可见光室内定位方法、装置、系统及相关产品

1.本发明涉及可见光室内定位技术领域，更具体地说，涉及一种可见光室内定位方法、装置、系统及相关产品。


背景技术：

2.随着卫星定位(如gps等)技术的发展，人们对于位置服务的需求越来越强烈，但是在地下车库、矿井、加油站、医院等无线通信受限区域，卫星定位技术只能够接收到非常微弱的信号，甚至无法接收到信号，因此无法实现精确的定位功能。但是随着led照明技术的发展及可见光通信技术的发展，使得基于led灯的可见光室内定位系统技术得以迅速发展，并且大大提高了室内定位的精度。
3.目前室内可见光定位系统多是通过天花板上的led灯实现，灯光发出高频闪烁信号，接收机通过pd(光敏二极管)或者cmos(互补金属氧化物半导体)摄像头接收。而接收机则主要采用路标定位，即收到led的位置标识时近似地判断其在该灯的照明范围内，精度取决于led的排列方式及密度。
4.在实际系统中，无论接收机是pd还是cmos摄像头，在led光照条件不好或者多led光交叠的区域，接收机都可能无法正确解码可见光通信信息。


技术实现要素：

5.有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种可见光室内定位方法、装置、系统及相关产品，技术方案如下：
6.本发明一方面提供一种可见光室内定位方法，所述方法应用于接收机，所述方法包括：
7.监测通信空间内的可见光通信信息，所述可见光通信信息中包含led灯的位置标识，所述位置标识是定位所述接收机在所述通信空间内位置的依据；
8.若未监测到所述可见光通信信息或者所监测到的所述可见光通信信息非有效的，调取通过预先监测到的有效的可见光通信信息所获得的、连续时间下的多个led灯的位置标识；
9.基于所述多个led灯的位置标识预测所述接收机在所述通信空间内所经过的目标led灯的位置标识。
10.可选的，所述调取通过预先监测到的有效的可见光通信信息所获得的、连续时间下的多个led灯的位置标识，包括：
11.统计持续时长，并在所述持续时长大于对应的阈值时，调取所述多个led灯的位置标识。
12.可选的，所述基于所述多个led灯的位置标识预测所述接收机在所述通信空间内所经过的目标led灯的位置标识，包括：
13.获取所述通信空间内的led灯排列信息，所述led灯排列信息中包含所述通信空间
内不同空间点处的led灯的位置标识；
14.通过匹配所述多个led灯的位置标识、以及所述led灯排列信息中的位置标识，预测所述目标led灯的位置标识。
15.可选的，所述通过匹配所述多个led灯的位置标识、以及所述led灯排列信息中的位置标识，预测所述目标led灯的位置标识，包括：
16.若所述通信空间内的led灯不属于单向排列，则监测所述通信空间内的光强；
17.根据所述多个led灯的位置标识与所述led灯排列信息中的位置标识的匹配结果、以及所述光强，预测所述目标led灯的位置标识。
18.可选的，所述监测通信空间内的可见光通信信息之前，所述方法还包括：
19.初始化逻辑队列，所述逻辑队列用于记录所监测到的led灯的位置标识、且连续监测到的同一位置标识记录一次；
20.相应的，所述调取通过预先监测到的有效的可见光通信信息所获得的、连续时间下的多个led灯的位置标识，包括：
21.调取所述逻辑队列中所记录的多个led灯的位置标识；
22.相应的，所述方法还包括：
23.将所述目标led灯的位置标识记录至所述逻辑队列中。
24.可选的，所述方法还包括：
25.若所监测到的所述可见光通信信息为有效的，则对比所监测到的所述可见光通信信息中的位置标识、以及所述逻辑队列中记录时间最晚的位置标识；
26.若对比结果为不同，则将所述可见光通信信息中的位置标识记录至所述逻辑队列中。
27.本发明另一方面提供一种可见光室内定位装置，所述装置包括：
28.信息监测模块，用于监测通信空间内的可见光通信信息，所述可见光通信信息中包含led灯的位置标识，所述位置标识是定位所述接收机在所述通信空间内位置的依据；
29.位置定位模块，用于若未监测到所述可见光通信信息或者所监测到的所述可见光通信信息非有效的，调取通过预先监测到的有效的可见光通信信息所获得的、连续时间下的多个led灯的位置标识；基于所述多个led灯的位置标识预测所述接收机在所述通信空间内所经过的目标led灯的位置标识。
30.本发明另一方面提供一种接收机，所述接收机包括：至少一个存储器和至少一个处理器；所述存储器存储有程序，所述处理器调用所述存储器存储的程序，所述程序用于实现任意一项所述的可见光室内定位方法。
31.本发明另一方面提供一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行任意一项所述的可见光室内定位方法。
32.本发明另一方面提供一种可见光室内定位系统，所述系统包括：设置于通信空间内的多个led灯和接收机；
33.每个led灯，用于输出其对应的可见光通信信息，所述可见光通信信息中包含所属led灯的位置标识，所述位置标识是定位所述接收机在所述通信空间内位置的依据；
34.所述接收机，用于监测所述通信空间内的可见光通信信息；若未监测到所述可见光通信信息或者所监测到的所述可见光通信信息非有效的，调取通过预先监测到的有效的
可见光通信信息所获得的、连续时间下的多个led灯的位置标识；基于所述多个led灯的位置标识预测所述接收机在所述通信空间内所经过的目标led灯的位置标识；输出响应通信信息，所述响应通信信息中包含所述接收机的设备标识和所述目标led灯的位置标识；
35.所述目标led灯，用于基于所述响应通信信息中的位置标识，将所述响应通信信息中的设备标识上传至后台服务器，以使所述后台服务器定位所述接收机的位置。
36.相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：
37.本发明提供一种可见光室内定位方法、装置、系统及相关产品，接收机运行过程中，一旦经过光照条件不好、或者多led光交叠的区域，其对于光信号的监测就会受到严重干扰，此时要么监测不到可见光通信信息、要么监测到的可见光通信信息是无效信息而无法正确解码，在该场景下，接收机可以调取预先正确解码所获得的、连续时间下的多个led灯的位置标识，进而通过轨迹预测的方式来预测接收机当前经过的目标led灯的位置标识，由此，基于该目标led灯的位置标识即可预测该接收机的位置。基于本发明，能够解决移动物体在移动过程中通过可见光通信系统中通信盲区和干扰区的问题，提高定位精度。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
39.图1为可见光通信系统的系统框图；
40.图2为本发明实施例提供的可见光室内定位方法的方法流程图；
41.图3为本发明实施例提供的可见光室内定位方法的另一方法流程图；
42.图4为本发明实施例提供的可见光室内定位装置的结构示意图。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
45.为方便了解本申请，以下首先对可见光通信系统进行说明：
46.参见图1所示的系统框图。一个通信空间内设置有多个led灯，不同led灯发出的光信号，即可见光通信信息中均加载有与其位置相关的标识信息(即本发明中的位置标识)。本质上，led灯是通过调节其灯光的亮灭来实现位置标识的加载，因为动物眼睛具有视觉停留现象，当led灯的亮灭变化的频率高于一个门限值后，动物眼睛是感知不到led灯光的闪烁，该门限值即led灯加载信号的最低频率。由此，本发明中，led灯的信号调制频率必须大于该最低频率。
47.led灯与接收机间采用开关控制(ook，on
‑
off
‑
keying)调制方式，通过明暗闪烁发
送可见光通信信息。举例来说，led灯发出的可见光通信信息中包含(010110)，即灯亮为1、灯灭为0，这可以用来表示该led灯的位置标识。在本发明中，所有led灯采用同一信号调制频率，接收机对可见光通信信息进行监测接收，接收机中的逻辑单元对可见光通信信息进行高倍采样，解调出其中加载的led灯的位置标识。
48.pd和cmos作为接收机上重要的感光器件，可以用来检测led灯发出的可见光通信信息。当接收机解调出某个led灯的位置标识后，即可认为该接收机位于该led灯的位置处，再将该位置发送到位置导航地图上，从而实现对接收机的定位功能。
49.继续参见图1，每个led灯都具有自身相对独立的照明区域，每个独立的照明区域即为一个位置标识，当然该位置标识可能唯一对应一个位置坐标。接收机通过解析接收到的led灯的位置标识，即能够对应出其当前所在的位置。
50.而在接收机运行过程中，会经过led灯的光源交叠处，即图1中的干扰区。在该干扰区内，一个led灭之后，其他led灯还可能处于亮的状态，这样接收机上的感光器件无法获得准确的状态信号，由此接收机对可见光通信信息的监测就会受到严重干扰，可能不能正确解码出其中加载的位置标识。另外，在一些光照条件不好的边角区域，也容易监测不到可见光通信信息。
51.由此，本发明在接收机的信号处理逻辑单元中，对其定位处理算法加入轨迹预测的算法，以此来进行通信盲区和干扰区的定位。
52.需要说明的是，led灯中安装有智能处理器(单片机或者arm)，每个led灯都有一个4byte长度的位置标识，该位置标识在智能处理器中存储。
53.还需要说明的是，接收机是对led灯的可见光通信信息进行接收和解调分析的装置，移动物体只有佩戴有接收机才进行位置信号的采集和分析。
54.本发明实施例提供一种可见光室内定位方法，该方法应用于接收机，该方法的方法流程图如图1所示，包括如下步骤：
55.s10，监测通信空间内的可见光通信信息，可见光通信信息中包含led灯的位置标识，位置标识是定位接收机在通信空间内位置的依据。
56.本发明实施例中，接收机可以通过其安装的感光器件来监测led灯所发出的可见光通信信息。另外，led灯在发出可见光通信信息之前，也将表征其位置的位置标识加载至该可见光通信信息中。
57.s20，若未监测到可见光通信信息或者所监测到的可见光通信信息非有效的，调取通过预先监测到的有效的可见光通信信息所获得的、连续时间下的多个led灯的位置标识。
58.本发明实施例中，如果未监测到任何可见光通信信息，则可以确认其处于光照条件不好的区域；而如果能够接收到可见光通信信息、但该可见光通信信息无法正确解码，则可以确认其处于多led光交叠的区域，即干扰区域内。
59.此时，接收机可以调取其之前监测到的、能够正确解码可见光通信信息所获得的多个位置标识，当然多个位置标识能够按照监测到其可见光通信信息的时间进行排序，从而获得连续时间内的位置标识。当然，所调取的多个位置标识为距离当前时间最近的位置标识。
60.具体实现过程中，为防止突发情况导致可见光通信信号丢失、但很快回复的情况，本发明实施例中，还可以统计未监测到可见光通信信息或者所监测到的可见光通信信息非
有效的持续时长，统计时长大于对应的阈值时，再调取多个led灯的位置标识。当然，该时长的阈值可以根据经验所设置。
61.s30，基于多个led灯的位置标识预测接收机在通信空间内所经过的目标led灯的位置标识。
62.在本发明实施例中，基于所调取的多个led灯的位置标识，能够获得接收机在各led灯下的位置，进而获得接收机在距离当前的一段连续时间内的运动轨迹。该运动轨迹具有方向性，能够指示当前时刻下接收机所经过的led灯，即目标led灯。从而能够基于已知的通信空间内不同led灯的位置标识获得该目标led灯的位置标识。
63.具体实现过程中，步骤s30“基于多个led灯的位置标识预测接收机在通信空间内所经过的目标led灯的位置标识”可以采用如下步骤，方法流程图如图3所示：
64.s301，获取通信空间内的led灯排列信息，led灯排列信息中包含通信空间内不同空间点处的led灯的位置标识。
65.本发明实施例中，对于通信空间，其在设置led灯后即可产生相应的led灯排列信息，包括但不局限于各led灯的位置标识，还可以包含led灯的密度、排列类型(单向或非单向)，图1所示的led灯的排列类型即为单向。
66.s302，通过匹配多个led灯的位置标识、以及led灯排列信息中的位置标识，预测目标led灯的位置标识。
67.本发明实施例中，通过匹配与位置标识，能够将所调取的多个led灯映射到通信空间内，从而在产生接收机的运动轨迹，以此来预测当前所经过的目标led灯。
68.继续参见图1，在已知以接收机刚刚进入通信空间的情况下，假设接收机一直在能接收到灯1位置标识的区域内运动，接收机逻辑单元记录下接收机运行的第一个位置标识。接收机一直在运动的过程中，当在行进过程中第一次解码不到有效的灯1位置标识的时间超过阈值后，则说明接收机运动到了两灯间的干扰区，此时认为接收机离开灯1的找照明区域，运动到灯2的照明区域。
69.接收机将当前位置进行更新，并记录相关的运动轨迹。当接收机再次接收不到有效的位置标识的时间超过阈值后，查看该运动轨迹，正常情况下，物体的运行行为具有可预测性。继续参见图1，接收机的运动行为理论上只存在从灯1向灯4行进或者从灯4向灯1行进。如果接收机的运动轨迹中包含灯1
→
灯2，则接收机再次进入干扰区时，其运动到灯3的通信区域为大概率事件，因此认为接收机当前的位置为在灯3的照明区域。
70.需要说明的是，图1中的led灯属于单向排列，接收机在该通信空间内需要调取至少两个位置标识才能预测其运动方向，是从灯1向灯4、还是从灯4向灯1。当然，如果借助其他信息，比如在接收机进入该通信空间之前就已知了运动方向，比如接收机刚刚进入通信空间并已经正确解码灯1的位置标识，此时仅根据灯1的位置标识即可完成预测。
71.在此基础上，本发明实施例还给出非单向排列的led灯的预测方案，具体如下：
72.若通信空间内的led灯不属于单向排列，则监测通信空间内的光强；根据多个led灯的位置标识与led灯排列信息中的位置标识的匹配结果、以及光强，预测目标led灯的位置标识。
73.本发明实施例中，通信空间内led灯非单向排列时，一个led灯所相邻的led灯可能为多个，此时，基于所调取的多个led灯的位置标识获得运动轨迹后，如果仅考虑运动方向，
则无法准确预测接收机的实际位置。此时，本发明考虑通信空间内的光强，光强能够表示光源给定方向上单位立体角内光通量，对于一个通信空间内，不用位置处的光强大概率也是不同的，因此，本发明实施例考虑接收机此时监测到的光强来精确定位其位置，进而符合运动轨迹、且相应位置处的光强与所监测到的光强最接近的一个led灯作为目标led灯。比如，基于运动轨迹初步确定两个led灯作为候选，进而从候选的两个led灯中选择光强与所监测到的光强相差最小的一个led灯作为目标led灯。
74.在其他一些实施例中，为了有效记录正确解码可见光通信信息所获得的、连续时间下多个led灯的位置标识，本发明在监测可见光通信信息之前，即初始化一个逻辑队列，逻辑队列用于记录距离当前一段时间内正确解码所获得的led灯的位置标识、并且连续监测到的同一位置标识记录一次。当然，在逻辑队列中的各位置标识可以按照时间次序进行排序。
75.相应的，在调取通过预先监测到的有效的可见光通信信息所获得的、连续时间下的多个led灯的位置标识的过程中，即可直接从该逻辑队列中调取其做所记录的多个led灯的位置标识。并且，在预测结束后，将目标led灯的位置标识记录至逻辑队列中。
76.在此基础上，若所监测到的可见光通信信息为有效的，则可以进一步对比所监测到的可见光通信信息中的位置标识、以及逻辑队列中记录时间最晚(即距离当前时间最近)的位置标识；若对比结果为不同，则将可见光通信信息中的位置标识记录至逻辑队列中。反之，若对比结果为相同，则不执行任何操作。
77.本发明实施例提供的可见光室内定位方法，接收机运行过程中，一旦经过光照条件不好、或者多led光交叠的区域，其对于光信号的监测就会受到严重干扰，此时要么监测不到可见光通信信息、要么监测到的可见光通信信息是无效信息而无法正确解码，在该场景下，接收机可以调取预先正确解码所获得的、连续时间下的多个led灯的位置标识，进而通过轨迹预测的方式来预测接收机当前经过的目标led灯的位置标识，由此，基于该目标led灯的位置标识即可预测该接收机的位置。基于本发明，能够解决移动物体在移动过程中通过可见光通信系统中通信盲区和干扰区的问题，提高定位精度。
78.基于上述实施例提供的可见光室内定位方法，本发明实施例则对应提供执行上述可见光室内定位方法的装置，该装置的结构示意图如图4所示，包括：
79.信息监测模块10，用于监测通信空间内的可见光通信信息，可见光通信信息中包含led灯的位置标识，位置标识是定位接收机在通信空间内位置的依据；
80.位置定位模块20，用于若未监测到可见光通信信息或者所监测到的可见光通信信息非有效的，调取通过预先监测到的有效的可见光通信信息所获得的、连续时间下的多个led灯的位置标识；基于多个led灯的位置标识预测接收机在通信空间内所经过的目标led灯的位置标识。
81.可选的，位置定位模块20调取通过预先监测到的有效的可见光通信信息所获得的、连续时间下的多个led灯的位置标识的过程，包括：
82.统计持续时长，并在持续时长大于对应的阈值时，调取多个led灯的位置标识。
83.可选的，位置定位模块20基于多个led灯的位置标识预测接收机在通信空间内所经过的目标led灯的位置标识的过程，包括：
84.获取通信空间内的led灯排列信息，led灯排列信息中包含通信空间内不同空间点
处的led灯的位置标识；通过匹配多个led灯的位置标识、以及led灯排列信息中的位置标识，预测目标led灯的位置标识。
85.可选的，位置定位模块20通过匹配多个led灯的位置标识、以及led灯排列信息中的位置标识，预测目标led灯的位置标识的过程，包括：
86.若通信空间内的led灯不属于单向排列，则监测通信空间内的光强；根据多个led灯的位置标识与led灯排列信息中的位置标识的匹配结果、以及光强，预测目标led灯的位置标识。
87.可选的，上述装置该包括：
88.队列建立模块，用于初始化逻辑队列，逻辑队列用于记录所监测到的led灯的位置标识、且连续监测到的同一位置标识记录一次；
89.相应的，位置定位模块20调取通过预先监测到的有效的可见光通信信息所获得的、连续时间下的多个led灯的位置标识的过程，包括：
90.调取逻辑队列中所记录的多个led灯的位置标识；
91.相应的，位置定位模块20还用于将目标led灯的位置标识记录至逻辑队列中。
92.可选的，位置定位模块20，还用于：
93.若所监测到的可见光通信信息为有效的，则对比所监测到的可见光通信信息中的位置标识、以及逻辑队列中记录时间最晚的位置标识；若对比结果为不同，则将可见光通信信息中的位置标识记录至逻辑队列中。
94.本发明实施例提供的可见光室内定位装置，接收机运行过程中，一旦经过光照条件不好、或者多led光交叠的区域，其对于光信号的监测就会受到严重干扰，此时要么监测不到可见光通信信息、要么监测到的可见光通信信息是无效信息而无法正确解码，在该场景下，接收机可以调取预先正确解码所获得的、连续时间下的多个led灯的位置标识，进而通过轨迹预测的方式来预测接收机当前经过的目标led灯的位置标识，由此，基于该目标led灯的位置标识即可预测该接收机的位置。基于本发明，能够解决移动物体在移动过程中通过可见光通信系统中通信盲区和干扰区的问题，提高定位精度。
95.基于上述实施例提供的可见光室内定位方法，本发明实施例还提供一种接收机，接收机包括：至少一个存储器和至少一个处理器；存储器存储有程序，处理器调用存储器存储的程序，程序用于实现实施例所述的可见光室内定位方法。
96.基于上述实施例提供的可见光室内定位方法，本发明实施例还提供一种存储介质，存储介质中存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于执行实施例所述的可见光室内定位方法。
97.基于上述实施例提供的可见光室内定位方法，本发明实施例还提供一种可见光室内定位系统，该系统包括：设置于通信空间内的多个led灯和接收机；
98.每个led灯，用于输出其对应的可见光通信信息，所述可见光通信信息中包含所属led灯的位置标识，所述位置标识是定位所述接收机在所述通信空间内位置的依据；
99.所述接收机，用于监测所述通信空间内的可见光通信信息；若未监测到所述可见光通信信息或者所监测到的所述可见光通信信息非有效的，调取通过预先监测到的有效的可见光通信信息所获得的、连续时间下的多个led灯的位置标识；基于所述多个led灯的位置标识预测所述接收机在所述通信空间内所经过的目标led灯的位置标识；输出响应通信
信息，所述响应通信信息中包含所述接收机的设备标识和所述目标led灯的位置标识；
100.所述目标led灯，用于基于所述响应通信信息中的位置标识，将所述响应通信信息中的设备标识上传至后台服务器，以使所述后台服务器定位所述接收机的位置。
101.需要说明的是，该可见光室内定位系统中led灯和接收机的具体实现细节可以参见上述方法实施例公开部分，在此不再赘述。
102.以上对本发明所提供的一种可见光室内定位方法、装置、系统及相关产品进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
103.需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
104.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
105.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。