專利名稱：一種支持有限不規(guī)則空間定位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在有限不規(guī)則空間中確定特定物體的方法，屬于通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是已有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自然延伸，使人與物理世界的距離大為縮短，可以隨時(shí)隨地收集物理世界的信息，并施以適當(dāng)?shù)目刂?。同時(shí)，無線傳感網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展對(duì)于推動(dòng)普適計(jì)算具有極其重要的意義。經(jīng)過近些年的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用已經(jīng)開始逐漸增加，并在特定領(lǐng)域中發(fā)揮了重要作用。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的“感知”特點(diǎn)是將來的通用服務(wù)普適化的重要基礎(chǔ)。同時(shí)無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以跟互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)很好地集成，產(chǎn)生新型融合型服務(wù)，大大擴(kuò)展現(xiàn)有業(yè)務(wù)的空間，也使得將來的城市管理和服務(wù)的運(yùn)行更加準(zhǔn)確和智慧。室內(nèi)定位技術(shù)是無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)技術(shù)之一。目前的諸多室內(nèi)定位技術(shù)是考慮一個(gè)被定位的對(duì)象，相對(duì)于某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的一個(gè)相對(duì)空間位置，以此確定被定位對(duì)象在系統(tǒng)中的三維或二維坐標(biāo)位置的描述。這樣的定位要求由于在實(shí)際環(huán)境中存在大量的不期望的遮擋、反射、能量衰減和空間不規(guī)則等不利因素，實(shí)際的效果往往是理論研究所未能適用的，相應(yīng)的理論研究所需要的“嚴(yán)格條件”往往在實(shí)際中不具備，從而影響了理論研究的各種定位技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用。本發(fā)明試圖從實(shí)際情況出發(fā)，改變需求的形式，并綜合運(yùn)用不同的技術(shù)組合和協(xié)調(diào)，以產(chǎn)生滿足更為普遍需求的新型技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種在有限不規(guī)則功能空間中確定特定物體位置的方法，按該方法實(shí)現(xiàn)的設(shè)備、系統(tǒng)或方案可以滿足大量的普遍定位需求。考慮在一個(gè)有限不規(guī)則功能空間中，空間基本封閉，典型的場(chǎng)景如一般的家庭居室及其中的功能單元，如客廳、衛(wèi)生間、起居室、臥室、陽(yáng)臺(tái)等，需要對(duì)這樣的規(guī)則或不十分規(guī)則的空間中確定特定物體是否存在，存在于哪一個(gè)空間，及其特定的運(yùn)動(dòng)特征。該特定物體本文中稱為被定位對(duì)象。在該有限不規(guī)則空間中，還至少要部署一個(gè)特定感應(yīng)物體，本文中稱為感應(yīng)接受對(duì)象。定位的基本思路是，被定位對(duì)象附帶一個(gè)超聲波發(fā)射器，其按照特定的規(guī)則，編碼一串規(guī)定信息編碼，編碼中包含標(biāo)識(shí)被定位對(duì)象的信息。承載該規(guī)定編碼的超聲波在此有限不規(guī)則空間中發(fā)射、傳遞并形成多次的反射?？紤]到一般建筑物體對(duì)于超聲波具有較好的遮擋效果，該超聲波在經(jīng)過一定的傳播和反射后，由考慮部署位置和方向的感應(yīng)接受對(duì)象有效檢測(cè)到。這種有效檢測(cè)的通?？臻g范圍在實(shí)際的需求中并不需要保證在該空間中的100%空間。比如被定位對(duì)象是一個(gè)老年人，其運(yùn)動(dòng)范圍是在居室中的中下部分空間，只要適當(dāng)運(yùn)用直接傳播和多次反射，被定位對(duì)象發(fā)射的超聲波在此有限不規(guī)則空間中可以被有效的檢測(cè)到。本發(fā)明最基本的特點(diǎn)是，考慮的定位需求不是相對(duì)于空間中某個(gè)物理點(diǎn)作為參考點(diǎn)來建立位置坐標(biāo)描述的參考系，或者說不是用直線距離值作為位置表示的基礎(chǔ)，而是只要確定被定位的對(duì)象在特定功能空間中是否存在，實(shí)際上是相對(duì)于該不規(guī)則空間的位置描述。即該定位對(duì)象位置從嚴(yán)格的直線坐標(biāo)值來說是一種模糊位置描述，但這樣的位置描述對(duì)于在一個(gè)功能空間的集合中，確定是哪個(gè)功能空間這樣一種位置描述是精確的。這樣的位置表述需求在實(shí)際生活中普遍存在，并且由于各功能空間在相互邊界處的定位需求是允許模糊表示的，即兩個(gè)相鄰的空間A和B，如果其邊界開放，在其邊界的物體既可以確定在A，也可以確定在B。本發(fā)明至少需要配置感應(yīng)接受對(duì)象和被定位對(duì)象兩個(gè)單元，這兩個(gè)單元之間需要存在無線傳感網(wǎng)絡(luò)的通信信道，同時(shí)利用低功率大扇面超聲波可以反射，但不適于穿透的特點(diǎn)，作為實(shí)現(xiàn)本文中定位需求的輔助媒介。由于超聲波在經(jīng)過多次反射后，以及空間中存在其它超聲波，相互之間會(huì)發(fā)生干擾。在本方法中，每個(gè)被定位對(duì)象發(fā)射的超聲波攜帶特定編碼，感應(yīng)接受對(duì)象驗(yàn)證該特定編碼。這個(gè)編碼在傳輸、反射的過程中受到環(huán)境噪聲及反射過程的干擾，本方法采用被定位對(duì)象和感應(yīng)接受對(duì)象之間協(xié)同的隨機(jī)脈沖編碼及解調(diào)技術(shù)，并且感應(yīng)接受對(duì)象對(duì)接收到的超聲波進(jìn)行相關(guān)性檢測(cè)。滿足規(guī)定相關(guān)性要求的即認(rèn)為檢測(cè)到對(duì)應(yīng)的被定位對(duì)象存在，根據(jù)接收能量的變化范圍還可以確定被定位對(duì)象是否在活動(dòng)狀態(tài)。編碼的分布性可以確保被定位對(duì)象識(shí)別的準(zhǔn)確率。由此方法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，可以在一個(gè)規(guī)定的被定位對(duì)象和規(guī)定的有限不規(guī)則空間的集合中，有效地確定某個(gè)(組)有限不規(guī)則空間中是否存在某個(gè)被定位對(duì)象，檢測(cè)該被定位對(duì)象是否處于靜止或活動(dòng)過程中，也可以發(fā)現(xiàn)該被定位對(duì)象的一些活動(dòng)的特征。


圖I用于說明在定位過程中，定位要求由無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的總控協(xié)調(diào)對(duì)象發(fā)起。在初始化階段，總控協(xié)調(diào)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的所有感應(yīng)接受對(duì)象進(jìn)行配置，并劃定可識(shí)別的被定位對(duì)象的標(biāo)識(shí)，用于相關(guān)性檢測(cè)。定位過程由上述標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象序列圖描述。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的目的在于提出一種在有限不規(guī)則功能空間中確定特定物體位置的方法，按該方法實(shí)現(xiàn)的設(shè)備、系統(tǒng)或方案可以滿足大量的普遍定位需求?？紤]在一個(gè)有限不規(guī)則功能空間中，空間基本封閉，典型的場(chǎng)景如一般的家庭居室及其中的功能單元，如客廳、衛(wèi)生間、起居室、臥室、陽(yáng)臺(tái)等，需要對(duì)這樣的規(guī)則或不十分規(guī)則的空間中確定特定物體是否存在，存在于哪一個(gè)空間，及其特定的運(yùn)動(dòng)特征。該特定物體本文中稱為被定位對(duì)象。在該有限不規(guī)則空間中，還至少要部署一個(gè)特定感應(yīng)物體，本文中稱為感應(yīng)接受對(duì)象。定位的基本思路是，被定位對(duì)象附帶一個(gè)超聲波發(fā)射器，其按照特定的規(guī)則，編碼一串規(guī)定信息編碼，編碼中包含標(biāo)識(shí)被定位對(duì)象的信息。承載該規(guī)定編碼的超聲波在此有限不規(guī)則空間中發(fā)射、傳遞并形成多次的反射?？紤]到一般建筑物體對(duì)于超聲波具有較好的遮擋效果，該超聲波在經(jīng)過一定的傳播和反射后，由考慮部署位置和方向的感應(yīng)接受對(duì)象有效檢測(cè)到。這種有效檢測(cè)的通?？臻g范圍在實(shí)際的需求中并不需要保證在該空間中的100%空間。比如被定位對(duì)象是一個(gè)老年人，其運(yùn)動(dòng)范圍是在居室中的中下部分空間，只要適當(dāng)運(yùn)用直接傳播和多次反射，被定位對(duì)象發(fā)射的超聲波在此有限不規(guī)則空間中可以被有效的檢測(cè)到。本發(fā)明最基本的特點(diǎn)是，考慮的定位需求不是相對(duì)于空間中某個(gè)物理點(diǎn)作為參考點(diǎn)來建立位置坐標(biāo)描述的參考系，或者說不是用直線距離值作為位置表示的基礎(chǔ)，而是只要確定被定位的對(duì)象在特定功能空間中是否存在，實(shí)際上是相對(duì)于該不規(guī)則空間的位置描述。即該定位對(duì)象位置從嚴(yán)格的直線坐標(biāo)值來說是一種模糊位置描述，但這樣的位置描述對(duì)于在一個(gè)功能空間的集合中，確定是哪個(gè)功能空間這樣一種位置描述是精確的。這樣的位置表述需求在實(shí)際生活中普遍存在，并且由于各功能空間在相互邊界處的定位需求是允許模糊表示的，即兩個(gè)相鄰的空間A和B，如果其邊界開放，在其邊界的物體既可以確定在A，也可以確定在B。本發(fā)明至少需要配置感應(yīng)接受對(duì)象和被定位對(duì)象兩個(gè)單元，這兩個(gè)單元之間需要存在無線傳感網(wǎng)絡(luò)的通信信道，同時(shí)利用低功率大扇面超聲波可以反射，但不適于穿透的特點(diǎn)，作為實(shí)現(xiàn)本文中定位需求的輔助媒介。由于超聲波在經(jīng)過多次反射后，以及空間中存在其它超聲波，相互之間會(huì)發(fā)生干擾。在本方法中，每個(gè)被定位對(duì)象發(fā)射的超聲波攜帶特定編碼，感應(yīng)接受對(duì)象驗(yàn)證該特定編碼。這個(gè)編碼在傳輸、反射的過程中受到環(huán)境噪聲及反射過程的干擾，本方法采用被定位對(duì)象和感應(yīng)接受對(duì)象之間協(xié)同的隨機(jī)脈沖編碼及解調(diào)技術(shù)，并且感應(yīng)接受對(duì)象對(duì)接收到的超聲波進(jìn)行相關(guān)性檢測(cè)。滿足規(guī)定相關(guān)性要求的即認(rèn)為檢測(cè)到對(duì)應(yīng)的被定位對(duì)象存在，根據(jù)接收能量的變化范圍還可以確定被定位對(duì)象是否在活動(dòng)狀態(tài)。編碼的分布性可以確保被定位對(duì)象識(shí)別的準(zhǔn)確率。由此方法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，可以在一個(gè)規(guī)定的被定位對(duì)象和規(guī)定的有限不規(guī)則空間的集合中，有效地確定某個(gè)(組)有限不規(guī)則空間中是否存在某個(gè)被定位對(duì)象，檢測(cè)該被定位對(duì)象是否處于靜止或活動(dòng)過程中，也可以發(fā)現(xiàn)該被定位對(duì)象的一些活動(dòng)的特征。具體識(shí)別過程如下(見圖I)
1.在相對(duì)封閉的功能空間中，感應(yīng)接受對(duì)象配置了超聲波感應(yīng)接收傳感器，以系統(tǒng)規(guī)定的規(guī)格安裝，該功能空間由該感應(yīng)接受對(duì)象所標(biāo)識(shí)；被定位對(duì)象配置了超聲波發(fā)射器；
2.被定位對(duì)象與感應(yīng)接受對(duì)象分別是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的可通信節(jié)點(diǎn)，之間存在獨(dú)立的通信通道chl54，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；
3.如果有被定位對(duì)象存在于該功能空間，在被定位對(duì)象在通道chl54上接收到定位檢測(cè)指令后，按規(guī)定算法的隨機(jī)脈沖調(diào)制，發(fā)射帶自身編碼信息的超聲波；
4.所發(fā)射的超聲波經(jīng)過直接傳播或周圍各種阻擋物體的反射，被感應(yīng)接受對(duì)象檢測(cè)到；感應(yīng)接受對(duì)象按照規(guī)定算法的隨機(jī)脈沖解調(diào)提取超聲波中加載的編碼信息；
5.被感應(yīng)接受對(duì)象對(duì)接受到的信息編碼，對(duì)比該被定位對(duì)象的標(biāo)識(shí)進(jìn)行相關(guān)性檢測(cè)，如果達(dá)到指定的相關(guān)性值，即確認(rèn)編碼對(duì)應(yīng)的被定位對(duì)象存在于該相對(duì)封閉的不規(guī)則功能空間；
6.被感應(yīng)接受對(duì)象通過通道chl54通知被定位對(duì)象所存在的功能空間標(biāo)識(shí)，即被感應(yīng)接受對(duì)象和被定位對(duì)象互為確認(rèn)。
權(quán)利要求
1.一種支持有限不規(guī)則空間定位的方法，其特征在于1-1)在一個(gè)相對(duì)封閉的功能空間里，其定位的結(jié)果是判定被定位對(duì)象(目標(biāo)對(duì)象)是否存在于該空間里，該空間標(biāo)識(shí)即為定位單元標(biāo)識(shí)；和1-2)該空間至少部署一個(gè)作為這個(gè)功能空間標(biāo)識(shí)的感應(yīng)接受對(duì)象，感應(yīng)接受對(duì)象配置了超聲波感應(yīng)接收傳感器；被定位對(duì)象配置了超聲波發(fā)射器；和1-3)被定位對(duì)象與感應(yīng)接受對(duì)象之間存在獨(dú)立的通信通道，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；和 1-4)無線傳感網(wǎng)絡(luò)和超聲波為本發(fā)明中完成定位需求的兩個(gè)相互協(xié)調(diào)配合的媒介系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1-1所述的有限不規(guī)則空間定位的方法，其特征在于定位的單元描述為功能空間標(biāo)識(shí)，而非以距離描述的三維或二維坐標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的有限不規(guī)則空間定位的方法，其特征在于感應(yīng)接受對(duì)象與超聲波感應(yīng)接收傳感器，被定位對(duì)象與超聲波發(fā)射器是綁定在一起的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的有限不規(guī)則空間定位的方法，其特征在于被定位對(duì)象與感應(yīng)接受對(duì)象是無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，它們之間存在通信通道可以直接尋址。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的有限不規(guī)則空間定位的方法，其特征在于5-1)總控協(xié)調(diào)對(duì)象通過無線信道向被定位對(duì)象發(fā)送定位檢測(cè)指令；5-2)被定位對(duì)象采用發(fā)射超聲波采用隨機(jī)位置脈沖編碼；5-3)感應(yīng)接受對(duì)象對(duì)5-2描述的編碼進(jìn)行解調(diào)，并做相關(guān)性計(jì)算，以驗(yàn)證被定位對(duì)象在本功能空間中的存在性；5-4)確定檢測(cè)到被定位對(duì)象后,發(fā)送確認(rèn)信息給對(duì)應(yīng)的被定位對(duì)象；5-5)被定位對(duì)象被確認(rèn)后,記錄自己被特定感應(yīng)接受對(duì)象確認(rèn)，這樣被定位對(duì)象與感應(yīng)接受對(duì)象相互確認(rèn)被定位對(duì)象的存在和所在的功能空間標(biāo)識(shí)。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提出一種在有限不規(guī)則功能空間中確定特定目標(biāo)對(duì)象的方法，按該方法實(shí)現(xiàn)的設(shè)備、系統(tǒng)或方案可以滿足大量的普遍定位需求。本發(fā)明考慮在一個(gè)有限不規(guī)則空間中，空間基本封閉，典型的場(chǎng)景如家庭居室及其中的功能單元空間，需要確定特定物體是否存在于其中。本發(fā)明考慮的不同于一般的定位需求。一般定位是相對(duì)于空間中某個(gè)物理點(diǎn)作為參考點(diǎn)，而建立三維或二維位置描述的參考系。本方法則是確定被定位的對(duì)象在一組空間單元中是否存在，即該定位對(duì)象位置是一種功能空間標(biāo)識(shí)型的位置描述。從定位技術(shù)而言，采用被定位對(duì)象和感應(yīng)接受對(duì)象之間協(xié)同的隨機(jī)脈沖編碼及解調(diào)技術(shù)，感應(yīng)接受對(duì)象接收數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性檢測(cè)，以保證定位的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)H04W64/00GK102981164SQ20121051821
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者顧玉良, 王新社, 王玉成 申請(qǐng)人:北京凱思昊鵬軟件工程技術(shù)有限公司