一种基于对称基站的三维无线定位系统的制作方法

本实用新型涉及一种基于对称基站的三维无线定位系统，属于无线定位技术领域。

背景技术：

在规则封闭的空间中进行工作时，例如在没有楼板间隔却需要在不同高度(如高炉、冷却塔)的工厂中进行工作时，由于人员分布不均匀，且作业位置较高，为保障工人安全，且便于工厂进行人员管控，对工作人员的实时位置进行监控是一项非常重要的工作。但是现有的定位系统只能在平面中进行定位，无法实现对不同高度的人员进行定位，而且现有的定位技术易受环境影响，定位误差大，很难得到实际应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种基于对称基站的三维无线定位系统，它可以有效解决现有技术中存在的问题，实现三维空间中对位于不同高度的人员的精确定位。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：一种基于对称基站的三维无线定位系统，包括：位于不同高度的工作人员佩戴的标签和在三维空间中对称布设的基站，所述的标签具有唯一的ID，标签与各个基站无线连接。

优选的，所述的基站包括A型、B型、C型3种类型的基站；其中，对称布设的A型基站的x坐标和y坐标相同，z坐标不同；对称布设的B型基站的y坐标和z坐标相同，x坐标不同；对称布设的C型基站的x坐标和z坐标相同，y坐标不同。其中，对称布设的A型基站，可以测得标签的z坐标，对称布设的B型基站，可以测得标签的x坐标，对称布设的C型基站可以测得标签的y坐标，三种基站互不干扰，且通过采用对称布设的方式，从而可以有效降低因气温、湿度等环境因素所带来的影响，提高定位的精度。

更优选的，所述的A型、B型、C型3种类型的基站分别包括3组，从而可以同时满足低成本及高精度的定位需求；而当每种类型的基站布设大于3组时，成本较高，低于3组时，定位误差又较大。

本实用新型所述的基于对称基站的三维无线定位系统中，还包括：上位机；所述的标签包括A蓝牙模块，所述的基站包括B蓝牙模块和WIFI模块；所述的A蓝牙模块和B蓝牙模块无线连接，WIFI模块与上位机无线连接。通过采用蓝牙的方式进行通信，无需组网建立链接，而且精度高，成本低；通过利用上位机，从而方便进行统一定位和显示，通过采用蓝牙的方式，无需组网建立链接，而且精度高，成本低。

与现有技术相比，本实用新型通过在三维空间中的三维坐标上对称布设基站，并使得位于不同高度的工作人员均佩戴一个标签，从而可以定位获得各个工作人员的位置，简单方便，实现了三维空间中对位于不同高度的人员的精确定位。另外，由于本实用新型中布设的是对称的基站组，(由于对称基站的特殊性，都会产生一个两边等比例的误差)，因而可以减小由于某些环境因素(如湿度等)所带来的误差，降低了共性的干扰，提高了定位的精确度，且定位方法简单易实施。此外，本实用新型中采用蓝牙的方式来获取标签与基站之间的距离，标签与基站之间不需要建立链接，而且节点容量不受蓝牙协议限制且反应速度快；本实用新型可以在无阻隔物的分层空间定位，能够满足规则密闭空间中没有楼板间隔却需要不同高度(如工厂中的高炉、冷却塔)的操作空间的定位需求。

附图说明

图1是A型基站(x、y坐标相同)、B型基站(z、y坐标相同)、C型基站(x、z坐标相同)的示意图；

图2是B型基站的布设示意图；

图3是C型基站的布设示意图；

图4是A型基站的布设示意图；

图5是布设3组B型基站的示意图；

图6是本实用新型的系统结构连接示意图。

附图标记：1-标签，2-基站，3-上位机，4-A蓝牙模块，5-B蓝牙模块，6-WIFI模块。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

具体实施方式

本实用新型的实施例1：一种基于对称基站的三维无线定位系统，如图6所示，包括：位于不同高度的工作人员佩戴的标签1和在三维空间中对称布设的基站2，所述的标签1具有唯一的ID，标签1与各个基站2无线连接。

所述的基站2包括A型、B型、C型3种类型的基站；其中，对称布设的A型基站的x坐标和y坐标相同，z坐标不同；对称布设的B型基站的y坐标和z坐标相同，x坐标不同；对称布设的C型基站的x坐标和z坐标相同，y坐标不同。

所述的A型、B型、C型3种类型的基站分别包括3组。

还包括：上位机3；所述的标签1包括A蓝牙模块4，所述的基站2包括B蓝牙模块5和WIFI模块6；所述的A蓝牙模块4和B蓝牙模块5无线连接，WIFI模块6与上位机3无线连接。

实施例2：一种基于对称基站的三维无线定位系统，包括：位于不同高度的工作人员佩戴的标签1和在三维空间中对称布设的基站2，所述的标签1具有唯一的ID，标签1与各个基站2无线连接。

所述的标签1和基站2中均设有uwb模块。

实施例3：一种基于对称基站的三维无线定位系统，包括：位于不同高度的工作人员佩戴的标签1和在三维空间中对称布设的基站2，所述的标签1具有唯一的ID，标签1与各个基站2无线连接。

所述的基站2包括A型、B型、C型3种类型的基站；其中，对称布设的A型基站的x坐标和y坐标相同，z坐标不同；对称布设的B型基站的y坐标和z坐标相同，x坐标不同；对称布设的C型基站的x坐标和z坐标相同，y坐标不同。

实施例4：一种基于对称基站的三维无线定位系统，包括：位于不同高度的工作人员佩戴的标签1和在三维空间中对称布设的基站2，所述的标签1具有唯一的ID，标签1与各个基站2无线连接。

还包括：上位机3；所述的标签1包括A蓝牙模块4，所述的基站2包括B蓝牙模块5和WIFI模块6；所述的A蓝牙模块4和B蓝牙模块5无线连接，WIFI模块6与上位机3无线连接。

具体实施时，为保证wifi信号的覆盖范围，可以在工作人员所处的三维空间中多放置几个wifi基站。

本实用新型的一种实施例的工作原理：

以简易长方体工厂为例，在该长方体工厂中建立三维坐标系；其中，建立三维坐标系时可以以三维空间的某个顶点为原点，以空间的3条相互垂直的棱作为XYZ轴，如图1所示，也可以选择任意的原点和XYZ轴。在所述的三维坐标系中分别对称布设A型(两个A型基站以二者z坐标的中点所在的平面(该平面与xy平面平行)为基准对称)、B型(两个B型基站以二者x坐标的中点所在的平面(该平面与yz平面平行)为基准对称)、C型(两个C型基站以二者y坐标的中点所在的平面(该平面与xz平面平行)为基准对称)3种类型的基站；其中，对称布设的A型基站的x坐标和y坐标相同，z坐标不同；对称布设的B型基站的y坐标和z坐标相同，x坐标不同；对称布设的C型基站的x坐标和z坐标相同，y坐标不同。

当工作人员在工厂工作时，其所携带的标签1以比如0.2s的频率不断向附近的基站2发射信号，A、B、C三种类型的基站2检测到进入其检测区域内的蓝牙信号的强弱，即RSSI值，然后通过WIFI模块6将信号传送至上位机3，上位机3通过现有算法将RSSI值转换为对应的标签与各个基站之间的距离，然后通过利用对称布设的各个基站本身的坐标以及基站与标签之间的距离，定位获得携带该标签的工作人员的三维坐标。

具体的说，比如计算标签的横坐标时，如图2所示，根据布设的B型基站本身的坐标，以及获得B型基站与标签之间的距离，可得：

标签的X坐标为：X＝[M²1-M2²+(X1²-X2²)]/2*(X1-X2)；

其中，M1、M2为标签分别与两个对称设置的B型基站之间的距离，X1、X2分别为两个对称设置的B型基站的已知的横坐标；

图2中，

——蓝牙标签；

——B型基站；

A、B、C——工厂已知长宽高；

YB1、ZB1分别为两个对称设置的B型基站的已知的纵坐标和竖坐标。

同理，根据图3中所述的C型基站的布设示意图，可以求得：

标签的Y坐标为：Y＝[P²1-P2²+(Y1²-Y2²)]/2*(Y1-Y2)；

其中，P1、P2为标签分别与两个对称设置的C型基站之间的距离，Y1、Y2分别为两个对称设置的C型基站的纵坐标；

根据图4中所述的A型基站的布设示意图，可以求得：

标签的Z坐标为：Z＝[N²1-N2²+(Z1²-Z2²)]/2*(Z1-Z2)；

其中，N1、N2为标签分别与两个对称设置的A型基站之间的距离，Z1、Z2分别为两个对称设置的A型基站的竖坐标。

通过以上方法，从而确定了标签的位置。

为了提高精确度，每种类型的基站可以设置3组，以B型基站为例，如图5所示，标签相对于每一组基站都会有一个测出的横坐标值，三组横坐标的平均值即为标签的最终横坐标，其余纵竖坐标同理也可求出其较为精确的值。