CN108303678B - 一种基于室内精确定位的交互系统和交互方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于室内精确定位的交互系统和交互方法。至少三个超声波信号发射单元,分别布置在室内各自固定位置处,分别用于发送超声波定位信号,所述至少三个超声波信号发射单元不在同一条直线上,也不在同一个圆周上;位于室内的第一智能终端,用于从所述至少三个超声波信号发射单元分别接收超声波定位信号,计算与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离,并基于与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离确定所述第一智能终端的室内坐标,将所述第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息发送到云端;第二智能终端,用于从云端获取所述第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息。
Description
技术领域
本发明实施方式涉及定位技术领域,更具体地,涉及一种基于室内精确定位的交互系统和交互方法。
背景技术
随着移动网络技术的迅速发展以及智能终端的日益普及,基于地理位置的社交服务越来越受到人们关注。目前,很多网络公司均推出基于地理位置的社交服务。相对于传统的互联网社交模式,基于位置的社交服务具有更加精准的社交服务功能,更加强烈的用户吸引效果,目前已经成为业内的热点。
传统移动社交综合移动网络、手机终端和社交网络服务的优势和特点,彼此互为有益补充。用户信息的可靠性成为社交网络的基础。社交网络与其他网上社区、网上交友等方式不同的是,其基本上是基于客户真实信息建立的人际网络,较为贴近实名制。
目前,基于位置定位的社交软件基本都是采用wifi,蓝牙等进行定位。然而,不管wifi还是蓝牙,精度都不足以定位人的位置信息。
发明内容
有鉴于此,本发明实施方式提出一种基于室内精确定位的交互系统和交互方法。
本发明实施方式的技术方案如下:
一种基于室内精确定位的交互系统,包括:
至少三个超声波信号发射单元,分别布置在室内各自固定位置处,分别用于发送超声波定位信号,所述至少三个超声波信号发射单元不在同一条直线上,也不在同一个圆周上;
位于室内的第一智能终端,用于从所述至少三个超声波信号发射单元分别接收超声波定位信号,计算与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离,并基于与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离确定所述第一智能终端的室内坐标,将所述第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息发送到云端;
第二智能终端,用于从云端获取所述第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息。
在一个实施方式中,所述超声波信号发射单元为三个,所述超声波信号发射单元之间时间同步且所述第一智能终端与所述超声波信号发射单元时间同步;
第一智能终端,用于基于下列公式计算所述第一智能终端的室内坐标(x、y、z):
[(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2=d1;
[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2=d2;
[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2=d3;
其中:
(x、y、z)为第一智能终端的室内坐标;(x1、y1、z1)为第一个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x2、y2、z2)为第二个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x3、y3、z3)为第三个超声波信号发射单元在室内的坐标;d1为第一智能终端与第一个超声波信号发射单元的计算距离;d2为第一智能终端与第二个超声波信号发射单元的计算距离;d3为第一智能终端与第三个超声波信号发射单元的计算距离。
在一个实施方式中,所述超声波信号发射单元为四个,所述超声波信号发射单元之间时间同步且所述第一智能终端与所述超声波信号发射单元不时间同步;
第一智能终端,用于基于下列公式计算室内坐标(x、y、z)及r0:
[(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2+r0=d1;
[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2+r0=d2;
[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2+r0=d3;
[(x4-x)2+(y4-y)2+(z4-z)2]1/2+r0=d4;
其中:
(x、y、z)为第一智能终端的室内坐标;(x1、y1、z1)为第一个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x2、y2、z2)为第二个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x3、y3、z3)为第三个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x4、y4、z4)为第四个超声波信号发射单元在室内的坐标;d1为第一智能终端与第一个超声波信号发射单元的计算距离;d2为第一智能终端与第二个超声波信号发射单元的计算距离;d3为第一智能终端与第三个超声波信号发射单元的计算距离;d4为第一智能终端与第四个超声波信号发射单元的计算距离;r0为第一智能终端与所述超声波信号发射单元不时间同步所导致的距离误差。
在一个实施方式中,所述至少三个超声波信号发射单元中包含一个主设备,所述主设备还用于发送包含室内地图标识的超声波信号;
第一智能终端,还用于接收包含室内地图标识的超声波信号,将所述室内地图标识发送到云端;
第二智能终端,还用于从云端获取对应于所述室内地图标识的室内地图,并将所述第一智能终端的室内坐标映射到所述室内地图上。
在一个实施方式中,所述第一智能终端的属性信息为所述第一智能终端的用户电子名片资料或所述第一智能终端的展品信息。
在一个实施方式中,所述第二智能终端,用于基于所述第一智能终端的电子名片资料与所述第一智能终端建立无线通信链接,并基于所述无线通信链接向所述第一智能终端发送社交信息。
在一个实施方式中,所述第二智能终端位于所述室内,从所述至少三个超声波信号发射单元分别接收超声波定位信号,计算与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离,并基于与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离确定所述第二智能终端的室内坐标,将所述第二智能终端的室内坐标映射到所述室内地图上,并基于所述第一智能终端的室内坐标和所述第二智能终端的室内坐标计算与所述第一智能终端的见面路径,并在所述室内地图上展示所述见面路径。
一种基于室内精确定位的交互方法,包括:
分别布置在室内各自固定位置处的至少三个超声波信号发射单元分别发送超声波定位信号,所述至少三个超声波信号发射单元不在同一条直线上,也不在同一个圆周上;
位于室内的第一智能终端从所述至少三个超声波信号发射单元分别接收超声波定位信号,计算与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离,并基于与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离确定所述第一智能终端的室内坐标,将所述第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息发送到云端;
第二智能终端从云端获取所述第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息。
在一个实施方式中,所述超声波信号发射单元为三个,所述超声波信号发射单元之间时间同步且所述第一智能终端与所述超声波信号发射单元时间同步;第一智能终端基于下列公式计算所述第一智能终端的室内坐标(x、y、z):
[(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2=d1;
[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2=d2;
[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2=d3;
其中:(x、y、z)为第一智能终端的室内坐标;(x1、y1、z1)为第一个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x2、y2、z2)为第二个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x3、y3、z3)为第三个超声波信号发射单元在室内的坐标;d1为第一智能终端与第一个超声波信号发射单元的计算距离;d2为第一智能终端与第二个超声波信号发射单元的计算距离;d3为第一智能终端与第三个超声波信号发射单元的计算距离;
或
所述超声波信号发射单元为四个,所述超声波信号发射单元之间时间同步且所述第一智能终端与所述超声波信号发射单元不时间同步;第一智能终端基于下列公式计算室内坐标(x、y、z)及r0:
[(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2+r0=d1;
[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2+r0=d2;
[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2+r0=d3;
[(x4-x)2+(y4-y)2+(z4-z)2]1/2+r0=d4;
其中:(x、y、z)为第一智能终端的室内坐标;(x1、y1、z1)为第一个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x2、y2、z2)为第二个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x3、y3、z3)为第三个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x4、y4、z4)为第四个超声波信号发射单元在室内的坐标;d1为第一智能终端与第一个超声波信号发射单元的计算距离;d2为第一智能终端与第二个超声波信号发射单元的计算距离;d3为第一智能终端与第三个超声波信号发射单元的计算距离;d4为第一智能终端与第四个超声波信号发射单元的计算距离;r0为第一智能终端与所述超声波信号发射单元不时间同步所导致的距离误差。
在一个实施方式中,所述至少三个超声波信号发射单元中包含一个主设备,所述主设备还发送包含室内地图标识的超声波信号;
第一智能终端还接收包含室内地图标识的超声波信号,将所述室内地图标识发送到云端;
第二智能终端还从云端获取对应于所述室内地图标识的室内地图,并将所述第一智能终端的室内坐标映射到所述室内地图上;
第二智能终端还从所述至少三个超声波信号发射单元分别接收超声波定位信号,计算与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离,并基于与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离确定所述第二智能终端的室内坐标,将所述第二智能终端的室内坐标映射到所述室内地图上,并基于所述第一智能终端的室内坐标和所述第二智能终端的室内坐标计算与所述第一智能终端的见面路径,并在所述室内地图上展示所述见面路径。
从上述技术方案可以看出,至少三个超声波信号发射单元,分别布置在室内各自固定位置处,分别用于发送超声波定位信号,所述至少三个超声波信号发射单元不在同一条直线上,也不在同一个圆周上;位于室内的第一智能终端,用于从所述至少三个超声波信号发射单元分别接收超声波定位信号,计算与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离,并基于与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离确定所述第一智能终端的室内坐标,将所述第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息发送到云端;第二智能终端,用于从云端获取第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息。本发明将室内精准定位系统应用到环境社交,基于精确位置服务构建社交网络,利用室内定位系统有效获取和利用智能终端的精确位置信息,实现某个可测范围内人与人、人与物交流,为用户提供一种基于地理位置的方便社交方式。
而且,本发明实施方式还提出了免时钟同步的定位方法,提高了使用便利性。另外,本发明实施方式可以将室内坐标映射到室内地图上,从而便于用户执行便利交互。
附图说明
图1为根据本发明基于室内精确定位的交互系统的结构图;
图2为根据本发明基于室内精确定位的交互系统的第一应用图;
图3为根据本发明基于室内精确定位的交互系统的第二应用图;
图4为根据本发明实施方式定位算法示意图;
图5为根据本发明实施方式的超声波测距的结构示意图;
图6为根据本发明实施方式基于室内精确定位的交互方法流程图;
图7为根据本发明实施方式基于室内精确定位的用户社交方法流程图。
图8为根据本发明实施方式基于室内精确定位的人物交流方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
为了描述上的简洁和直观,下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显,本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案,一些实施方式没有进行细致地描述,而是仅给出了框架。下文中,“包括”是指“包括但不限于”,“根据……”是指“至少根据……,但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯,下文中没有特别指出一个成分的数量时,意味着该成分可以是一个也可以是多个,或可理解为至少一个。
图1为根据本发明基于室内精确定位的交互系统的结构图。
在图1中,该系统包括定位装置。定位装置包括至少三个超声波信号发射单元。至少三个超声波信号发射单元分别布置在室内各自固定位置处,分别用于发送超声波定位信号,至少三个超声波信号发射单元不在同一条直线上,也不在同一个圆周上。
该系统还包括位于室内的第一智能终端,用于从定位装置(至少三个超声波信号发射单元)分别接收超声波定位信号,计算与至少三个超声波信号发射单元的各自距离,并基于与至少三个超声波信号发射单元的各自距离确定第一智能终端的室内坐标,将第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息发送到云端。
其中,第一智能终端的属性信息可以包括:第一智能终端的用户电子名片资料或第一智能终端的展品信息。比如,第一智能终端的用户电子名片资料可以是使用第一智能终端的用户昵称、年龄、性别、即时通讯帐号,等等。第一智能终端的展品信息可以是第一智能终端的物品名称、生产日期、价格,等等。
该系统还包括第二智能终端。第二智能终端既可以位于第一智能终端的相同室内,也可以位于室外。第二智能终端通过蓝牙、Wifi等无线通信方式从云端获取第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息,从而可以进一步与第一智能终端实现基于精确位置的交互。
图2为根据本发明基于室内精确定位的交互系统的第一应用图。
在图2中,定位装置、第一智能终端和第二智能终端位于同一房间之内。第一智能终端基于与定位装置的超声波定位,向云端提供第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息。类似地,第二智能终端基于与定位装置的超声波定位,向云端提供第二智能终端的室内坐标和第二智能终端的属性信息。具体地,第二智能终端用于从定位装置(至少三个超声波信号发射单元)分别接收超声波定位信号,计算与至少三个超声波信号发射单元的各自距离,并基于与至少三个超声波信号发射单元的各自距离确定第二智能终端的室内坐标,将第二智能终端的室内坐标和第二智能终端的属性信息发送到云端。
第二智能终端通过蓝牙、Wifi等无线通信方式从云端获取第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息,而且第一智能终端通过蓝牙、Wifi等无线通信方式从云端获取第二智能终端的室内坐标和第二智能终端的属性信息。因此,第一智能终端和第二智能终端分别具有对方的室内坐标和属性信息。因此,第一智能终端和第二智能终端可以执行多种类型的人-人交互或人-物交互。
图3为根据本发明基于室内精确定位的交互系统的第二应用图。
在图3中,定位装置与第一智能终端位于同一房间之内,第二智能终端位于房间之外。第一智能终端基于与定位装置的超声波测距定位,向云端提供第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息。第二智能终端通过蓝牙、Wifi等无线通信方式从云端获取第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息。因此,第二智能终端具有第一智能终端的室内坐标和属性信息。第一智能终端和第二智能终端可以执行多种类型的人-人交互或人-物交互。
图4为根据本发明实施方式定位算法示意图。在这里,以任意一个智能终端为例,描述智能终端与超声波信号发射单元之间的定位过程。
在一个实施方式中,超声波信号发射单元为三个,超声波信号发射单元之间时间同步且智能终端与超声波信号发射单元时间同步;
智能终端,用于基于下列公式计算智能终端的室内坐标(x、y、z):
[(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2=d1;
[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2=d2;
[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2=d3;
其中:
(x、y、z)为智能终端的室内坐标;(x1、y1、z1)为第一个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x2、y2、z2)为第二个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x3、y3、z3)为第三个超声波信号发射单元在室内的坐标;d1为智能终端与第一个超声波信号发射单元的计算距离;d2为智能终端与第二个超声波信号发射单元的计算距离;d3为智能终端与第三个超声波信号发射单元的计算距离。
在这里,每个超声波信号发射单元发送的超声波定位信号分别包含自身的标识及超声波信号发射单元本地的发送时刻。智能终端基于智能终端本地接收超声波定位信号的接收时刻,以及超声波定位信号中包含的发送时刻计算与超声波信号发射单元的距离。
比如,超声波信号发射单元A发出的超声波定位信号包含超声波信号发射单元A的标识(即A)及超声波信号发射单元A本地的发送时刻t1。智能终端本地接收该超声波定位信号的接收时刻为t2。因此,智能终端计算出与超声波信号发射单元A之间的距离为d,而且d=C*(t2-t1),其中C为超声波的速度。
可见,在这种实施方式中,需要超声波信号发射单元之间时间同步且可穿戴设备与超声波信号发射单元时间同步,但是计算过程简单。
在一个实施方式中,超声波信号发射单元为四个,超声波信号发射单元之间时间同步且智能终端与超声波信号发射单元不时间同步;
智能终端,用于基于下列公式计算室内坐标(x、y、z)及r0:
[(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2+r0=d1;
[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2+r0=d2;
[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2+r0=d3;
[(x4-x)2+(y4-y)2+(z4-z)2]1/2+r0=d4;
其中:
(x、y、z)为智能终端的室内坐标;(x1、y1、z1)为第一个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x2、y2、z2)为第二个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x3、y3、z3)为第三个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x4、y4、z4)为第四个超声波信号发射单元在室内的坐标;d1为智能终端与第一个超声波信号发射单元的计算距离;d2为智能终端与第二个超声波信号发射单元的计算距离;d3为智能终端与第三个超声波信号发射单元的计算距离;d4为智能终端与第四个超声波信号发射单元的计算距离;r0为智能终端与超声波信号发射单元不时间同步所导致的距离误差。
在这里,每个超声波信号发射单元发送的超声波定位信号分别包含自身的标识及发送时刻。智能终端基于接收时刻和发送时刻计算与超声波信号发射单元的距离。
可见,在这种实施方式中,需要超声波信号发射单元之间时间同步且可穿戴设备可以与超声波信号发射单元不时间同步,因此适用情形更加广泛。
在一个实施方式中,在图1所示系统中,至少三个超声波信号发射单元中包含一个主设备,主设备还用于发送包含室内地图标识的超声波信号;第一智能终端,还用于将室内地图标识发送到云端;第二智能终端,还用于从云端获取对应于室内地图标识的室内地图,并将室内坐标映射到室内地图上。
在一个实施方式中,第二智能终端,用于基于第一智能终端的电子名片资料与第一智能终端建立无线通信链接,并基于无线通信链接向第一智能终端发送社交信息。比如,第二智能终端可以与第一智能终端相互聊天,或传送电子文档。具体地,无线通信链接可以包括:近场通讯、蓝牙、紫蜂、无线宽带、第二代移动通信、第三代移动通信、第四代移动通信或第五代移动通信,等等。在这里,第二智能终端与第一智能终端的聊天,可以基于第三方即时通讯软件,也可以是独立开发的即时通讯聊天软件。
在一个实施方式中,第二智能终端位于室内,从至少三个超声波信号发射单元分别接收超声波定位信号,计算与至少三个超声波信号发射单元的各自距离,并基于与至少三个超声波信号发射单元的各自距离确定第二智能终端的室内坐标,将第二智能终端的室内坐标映射到所述室内地图上,并基于第一智能终端的室内坐标和所述第二智能终端的室内坐标计算与所述第一智能终端的见面路径,并在室内地图上展示见面路径。因此,第二智能终端的用户可以直接走过去,与第一智能终端的用户面对面交流。
在一个实施方式中,第一智能终端和第二智能终端分别可以实施为智能手机、带有电话通讯功能的掌上电脑、平板电脑、个人数字助理器(PDA,Personal DigitalAssistant),等等。
本发明涉及一种室内精准定位方法,并基于该室内精准定位提出一种社交应用。在某室内社交范围,实现近距离人与人之间、人与物之间进行线上与线上的交流,也可以从线上转为线下进行面对面交流,实现陌生人面对面简单社交。本室内精准定位系统包括定位装置、云端数据库和智能终端。室内精准定位系统包括一套及以上的定位装置,每套定位装置包括处理器、存储器、信号放大器、信号接收器,以及至少3个信号发射单元。至少3个信号发射单元中,一个设为主发射单元,其他设为从发射单元。信号发射单元不在同一条直线上,也不在同一个圆周上。主发射单元以预设频率f0向智能终端发送设备ID信号;设备ID是该定位系统中主发射单元的一个编号是唯一确定的,它用于区别定位系统中其它定位装置。设备ID信号用于智能终端在接受到该信号后向云端下载与设备ID编号相匹配的环境地图。从发射单元和主发射单元以相同的预设频率f1发送定位信号,定位信号用于计算从发射单元和主发射单元分别到智能终端的距离。发射单元包括但不仅限于声波信号、电磁波信号、光信号。主发射单元发送的信号包含但不限于设备ID信号和定位信号。
云端数据库是系统管理员提前设置好的数据库,其中包含但不限于环境地图、固定设备坐标等系统信息,云端数据库根据定位装置的设备ID向智能终端发送地图信息,以及作为某社交环境中智能终端之间信息交流的媒介,向智能终端发送其他智能终端坐标和交流信息。智能终端为被定位设备,用于接收固定设备发送的信号,利用接收到的定位信号计算智能终端到各个固定设备之间的距离;并且向云端发送自己坐标信息、个人信息和交流信息。智能终端具有唯一的移动ID,用于标记不同的智能终端。
信号发射单元向智能终端发送信号,通过该信号测得信号发射单元与智能终端之间的距离,信号发射单元至少为三个,且信号发射单元的坐标信息已知,通过定位信号测距计算出各发射单元到智能移动终端的距离,利用三角定位原理可以计算出智能终端坐标。
定位算法如下:1、所述至少三个固定设备坐标:(xi,yi,zi)i=0,1,2,该坐标为已知;2、智能终端坐标:(x,y,z),该坐标为未知;3、所述至少三个固定设备中的每一个到智能终端之间的距离:Li i=0,1,2,Li可以通过定位信号测距得到,Li为已知。同时可以通过智能终端与各发射单元的坐标计算得到;4、r0源于固定设备与智能终端之间时钟不同步的误差,r0为未知数;5、伪距与物理距离的关系:
上述三个方程解出智能终端的具体位置信息(x,y,z)。一般的,当发射单元发送的信号为声波信号时,为了便于计算各发射单元到智能终端的距离,各发射单元时钟同步,所有智能终端与各发射单元之间时钟很难同步,设置一个参数r0作为智能终端与发射单元时钟查所产生的伪距,所以在本发明中,优选需要至少四个信号发射单元。此时,定位算法如下:
1、至少四个固定设备坐标:(xi,yi,zi),其中i=0,1,2,3,该坐标为已知;
2、智能终端坐标:(x,y,z),该坐标为未知;
3、至少四个固定设备中的每一个到智能终端之间的距离Li,i=0,1,2,3,可以通过定位信号测距得到,Li为已知。同时可以通过智能终端与各发射单元的坐标计算得到;
4、r0源于固定设备与智能终端之间时钟不同步的误差,r0为未知数;
上述四个方程解出(x,y,z)和r0,可以得到智能终端的具体位置信息(x,y,z)。
在上述描述中,在智能终端上计算与超声波信号发射单元之间的各自距离。实际上,也可以在超声波信号发射单元上分别计算与智能终端的距离,而且超声波信号发射单元将计算出的与智能终端的距离发送到智能终端,从而由智能终端基于该距离确定自身在室内的坐标。
图5为根据本发明实施方式的超声波测距的结构示意图。
如图5所示,该测距系统包括:
包含第一超声波发送器11、第一超声波接收器12和计算单元13的超声波信号发射单元1,超声波信号发射单元1保存有一个预设的时间值ΔT(比如,可以在计算单元13中保存该时间值ΔT);
包含第二超声波接收器21和第二超声波发送器22的智能终端2,智能终端2保存有该预设的时间值ΔT;其中:
第一超声波发送器11,用于发送第一超声波信号;第二超声波接收器21,用于接收该第一超声波信号;第二超声波发送器22,用于在第二超声波接收器21接收第一超声波信号的时刻起,再经过该时间值ΔT的时刻发送第二超声波信号;第一超声波接收器12,用于接收第二超声波信号;计算单元13,用于基于在超声波信号发射单元1记录的、第一超声波发送器11发送第一超声波信号的第一时刻,在超声波信号发射单元1记录的、第一超声波接收器12接收第二超声波信号的第二时刻,以及该时间值ΔT计算超声波信号发射单元1与智能终端2之间的距离。
第一超声波信号中可以携带超声波信号发射单元1的标识信息,第二超声波信号中可以携带可穿戴设备2的标识信息,从而可以区分第一超声波信号和第二超声波信号。
具体地,超声波信号发射单元1和智能终端2分别保存相同的时间值ΔT。超声波信号发射单元1基于本地时钟记录第一超声波发生器11发送第一超声波信号的时刻T1。第一超声波信号经过时间T由智能终端2的第二超声波接收器21接收。然后,智能终端2的第二超声波发送器22在第二超声波接收器21接收到第一超声波信号的时刻起,经过时间ΔT后再发送第二超声波信号。在超声波信号发射单元1和智能终端2之间,超声波在空气中传播经历的路径相同,因此第二超声波信号经过时间T由超声波信号发射单元1的第一超声波接收器12接收。超声波信号发射单元1基于本地时钟记录第一超声波接收器12接收第二超声波信号的时刻T2。那么,T+ΔT+T=(T2-T1);
因此,超声波在在超声波信号发射单元1和智能终端2之间的空气中传播的时间T为:T=(T2-T1-ΔT)/2;因此,超声波信号发射单元1与智能终端2之间的距离L为:L=C*T,其中C为超声波在空气中传播的速度,为常数。ΔT为预设值,其取值范围可以为1毫秒到50秒之间。
例如:超声波信号发射单元1发出测距超声波M,从发出测距超声波M到再次接收到智能终端2回复的超声波N的时间差为0.25s,即T2-T1为0.25s,已知智能终端2处理测距超声波M的预设时间ΔT为0.05s,则测距超声波M和回复超声波N在超声波信号发射单元1到智能终端2之间单程传播的时间为0.1s,超声波在空气中传播的速度为350m/s,则可以计算出超声波信号发射单元1与智能终端2之间的距离为350*0.1=35米。
在一个实施方式中,超声波信号发射单元1,还用于将计算单元13计算出的超声波信号发射单元1与智能终端2之间的距离发送到智能终端2。比如,超声波信号发射单元1可以经由第一超声波发送器11,将包含该距离的超声波信号发送到智能终端2的第二超声波接收器21。智能终端2通过解析该超声波信号,可以获知智能终端2与超声波信号发射单元1之间的距离。
在一个实施方式中,超声波信号发射单元1还包括报警单元14;计算单元13,还用于当超声波信号发射单元1与智能终端2之间的距离超过预先设定的门限值时,向报警单元14发送报警命令;报警单元14,用于根据报警命令发出报警信号。比如,报警信号可以为光报警、声音报警,振动报警,等等。
在一个实施方式中,智能终端2还包括报警单元23。报警单元23,用于当超声波信号发射单元1与智能终端2之间的距离超过预先设定的门限值时,发出报警信号。比如,报警信号可以为光报警、声音报警,振动报警,等等。
可见,本发明无需在超声波信号发射单元1和智能终端2之间发送同步时间即可实现超声波信号发射单元1和智能终端2之间的测距,因此本发明实施方式实现了免同步时钟的超声波测距。
超声波信号发射单元1的计算单元13计算出与智能终端之间的距离后,可以将该距离承载在超声波信号中发送到穿戴式设备,从而智能终端可以获取该距离。
基于图5所示结构,当超声波信号发射单元的数目为三个或三个以上时,超声波信号发射单元之间无需时间同步,而且超声波信号发射单元与智能终端之间也无需时间同步,即可实现针对智能终端的定位计算。
可以将图5所示的超声波发射单元和智能终端应用到图1所示结构。当将图5所示的超声波发射单元和智能终端应用到图1所示系统结构时,具体地:
基于室内精确定位的交互系统,包括:
至少三个超声波信号发射单元,分别布置在室内各自固定位置处,分别用于发送超声波定位信号,所述至少三个超声波信号发射单元不在同一条直线上,也不在同一个圆周上;至少三个超声波信号发射单元,分别计算与位于室内的第一智能终端的距离,并将各自计算出的距离承载在超声波通知信号中发送到第一智能终端;其中,每个超声波信号发射单元具有图5中超声波信号发射单元1的相同结构,而且第一智能终端具有图5中第一智能终端2的相同结构。超声波信号发射单元计算与可穿戴设备的距离的具体方式参照图5的描述;
第一智能终端,用于分别解析超声波通知信号以获取与至少三个超声波信号发射单元的各自距离,并基于与至少三个超声波信号发射单元的各自距离确定所述第一智能终端的室内坐标,将所述室内坐标发送到云端;
第二智能终端,用于从云端获取所述第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息。
可见,本发明实施方式还提出了一种彻底的免同步时钟的超声波定位方法,基本原理是三点定位方法。首先,布置三台(或更多)位置固定且均带有至少一个超声波发生器和至少一个超声波接收器的固定设备(即超声波信号发射单元)。被定位设备为可穿戴设备,被定位设备具有至少一个超声波发生器和至少一个超声波接收器。固定设备和智能终端,均有唯一ID。固定设备发送带有自身ID的超声波信号,智能终端接收来自固定设备的超声波信号,经过预定的时间后将该带有固定设备ID的超声波信号发射回去。根据上述免时钟同步的超声波测距方法,可以得到移动设备与固定设备的距离,同理可以测得智能终端与其他两台固定设备的距离。因此,固定设备之间无需时间同步,而且固定设备与智能终端之间也无需时间同步。
本发明实施方式还提出了一种室内精确定位的位置监控方法。
图6为根据本发明实施方式基于室内精确定位的交互方法流程图。
如图6所示,该方法包括:
步骤601:分别布置在室内各自固定位置处的至少三个超声波信号发射单元分别发送超声波定位信号,所述至少三个超声波信号发射单元不在同一条直线上,也不在同一个圆周上。
步骤602:位于室内的第一智能终端从所述至少三个超声波信号发射单元分别接收超声波定位信号,计算与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离,并基于与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离确定所述第一智能终端的室内坐标,将所述第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息发送到云端。
步骤603:第二智能终端从云端获取所述第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息。
在一个实施方式中,所述超声波信号发射单元为三个,所述超声波信号发射单元之间时间同步且所述第一智能终端与所述超声波信号发射单元时间同步;第一智能终端基于下列公式计算所述第一智能终端的室内坐标(x、y、z):
[(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2=d1;
[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2=d2;
[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2=d3;
其中:(x、y、z)为第一智能终端的室内坐标;(x1、y1、z1)为第一个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x2、y2、z2)为第二个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x3、y3、z3)为第三个超声波信号发射单元在室内的坐标;d1为第一智能终端与第一个超声波信号发射单元的计算距离;d2为第一智能终端与第二个超声波信号发射单元的计算距离;d3为第一智能终端与第三个超声波信号发射单元的计算距离;或,
超声波信号发射单元为四个,所述超声波信号发射单元之间时间同步且所述第一智能终端与所述超声波信号发射单元不时间同步;第一智能终端基于下列公式计算室内坐标(x、y、z)及r0:
[(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2+r0=d1;
[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2+r0=d2;
[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2+r0=d3;
[(x4-x)2+(y4-y)2+(z4-z)2]1/2+r0=d4;
其中:(x、y、z)为第一智能终端的室内坐标;(x1、y1、z1)为第一个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x2、y2、z2)为第二个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x3、y3、z3)为第三个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x4、y4、z4)为第四个超声波信号发射单元在室内的坐标;d1为第一智能终端与第一个超声波信号发射单元的计算距离;d2为第一智能终端与第二个超声波信号发射单元的计算距离;d3为第一智能终端与第三个超声波信号发射单元的计算距离;d4为第一智能终端与第四个超声波信号发射单元的计算距离;r0为第一智能终端与所述超声波信号发射单元不时间同步所导致的距离误差。
在一个实施方式中,至少三个超声波信号发射单元中包含一个主设备,所述主设备还发送包含室内地图标识的超声波信号;第一智能终端还接收包含室内地图标识的超声波信号,将所述室内地图标识发送到云端;第二智能终端还从云端获取对应于所述室内地图标识的室内地图,并将所述第一智能终端的室内坐标映射到所述室内地图上;第二智能终端还从所述至少三个超声波信号发射单元分别接收超声波定位信号,计算与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离,并基于与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离确定所述第二智能终端的室内坐标,将所述第二智能终端的室内坐标映射到所述室内地图上,并基于所述第一智能终端的室内坐标和所述第二智能终端的室内坐标计算与所述第一智能终端的见面路径,并在所述室内地图上展示所述见面路径。
图7为根据本发明实施方式基于室内精确定位的用户社交方法流程图。当将本发明实施方式应用到“人找人”的社交方式时,有如下工作流程:
步骤1、管理员对云端数据库进行管理,导入定位装置ID及对应的地图等信息;
步骤2、某环境装有定位系统中的至少一个定位装置,固定设备发送信号(信号包含但不限于定位信号和ID信号);
步骤3、用户打开智能终端定位APP,接收定位装置发出的信号;
步骤4、智能终端根据接收到定位装置发出的定位装置ID,从云端下载与改该定位装置ID信号相匹配的环境地图;
步骤5、智能终端接收定位装置发送的定位信号,计算出各信号发射单元与智能终端的距离Li,运用三角定位算法计算智能终端坐标(x,y,z);
步骤6、智能终端将个人信息和坐标匹配,对应到环境地图中,并将此与个人信息相匹配的坐标发送到云端,智能终端接收云端发送的其他终端的位置信息及社交信息;
步骤7、云端将收到的与个人信息相匹配的智能终端坐标发送给该定位系统中其它智能终端;
步骤8、定位系统中其它智能终端将收到的个人信息相匹配的坐标对应到自己的环境地图,达到环境内所有智能终端位置、信息共享;
步骤9、用户点击地图中意向社交对象位置,查看意向社交对象个人信息,通过APP发送、接收交流信息。
通过上述工作流程实现定位系统应用于环境社交,持有智能终端用户查看意向社交对象的电子名片信息点击意向社交对象,智能终端用户可以在APP中录入文字或语音通过云端发送给意向社交对象,也可以根据意向社交对象的位置将线上交流变成面对面的线下交流。用户可以将自己的位置发送给其他人,对方只要点进去就可以到一张详细的室内地图,帮助其他人更快的了解自己的具体位置信息。甚至还可以提供路线引导,告诉对方怎么到达自己的具体位置。
基于地图中的物体,还可以实现人与地图中的物进行“交流”。基于物品的定位,为人员提供更详细、直观的物品介绍,以及讲座、研讨、推广促销等活动信息的传达,同时,人员也为该产品留下自己的一些意见和建议,也能在线参与一些活动,达到人与“物”交流的目的。智能终端在地图中位于某物品的预设范围内时,云端向该智能终端发送该物品的介绍、推广、讲座等信息,智能终端也可以向云端发送关于该产品的信息,这些信息可以存储在云端,也可以发送给相对应的物品。
基于上述智能终端定位原理,智能终端进入定位环境中,接收定位装置发送的信号,通过云端获得定位环境的地图和自己的坐标信息,交互的物为地图的一部分。智能终端到达物品周围一定范围内时,即可接收到该物品的信息。实现流程图如下:
运用精准定位系统实现人与物的“交流”在日常生活中应用很广,比如展览馆、博物馆、图书馆、飞机场、火车站、汽车站,甚至工厂、商场等场所,实现人与物品、地理位置的定位,移动接收端接收物品或地理位置信息,也可以向云端发送信息,实现人-物交流。譬如在展会中,精准定位系统可以实现观展人员对展品信息的获取以及向后台发送信息进行反馈。展会中,展品作为地图信息的一部分,室内定位系统通过地图对展品的进行定位,向观展者发送展品信息,观展者就可以更快的看到更多的展品信息,还可以提高观展人员与展品之间互动频率。主要体现在展品查看、展品互动、信息推广方面。在展会中,观展者希望快速看到更多更准确的展品信息,展台工作人员数量有限,往往很难找到一个工作人员来咨询详细的信息;展会中展品种类非常多,不可能每个展品都有详细的介绍。而应用室内定位系统就可以精确定位到展品的位置。
图8为根据本发明实施方式基于室内精确定位的人物交流方法流程图。
当观展者走到展品附近时,云端自动将展品详细信息发送到移动智能终端,APP可以自动弹出该展品的互动信息,如果观展者对该展品有兴趣,则可以选择查看该展品的详细信息,这些信息包括文字介绍、视频等等,观展者可以快速准确的获得展品的信息。这也起到了展品自我推送的目的。通过下面的结构图说明在展会中实现人与物的“交流”,只要云端检测到移动智能终端移动到某商品设定的区域内,云端会自动发送对应的商品详细信息到移动智能终端。
在室内定位系统获取精准位置的基础上,还可以实现信息签到及在线留言、活动策划等等功能。以上所述的实施应用仅为本发明所述的室内定位系统较佳实施案例,并非仅限于本发明所涉及的实施案例。凡是利用本发明所述的室内定位系统应用于某环境促进社交均属于室内定位系统在某环境中的社交应用。
综上所述,至少三个超声波信号发射单元,分别布置在室内各自固定位置处,分别用于发送超声波定位信号,所述至少三个超声波信号发射单元不在同一条直线上,也不在同一个圆周上;位于室内的第一智能终端,用于从所述至少三个超声波信号发射单元分别接收超声波定位信号,计算与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离,并基于与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离确定所述第一智能终端的室内坐标,将所述第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息发送到云端;第二智能终端,用于从云端获取所述第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息。本发明将室内精准定位系统应用到环境社交,基于精确位置服务构建社交网络,利用室内定位系统有效获取和利用智能终端的精确位置信息,实现某个可测范围内人与人、人与物交流,为用户提供一种基于地理位置的方便社交方式。
而且,本发明实施方式还提出了免时钟同步的定位方法,提高了使用便利性。另外,本发明实施方式可以将室内坐标映射到室内地图上,从而便于用户执行便利交互。
而且,本发明实施方式还提出了免时钟同步的监测方法,提高了使用便利性。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于室内精确定位的交互系统,其特征在于,包括:
至少三个超声波信号发射单元,分别布置在室内各自固定位置处,分别用于发送超声波定位信号,所述至少三个超声波信号发射单元不在同一条直线上,也不在同一个圆周上;
位于室内的第一智能终端,用于从所述至少三个超声波信号发射单元分别接收超声波定位信号,计算与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离,并基于与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离确定所述第一智能终端的室内坐标,将所述第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息发送到云端;
第二智能终端,用于从云端获取所述第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息;
所述至少三个超声波信号发射单元中包含一个主设备,所述主设备还用于发送包含室内地图标识的超声波信号;
第一智能终端,还用于接收包含室内地图标识的超声波信号,将所述室内地图标识发送到云端;
第二智能终端,还用于从云端获取对应于所述室内地图标识的室内地图,并将所述第一智能终端的室内坐标映射到所述室内地图上;
所述第一智能终端的属性信息为所述第一智能终端的用户电子名片资料或所述第一智能终端的展品信息;
其中所述第二智能终端,用于基于所述第一智能终端的电子名片资料与所述第一智能终端建立无线通信链接,并基于所述无线通信链接向所述第一智能终端发送社交信息;或,所述第二智能终端,用于展示所述第一智能终端的展品信息。
2.根据权利要求1所述的基于室内精确定位的交互系统,其特征在于,
所述超声波信号发射单元为三个,所述超声波信号发射单元之间时间同步且所述第一智能终端与所述超声波信号发射单元时间同步;
第一智能终端,用于基于下列公式计算所述第一智能终端的室内坐标(x、y、z):
[(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2=d1;
[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2=d2;
[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2=d3;
其中:
(x、y、z)为第一智能终端的室内坐标;(x1、y1、z1)为第一个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x2、y2、z2)为第二个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x3、y3、z3)为第三个超声波信号发射单元在室内的坐标;d1为第一智能终端与第一个超声波信号发射单元的计算距离;d2为第一智能终端与第二个超声波信号发射单元的计算距离;d3为第一智能终端与第三个超声波信号发射单元的计算距离。
3.根据权利要求1所述的基于室内精确定位的交互系统,其特征在于,
所述超声波信号发射单元为四个,所述超声波信号发射单元之间时间同步且所述第一智能终端与所述超声波信号发射单元不时间同步;
第一智能终端,用于基于下列公式计算室内坐标(x、y、z)及r0:
[(x1-y)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2+r0=d1;
[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2+r0=d2;
[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2+r0=d3;
[(x4-x)2+(y4-y)2+(z4-z)2]1/2+r0=d4;
其中:
(x、y、z)为第一智能终端的室内坐标;(x1、y1、z1)为第一个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x2、y2、z2)为第二个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x3、y3、z3)为第三个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x4、y4、z4)为第四个超声波信号发射单元在室内的坐标;d1为第一智能终端与第一个超声波信号发射单元的计算距离;d2为第一智能终端与第二个超声波信号发射单元的计算距离;d3为第一智能终端与第三个超声波信号发射单元的计算距离;d4为第一智能终端与第四个超声波信号发射单元的计算距离;r0为第一智能终端与所述超声波信号发射单元不时间同步所导致的距离误差。
4.根据权利要求1所述的基于室内精确定位的交互系统,其特征在于,
所述第二智能终端位于所述室内,从所述至少三个超声波信号发射单元分别接收超声波定位信号,计算与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离,并基于与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离确定所述第二智能终端的室内坐标,将所述第二智能终端的室内坐标映射到所述室内地图上,并基于所述第一智能终端的室内坐标和所述第二智能终端的室内坐标计算与所述第一智能终端的见面路径,并在所述室内地图上展示所述见面路径。
5.一种基于室内精确定位的交互方法,其特征在于,包括:
分别布置在室内各自固定位置处的至少三个超声波信号发射单元分别发送超声波定位信号,所述至少三个超声波信号发射单元不在同一条直线上,也不在同一个圆周上;
位于室内的第一智能终端从所述至少三个超声波信号发射单元分别接收超声波定位信号,计算与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离,并基于与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离确定所述第一智能终端的室内坐标,将所述第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息发送到云端;
第二智能终端从云端获取所述第一智能终端的室内坐标和第一智能终端的属性信息;
所述至少三个超声波信号发射单元中包含一个主设备,所述主设备还发送包含室内地图标识的超声波信号;
第一智能终端接收包含室内地图标识的超声波信号,将所述室内地图标识发送到云端;
第二智能终端从云端获取对应于所述室内地图标识的室内地图,并将所述第一智能终端的室内坐标映射到所述室内地图上;
所述第一智能终端的属性信息为所述第一智能终端的用户电子名片资料或所述第一智能终端的展品信息;
其中所述第二智能终端基于所述第一智能终端的电子名片资料与所述第一智能终端建立无线通信链接,并基于所述无线通信链接向所述第一智能终端发送社交信息;或,所述第二智能终端展示所述第一智能终端的展品信息。
6.根据权利要求5所述的基于室内精确定位的交互方法,其特征在于,
所述超声波信号发射单元为三个,所述超声波信号发射单元之间时间同步且所述第一智能终端与所述超声波信号发射单元时间同步;第一智能终端基于下列公式计算所述第一智能终端的室内坐标(x、y、z):
[(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2=d1;
[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2=d2;
[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2=d3;
其中:(x、y、z)为第一智能终端的室内坐标;(x1、y1、z1)为第一个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x2、y2、z2)为第二个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x3、y3、z3)为第三个超声波信号发射单元在室内的坐标;d1为第一智能终端与第一个超声波信号发射单元的计算距离;d2为第一智能终端与第二个超声波信号发射单元的计算距离;d3为第一智能终端与第三个超声波信号发射单元的计算距离;
或
所述超声波信号发射单元为四个,所述超声波信号发射单元之间时间同步且所述第一智能终端与所述超声波信号发射单元不时间同步;第一智能终端基于下列公式计算室内坐标(x、y、z)及r0:
[(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2+r0=d1;
[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2+r0=d2;
[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2+r0=d3;
[(x4-x)2+(y4-y)2+(z4-z)2]1/2+r0=d4;
其中:(x、y、z)为第一智能终端的室内坐标;(x1、y1、z1)为第一个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x2、y2、z2)为第二个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x3、y3、z3)为第三个超声波信号发射单元在室内的坐标;(x4、y4、z4)为第四个超声波信号发射单元在室内的坐标;d1为第一智能终端与第一个超声波信号发射单元的计算距离;d2为第一智能终端与第二个超声波信号发射单元的计算距离;d3为第一智能终端与第三个超声波信号发射单元的计算距离;d4为第一智能终端与第四个超声波信号发射单元的计算距离;r0为第一智能终端与所述超声波信号发射单元不时间同步所导致的距离误差。
7.根据权利要求5所述的基于室内精确定位的交互方法,其特征在于,
第二智能终端还从所述至少三个超声波信号发射单元分别接收超声波定位信号,计算与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离,并基于与所述至少三个超声波信号发射单元的各自距离确定所述第二智能终端的室内坐标,将所述第二智能终端的室内坐标映射到所述室内地图上,并基于所述第一智能终端的室内坐标和所述第二智能终端的室内坐标计算与所述第一智能终端的见面路径,并在所述室内地图上展示所述见面路径。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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