位系统及井下车辆定位的方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下:
[0007]—种车辆定位系统，包括服务器、至少一个UWB锚点和能够与所述UWB锚点无线通信的车载定位器，其中:
[0008]所述服务器用于设置在井上的监控中心，所述UWB锚点用于设置在井下，各UWB锚点之间串连，所述车载定位器用于设置在井下的待定位车辆上，其中一个UWB锚点通过设置在井上的监控中心的交换机与所述服务器连接。
[0009]进一步的，每个UWB锚点均连接有两个朝向两侧背对背的定向天线。
[0010]进一步的，每个UWB锚点的两个定向天线之间间隔距离大于1米。
[0011]进一步的，所述交换机和与其相连的UWB锚点之间设置有光电接口。
[0012]进一步的，所述UWB锚点采用防爆电源供电。[0013 ]上述的车辆定位系统进行的基于UWB技术的井下车辆定位的方法，包括:
[0014]步骤1:车载定位器发起测距通信；
[0015]步骤2: UWB锚点的两个定向天线接收车载定位器发送的测距信号，UWB锚点计算出测距信号的飞行时间；
[0016]步骤3:UWB锚点将计算出的飞行时间和两个定向天线的信号接收信息上传给服务器，服务器计算出车载定位器与UWB锚点之间的精确距离并判断车载定位器位于UWB锚点的左边还是右边，实现对车载定位器的位置定位。[0〇17]进一步的，所述步骤2包括:[〇〇18] UWB锚点和车载定位器之间采用双程测距方式进行测距。[〇〇19]进一步的，所述步骤3包括:[〇〇2〇]如果UWB锚点的两个定向天线中只有一个定向天线能够接收到测距信号，则服务器判定车载定位器位于UWB锚点的该能够接收到测距信号的定向天线的一侧；
[0021]和/或，如果UWB锚点的两个定向天线都能够接收到测距信号，并且车载定位器与两个定向天线的距离差等于两个定向天线之间的距离，则服务器判定车载定位器位于距离较近的定向天线的一侧；[〇〇22]和/或，如果UWB锚点的两个定向天线都能够接收到测距信号，并且车载定位器与两个定向天线的距离和等于两个定向天线之间的距离，则服务器判定车载定位器位于两个定向天线之间。[〇〇23]进一步的，所述步骤3之后，包括:[〇〇24]步骤4:重复执行步骤1-3,服务器获取对车载定位器两次测距的时间间隔，并根据车载定位器与UWB锚点之间的距离变化，计算出车载定位器的行驶速度。[〇〇25]本发明具有以下有益效果:[〇〇26]本发明中，采用UWB技术的T0A方式实现对井下车辆的定位。安装在车辆上的车载定位器，一旦进入UWB锚点的信号覆盖范围，即可以跟UWB锚点进行测距通信。工作过程为: 首先由定位器发起测距通信，向UWB锚点发送测距信号，UWB锚点接收到测距信号后，由UWB 锚点计算出测距信号的飞行时间，并将计算出的飞行时间上传给监控中心的服务器，运行在服务器上的监控软件将UWB锚点上传的信号飞行时间乘以信号速度(光速)，就能够计算得出车载定位器与UWB锚点之间的精确距离。由于煤矿巷道是一个狭长空间，可以近似为一条直线，同时，UWB锚点的具体位置在安装施工的时候已经测量，是已知的，那么计算出车载定位器和UWB锚点之间的相对距离，也就能够实现对车载定位器进行精确定位，从而实现对井下车辆的精确定位。与现有技术相比，本发明能够实现对井下车辆的高精度定位。附图说明
[0027]图1为现有技术的车辆定位的效果示意图；
[0028]图2为本发明的车辆定位系统的结构示意图；[〇〇29]图3为本发明的车辆定位系统的测距原理示意图；
[0030]图4为本发明的井下车辆定位的方法的流程示意图；
[0031]图5为本发明的井下车辆定位的方法的双程测距方式的原理示意图；
[0032]图6为本发明的井下车辆定位的方法的实施例一的原理示意图；
[0033]图7为本发明的井下车辆定位的方法的实施例二的原理示意图；[〇〇34]图8为本发明的井下车辆定位的方法的实施例三的原理示意图；
[0035]图9为本发明的井下车辆定位的方法的一种改进的流程示意图；
[0036]图10为本发明的车辆定位的效果示意图。具体实施方式
[0037]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。[〇〇38]名词解释和作用:[〇〇39]服务器:运行采集程序、数据库、算法引擎、客户端等系统软件。井下所有的数据都会上传到服务器上，有服务器运行的采集程序进行数据采集，数据库进行数据存储，算法引擎进行定位算法计算，客户端进行界面展示。
[0040]UWB锚点:根据定位需求，在井下巷道中安装UWB锚点，UWB锚点和所有在其信号范围内的定位器进行通信和测距，并把相应的结果上传到监控中心的服务器上。
[0041]车载定位器:车载定位器安装在车辆上，当车辆进入UWB锚点信号范围内时，车载定位器和UWB锚点进行通信及测距，完成定位。每个车载定位器都有唯一的ID号，所以可以和特定的车辆绑定，通过车载定位器的ID号就可以识别具体是哪一辆车。[〇〇42]交换机:完成系统搭建。[0〇43]防爆电源:为定位分站供电。
[0044]UWB:Ultra Wideband的缩写，即超宽带通信。
[0045]TOA: Time Of Arrival，信号到达时间；
[0046]TWO WAY RANGING(TWR):双程测距，测两次飞行时间求平均值作为飞行时间。[〇〇47] 一方面，本发明提供一种车辆定位系统，如图2所示，包括服务器1、至少一个UWB锚点2和能够与UWB锚点2无线通信的车载定位器3,其中:
[0048]服务器1用于设置在井上的监控中心，UWB锚点2用于设置在井下，各UWB锚点2之间串连，车载定位器3用于设置在井下的待定位车辆上，其中一个UWB锚点2通过设置在井上的监控中心的交换机4与服务器1连接。[〇〇49]本发明中，采用UWB技术的T0A方式实现对井下车辆的定位。安装在车辆上的车载定位器3,一旦进入UWB锚点2的信号覆盖范围，即可以跟UWB锚点2进行测距通信。工作过程为:首先由定位器发起测距通信，向UWB锚点2发送测距信号，UWB锚点2接收到测距信号后， 由UWB锚点2计算出测距信号的飞行时间，并将计算出的飞行时间上传给监控中心的服务器 1，运行在服务器1上的监控软件将UWB锚点2上传的信号飞行时间乘以信号速度(光速)，就能够计算得出车载定位器3与UWB锚点2之间的精确距离。由于煤矿巷道是一个狭长空间，可以近似为一条直线，同时，UWB锚点2的具体位置在安装施工的时候已经测量，是已知的，如图3所示，那么计算出车载定位器3和UWB锚点2之间的相对距离，也就能够实现对车载定位器3进行精确定位，从而实现对井下车辆的精确定位。与现有技术相比，本发明能够实现对井下车辆的高精度定位。
[0050]本发明采用的UWB技术的T0A方式既可以适用于大空间的分站数量较多的情况，也可以适用于小空间的分站数量较少的情况，即使在只有一个分站的情况下，也可以实现对井下车辆的高精度定位。因此，本发明适用于广泛的应用范围。
[0051]本发明中，有的情况下，得到了车载定位器3和UWB锚点2之间的相对距离，即可实现对井下车辆的精确定位，但是有的情况下，得到了车载定位器3和UWB锚点2之间的相对距离，还需要确定车载定位器3在UWB锚点2的左边还是右边，才能够实现对井下车辆的精确定位。因此，作为本发明的一种改进，每个UWB锚点2均连接有两个朝向两侧背对背的定向天线。本发明中，通过两个定向天线对测距信号的接受情况，就能够判断出车载定位器3在UWB 锚点2的左边还是右边。[〇〇52]本发明中，由于UWB锚点2的定位精度能够达到30cm，所以每个UWB锚点2的两个定向天线之间间隔距离可以设置为大于1米。[〇〇53]作为本发明的进一步改进，交换机4和与其相连的UWB锚点2之间设置有光电接口 5。在井下的煤矿采集作业中，由于井下的施工空间较大，通常采用光缆或者工业总线进行数据通信，而工业总线传输速率太慢，所以本发明中选择光缆进行数据通信。本发明中采用光电接口 5实现光缆到网缆(网线)的信号转换，进而实现UWB锚点2与服务器1的数据通信。 其中，光电接口 5可以为UWB锚点2、光电转换器或其它本领域技术人员公知的光电转换设备。[〇〇54]为了保障井下煤矿的安全，井下应用的设备都需要通过防爆认证才可以下井，优选的，UWB锚点2采用防爆电源6供电，防爆电源6是通过防爆认证的电源。
[0055]另一方面，本发明还提供一种上述的车辆定位系统进行的基于UWB技术的井下车辆定位的方法，如图4所示，包括:[〇〇56] S1:车载定位器3发起测距通信；[〇〇57] S2:UWB锚点2的两个定向天线接收车载定位器3发送的测距信号，UWB锚点2计算出测距信号的飞行时间；[〇〇58] S3:UWB锚点2将计算出的飞行时间和两个定向天线的信号接收信息上传给服务器 1

近几年，随着室内定位技术在物联网各个领域的不断推广，室内导航也越来越多的成为提升访客体验的应用：商场地下停车场借的反向寻车；医院、养老院的寻医导诊；智慧工厂的资产追踪和物品追踪 目前市场上最为常见的室内定位方案分别是基于蓝牙技术和基于UWB技术的。其中基于UWB技术室内定位解决方案定位精度能够达到厘米级，满足物联网市场高精度的室内定位需求。能够实现精确定位的室内定位公司，我知道的有SKYLAB、微能信息、蓝色创源等等，希望能够帮助到您。

UWB定位：超宽带（UWB)定位技术是一种全新的、与传统通信定位技术有极大差异的新技术。它利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点，与新加入的盲节点进行通讯，并利用TDOA定位算法，通过测量出不同基站与移动终端的传输时延差来进行定位。

首先是工程师最为关注的定位精度问题：UWB定位已经能够实现厘米级高精度定位。

定位硬件：UWB定位硬件产品主要包括定位引擎服务器、智能终端、POE交换机、UWB基站、UWB标签、UWB模块、软件接口等。

应用领域：UWB定位则主要应用于室内高精度定位，用于在一定空间范围内获取人或物的精确位置信息。

定位环境搭建：UWB定位布局相比蓝牙定位要复杂一些，因为涉及到UWB基站的安装。

最后，小编将SKYLAB室内定位工程师总结的各个领域室内定位解决方案选择要点告诉大家：室内定位从用途方向可以划分消费类和工业类。消费类主要实现室内人员引导、消费推送、安全监控、智能家居等商业应用。工业类主要实现消防安全、人员监控、设备引导、财产安全、智能工厂等应用。有些是侧重于单纯的室内定位，而有些则更侧重于导航功能、历史轨迹、电子围栏等功能，因此需要有针对性选择方案。单纯的室内定位、导航，对定位精度要求不高，可以优先选择蓝牙定位方案，侧重历史轨迹、电子围栏这些功能则可以优先考虑UWB定位方案；希望能够帮助到各位有室内定位方案需求的客户们。

化工厂人员定位可以采用UWB超宽带室内定位技术来实现，UWB定位系统大致分为位置感知层、网络传输层和定位应用层，主要包括：UWB定位基站、UWB定位标签、软件接口等。
UWB定位基站
定位基站（定位传感器）可以通过到达时间差（TDOA）测量技术，来确定标签的位置，并将数据传输至网络控制器及定位引擎软件，定位精度达到厘米级。
UWB定位标签
定位标签为有源标签，能做成不同的形态固定在物体、车辆或佩戴在人员身上使用，在不同应用环境下拥有多变性。它的定位精度最高可达到5-10cm，标签发出的UWB脉冲信号，通过定位基站（定位传感器）接收和传输。每一个标签都有唯一的ID号，可通过这个ID号将定位的物体联系起来，使定位基站（定位传感器）通过标签找到实际定位的位置。标签传输信号持续时间很短，能够允许成百上千的标签同时定位。
全局位置显示，历史轨迹，电子围栏，并提供位置信息对接客户应用服务器，具体协议双方协商；
UWB超宽带定位流程
（1）每个定位标签以UWB脉冲重复不间断发送数据帧；
（2）定位标签发送的UWB脉冲串被定位基站接收；
（3）每个定位基站利用高敏度的短脉冲侦测器测量每个定位标签的数据帧到达接收器天线的时间；
（4）定位引擎参考标签发送过来的校准数据，确定标签达到不同定位基站之间的时间差，并利用三点定位技术及优化算法来计算标签位置。
（5）采用多基站定位多采用TDOA（Time difference of Arrival）算法。
UWB化工厂人员定位SKYLAB/95POWER室内定位方案的功能介绍

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