專利名稱：一種多功能地面定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定位系統(tǒng)特別是一種多功能地面定位系統(tǒng)。
長期以來，人們對各種各樣自動定位技術(shù)的探索一直未曾停息，即使是在GPS系統(tǒng)進(jìn)入實用化階段也是如此。
遼寧大學(xué)在申請?zhí)枮?8123001.6的專利申請中公開了一種與GPS近乎相反的系統(tǒng)——一個建立在地面上的，由發(fā)送訊號的載體及三個以上坐標(biāo)明確的接收基站組成的定位系統(tǒng)。該發(fā)明的特征為接收基站群通過測量對來自同一載體的訊號在接收時間上的不同，計算出載體與三個基站的距離，從而得知載體自身的位置坐標(biāo)。由于對時間的測量誤差在200納秒左右，系統(tǒng)的定位誤差約60米。需要強調(diào)的是，該發(fā)明只提及單用戶使用模式，而在大批量用戶使用的情況下，為了能同時接收多個載體的定位請求，每個載體除了要向各個基站傳遞載體的自身編碼外，還需要傳遞統(tǒng)一的時間信息，以便三個基站能同步處理，而時間信息需要從另外的授時系統(tǒng)中獲取。另外，該系統(tǒng)信息流向分配不夠合理，所有的應(yīng)用計算均需由基站完成。大量的載體的定位信息請求可能導(dǎo)致基站系統(tǒng)計算能力的超載。
美國朗迅公司在申請?zhí)枮?9118134.4的專利申請中，公開了一種名為“基于大地定位的模式識別”的定位系統(tǒng)。這一發(fā)明的特征為利用移動手機和為移動手機服務(wù)的基站網(wǎng)絡(luò)，每基站的覆蓋面可分為40000個子小區(qū)，利用模式識別技術(shù)識別手機傳回到定位中心的信息中所攜帶的子小區(qū)射頻屬性和手機射頻屬性，再通過定位中心檢索的數(shù)據(jù)庫資料，確定該手機處于哪個基站的哪個子小區(qū)區(qū)域內(nèi)。這一系統(tǒng)雖然建網(wǎng)費用較低(只需建立一個或幾個定位中心站，負(fù)責(zé)解讀各個手機所發(fā)出的編碼信息即可)，但由于手機配置較低，沒有應(yīng)用所需的計算能力，因此同上一個定位技術(shù)發(fā)明一樣，所有服務(wù)均需要中心站提供，使定位中心對信息的負(fù)荷過重。因此除定位功能外，難以深入開發(fā)具體應(yīng)用。
深圳市永華電子系統(tǒng)股份有限公司在申請?zhí)枮?9114311.6的專利申請中公開了一種基于有源信標(biāo)站和無線接收站的車輛防盜系統(tǒng)(CAS)的改進(jìn)系統(tǒng)。其特征為借助于分布設(shè)置的有源無線信標(biāo)站發(fā)射本信標(biāo)編碼，防盜車輛處于某信標(biāo)站區(qū)域時，接收到該信標(biāo)站編碼。當(dāng)防盜車輛遇險時，該車將該編碼連同本車編碼一起，經(jīng)車載發(fā)射機發(fā)射出去。分布式的高層網(wǎng)絡(luò)報警站接收到告警信息后，經(jīng)有線通訊網(wǎng)傳送至監(jiān)控中心，并由監(jiān)控中心進(jìn)行告警受理。該系統(tǒng)既需要有一定密度的布網(wǎng)，也需要人工的維護(hù)和基站工作能源的供給，高層網(wǎng)絡(luò)報警站還需要有線通訊網(wǎng)絡(luò)連接，系統(tǒng)建立所要求的條件較高，定位精度可達(dá)數(shù)公里級。由于定位精度太低，許多應(yīng)用難以在系統(tǒng)上實現(xiàn)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提出一種新的定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)由地標(biāo)、終端機和監(jiān)控中心組成，所述地標(biāo)布置于所有希望明確其坐標(biāo)或具有提示意義的地點的地面或近地位置上，它包括a)天線，用以接收來自終端機的工作指令和能量輻射，并將地標(biāo)的屬性信息發(fā)射出去；b)調(diào)制解調(diào)器，用于對接收來自終端機的指令進(jìn)行解調(diào)和對發(fā)射的信標(biāo)編碼在其發(fā)射載波上進(jìn)行調(diào)制；c)能量轉(zhuǎn)換和控制電路，用于將來白天線的能量轉(zhuǎn)化為地標(biāo)內(nèi)部電路工作的能源；d)存儲器，用于作為內(nèi)部邏輯處理的中間運算寄存器、放置固定的地標(biāo)編碼或坐標(biāo)、記錄事件信息和存儲地標(biāo)、屬性文件；e)地標(biāo)信息控制器，用于驅(qū)動地標(biāo)內(nèi)部各部分電路協(xié)同工作。
所述終端機安置于載體上，它包括a)天線，用于在地標(biāo)的接收波段上將來自調(diào)制解調(diào)器的載波信號，連續(xù)地向空中輻射能量，激勵地標(biāo)回應(yīng)其屬性信息，接收來自地標(biāo)的載波信號，并送往調(diào)制解調(diào)器；b)調(diào)制解調(diào)器，用于將來白天線的載波信號解調(diào)，并將信息送往應(yīng)用信息處理器，將來自應(yīng)用信息處理器的數(shù)據(jù)調(diào)制成載波信號，并將該信號送往天線發(fā)射；c)應(yīng)用信息處理器，用于根據(jù)調(diào)制解調(diào)器讀出的地標(biāo)屬性信息，決定該屬性信息的處理方式；d)地標(biāo)應(yīng)用信息系統(tǒng)，以應(yīng)用軟件形式存在于定位系統(tǒng)應(yīng)用裝置中，用于在需要高速讀取地標(biāo)內(nèi)的大量信息時，因為技術(shù)所限，無法達(dá)到在短時間里全部正確讀出的要求時，來解釋地標(biāo)編碼所代表的含義；e)信息輸出裝置，包括電子地圖、語音輸出裝置、訊號輸出裝置，電子地圖用于接收來自應(yīng)用信息處理器的坐標(biāo)信息，并由應(yīng)用信息處理器驅(qū)動顯示地圖信息，并在其上表示載體的位置；語音輸出裝置具有計算機多媒體文件的播放功能，對終端機的使用者提供即時的語音形式的提示；訊號輸出裝置為終端機的使用者提供提示幫助；f)無線數(shù)字收發(fā)機，用于向監(jiān)控中心或附近其它的終端機報告載體的狀況，或接收來自監(jiān)控中心或交通疏導(dǎo)中心的數(shù)據(jù)信息。
當(dāng)?shù)貥?biāo)天線在受到外來能量激勵時，地標(biāo)可以此為工作能源，經(jīng)天線發(fā)送其內(nèi)置屬性信息。當(dāng)作為載體的行人或車輛攜帶終端機接近某一地標(biāo)時，終端機激勵地標(biāo)并可接收到該地標(biāo)的屬性信息。終端機內(nèi)置的地標(biāo)信息處理器將地標(biāo)編碼形式的屬性信息在其信息系統(tǒng)中檢索出該編碼對應(yīng)的屬性信息內(nèi)容，從而使載體獲得所在地點的坐標(biāo)、導(dǎo)航、導(dǎo)游等信息。當(dāng)載體告警時，終端機將載體的系統(tǒng)序列號、坐標(biāo)、運動速度、運動方向及告警類型等信息經(jīng)專用無線方式發(fā)射給終端機，終端機激勵地標(biāo)并可接收到該地標(biāo)的屬性信息。
本發(fā)明是一種無源地標(biāo)系統(tǒng)，在地標(biāo)發(fā)射能力一定的前提下，其所能提供的坐標(biāo)精度取決于終端機的發(fā)射和接收能力。另外，地標(biāo)工作期間，允許多個載體同時獲取地標(biāo)屬性信息。由于利用無源技術(shù)制成的地標(biāo)無需配置電源系統(tǒng)，因而地標(biāo)體積可以制作得非常小，可封裝在玻璃管或塑料容器內(nèi)，實現(xiàn)隱蔽放置。同時，由于采用大規(guī)模集成電路技術(shù)，地標(biāo)制作成本較低，因而本系統(tǒng)的建立和維護(hù)成本可以做到非常低廉，并且網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展靈活。
本發(fā)明可以在現(xiàn)有的大多數(shù)GPS系統(tǒng)的民用應(yīng)用中，以低廉的價格廣泛替代GPS系統(tǒng)。它的顯著特點就是具有GPS系統(tǒng)那樣的在終端機上完成應(yīng)用計算，系統(tǒng)信息流向合理，可提供定位精度高，信號不會受到遮擋，可以將測繪地圖數(shù)字化后直接應(yīng)用在電子地圖上，即只要有測繪地圖的區(qū)域，就可以在本系統(tǒng)下應(yīng)用電子地圖，不會發(fā)生因電子地圖問題而誤報、遲報導(dǎo)航點的情況。并且在車輛導(dǎo)航應(yīng)用中，可通過在不同的車道上安裝地標(biāo)，以提前提示變更車道，使車輛的駕駛具有智能化色彩。
圖5為行人應(yīng)用的終端機組成部分及信息流向方框6為地標(biāo)及終端機之間各自的發(fā)射(激勵)范圍和接收范圍關(guān)系7為無防碰撞機制下地標(biāo)讀取結(jié)果示意8為在防碰撞機制下地標(biāo)讀取結(jié)果示意9為地標(biāo)組合法示意10為定向變激法示意中1.地標(biāo)，11.地標(biāo)天線，110.地標(biāo)屬性信息，111.地標(biāo)發(fā)射范圍，112.地標(biāo)接收范圍，113.地標(biāo)識讀范圍，12.地標(biāo)調(diào)制解調(diào)器，13.地標(biāo)能量轉(zhuǎn)換和控制電路，14.地標(biāo)存儲器，15.地標(biāo)信息控制器，2.終端機，21.終端機天線，210.終端機指令，211.終端機天線發(fā)射(激勵)范圍，212.終端機天線接收范圍，22.終端機調(diào)制解調(diào)器，23.終端機應(yīng)用信息處理器，24.地標(biāo)應(yīng)用信息系統(tǒng)，25.信息輸出裝置，251.電子地圖，252.語音輸出裝置，253.訊號輸出裝置，26.無線數(shù)字收發(fā)機，27.發(fā)射功率控制裝置，271.發(fā)射場強傳感器，272.天線發(fā)射控制器，3.監(jiān)控中心，30.告警信息，31.遇劫告警信息，32.遇險告警信息，33.求助告警信息，34.反控信息，4.載體。
(2)調(diào)制解調(diào)器12對接收的來自終端機2的指令進(jìn)行解調(diào)和對發(fā)射的地標(biāo)編碼在其發(fā)射載波上進(jìn)行調(diào)制。
(3)能量轉(zhuǎn)換和控制電路13將來自天線11的能量轉(zhuǎn)化為地標(biāo)1內(nèi)部電路工作的能源。由此而決定了地標(biāo)工作狀態(tài)的持久性具有無需人工維持的特點。能量控制電路具有為地標(biāo)信息控制器建立各種工作狀態(tài)所必需的能量和電壓信號準(zhǔn)備。
(4)存儲器14包括RAM、ROM和EEPROM形式的存儲器。其中RAM作為內(nèi)部邏輯處理的中間運算寄存器，ROM用于放置固定的地標(biāo)編碼或坐標(biāo)。EEPROM用于記錄事件信息或用以存儲地標(biāo)的屬性文件。地標(biāo)1內(nèi)置的屬性信息110可以是地標(biāo)編碼，或?qū)傩晕募虻貥?biāo)的坐標(biāo)。編碼中內(nèi)含區(qū)域編碼和本區(qū)域內(nèi)地標(biāo)序列號。地標(biāo)1內(nèi)置的坐標(biāo)包括描述地標(biāo)所處地點的各種形式的坐標(biāo)，以及其他以文字、數(shù)字和字母表示的具有定位地標(biāo)所在地點意義的表示方法。EEPROM記錄事件信息可包括告警狀態(tài)終端機發(fā)布的遇劫告警載體4系統(tǒng)序列號以及經(jīng)過的時刻。EEPROM可以循環(huán)記錄三個完整的終端機告警經(jīng)過事件，以便后續(xù)車輛讀出該告警信息。
(5)地標(biāo)信息控制器15驅(qū)動地標(biāo)內(nèi)部各部分電路按既定功能協(xié)同工作。當(dāng)接收到終端機的告警信息時，如果是遇劫告警，地標(biāo)信息控制器15將該告警信息寫入EEPROM中。其他告警信息將不予反應(yīng)。
2、終端機2主要由以下幾部分構(gòu)成(見圖3)(1)天線21在地標(biāo)1的接收波段上將來自調(diào)制解調(diào)器22的載波信號，連續(xù)地向空中輻射能量，激勵地標(biāo)1回應(yīng)其屬性信息110。接收來自地標(biāo)1的載波信號，并送往調(diào)制解調(diào)器22。
(2)調(diào)制解調(diào)器22將來自天線21的載波信號解調(diào)，并將信息送往應(yīng)用信息處理器23。將來自應(yīng)用信息處理器23的數(shù)據(jù)調(diào)制成載波信號，并將該信號送往天線21發(fā)射。
(3)應(yīng)用信息處理器23
采用微處理器和嵌入式操作系統(tǒng)架構(gòu)，在嵌入式操作系統(tǒng)的驅(qū)動下工作。根據(jù)調(diào)制解調(diào)器讀出的地標(biāo)屬性信息110，決定該屬性信息110的處理方式。當(dāng)?shù)貥?biāo)的屬性信息110為地標(biāo)編碼時，以該編碼作為檢索字，從應(yīng)用信息系統(tǒng)24中檢索出與該編碼相關(guān)的屬性信息110，然后根據(jù)該屬性信息110的性質(zhì)，在信息輸出單元上以應(yīng)用信息形式顯示。
(4)地標(biāo)應(yīng)用信息系統(tǒng)24以應(yīng)用軟件形式存在。當(dāng)應(yīng)用在需要高速讀取地標(biāo)內(nèi)的大量信息，因為技術(shù)所限，無法達(dá)到在短時間里全部正確讀出的要求時，用以解釋地標(biāo)編碼所代表的含義.其內(nèi)部包含某區(qū)域內(nèi)或整個定位系統(tǒng)所有地標(biāo)編碼及所對應(yīng)的編碼屬性內(nèi)容?？赏ㄟ^更換微存儲卡或其他方式，升級其中的地標(biāo)編碼信息及編碼屬性內(nèi)容。它以地標(biāo)編碼為檢索字，以該地標(biāo)的地球經(jīng)緯度和高度、相關(guān)的多媒體文件為檢索目的。
(5)信息輸出裝置25信息輸出裝置25包括電子地圖251、語音輸出裝置252、訊號輸出裝置253，其中電子地圖251為終端機的使用者提供視覺幫助，接收來自應(yīng)用信息處理器23的坐標(biāo)信息，并由應(yīng)用信息處理器23驅(qū)動顯示地圖信息，并在其上表示載體4的位置。此外還具有行車路線設(shè)定、取消和變更功能。
語音輸出裝置252具有計算機多媒體文件的播放功能，對終端機的使用者提供即時的語音形式的提示；訊號輸出裝置253可選為當(dāng)讀到地標(biāo)時以蜂鳴音響提示。訊號也可以以不同的脈沖形式表示不同的意義，從而以簡單的形式為終端機的使用者提供提示幫助。
(6)無線數(shù)字收發(fā)機26向監(jiān)控中心3或附近其它的終端機報告載體4狀況。發(fā)射裝置以專用無線方式發(fā)送信息，比如GSM、CDMA或同頻廣播等方式。此外，還可接收來自監(jiān)控中心3或交通疏導(dǎo)中心的數(shù)字、字母及漢字類型的數(shù)據(jù)信息，也可以作為反控信息用來強制打開信息數(shù)據(jù)發(fā)射裝置，以向監(jiān)控中心3報告終端機2的坐標(biāo)。同時也可以將來自交通信息臺的交通疏導(dǎo)信息與電子地圖251功能交聯(lián)，并將其結(jié)果以參考行車路線等形式表示在終端機2的信息輸出裝置上。
(7)發(fā)射功率控制器27發(fā)射功率控制器27包括發(fā)射場強傳感器271和天線發(fā)射控制器272。為避免過高的發(fā)射場強對設(shè)備產(chǎn)生不良影響，必須對載體附近的發(fā)射場強進(jìn)行控制。發(fā)射場強傳感器無論終端機發(fā)射天線是否工作，均不斷地實時監(jiān)測空間發(fā)射頻率下的場強。如果測量結(jié)果發(fā)射場強高于第一場強閾值，則天線發(fā)射控制器272就減小本終端機發(fā)射功率水平，甚至關(guān)閉本終端機發(fā)射天線的工作狀態(tài)，直到場強值達(dá)到第一場強閾值。
3、監(jiān)控中心3維持本系統(tǒng)內(nèi)的各個終端機的運行秩序，發(fā)布信息，并對告警狀態(tài)下的終端機使用者提供服務(wù)。
本系統(tǒng)工作步驟如下1、當(dāng)配備終端機2的載體4接近地標(biāo)1時，如果地標(biāo)1處于終端機2的天線21的發(fā)射范圍211，地標(biāo)1將被激活，并發(fā)射其地標(biāo)屬性信息110。
2、當(dāng)車載終端機低速移動時，終端機發(fā)射和接收水平為正常值，當(dāng)裝載車輛加速達(dá)到第一速度閾值時，終端機的天線的發(fā)射和接收水平會隨移動速度的提高呈固定規(guī)律性地提高，直到車輛的速度值達(dá)到第二速度閾值。發(fā)射和接收水平隨速度的提高而提高，從而更強地激勵地標(biāo)，使之積蓄足夠的能量，減少初始化完成所需的時間，比正常狀態(tài)更早地發(fā)射地標(biāo)信息，以適應(yīng)終端機高速移動下的地標(biāo)讀寫要求(見圖4)。
3、地標(biāo)1與終端機2之間將進(jìn)行合法性確認(rèn)操作。終端機2的身份信息由其發(fā)出的指令信息中攜帶，地標(biāo)的身份信息由其發(fā)出的編碼信息攜帶。在多個終端機2對一個地標(biāo)的操作中，地標(biāo)不對終端機2的身份進(jìn)行識別操作，而只將地標(biāo)編碼按系統(tǒng)預(yù)定的加密規(guī)則、或按滾動加密規(guī)則發(fā)出。非法的地標(biāo)或非法的終端機均不能正確獲得地標(biāo)1中的具有檢索意義的編碼。
4、終端機2的調(diào)制解調(diào)器22讀出地標(biāo)1中的屬性信息110，并送入應(yīng)用信息處理器23。
5、應(yīng)用信息處理器23在接到這一屬性信息110后，可選擇使訊號輸出裝置253發(fā)出蜂音鳴響，并將地標(biāo)編碼形式的屬性信息110，在應(yīng)用信息系統(tǒng)24中檢索出與該編碼相關(guān)的地理位置坐標(biāo)及該坐標(biāo)下的其他應(yīng)用屬性內(nèi)容。
6、應(yīng)用信息處理器23將坐標(biāo)應(yīng)用屬性內(nèi)容傳送至信息輸出裝置25，電子地圖251可選擇顯示該地標(biāo)在電子地圖251上的位置，以表示載體4的即時位置，語音輸出裝置252可選擇即時播出該屬性信息110內(nèi)容的音頻部分，提示或告之載體4有關(guān)導(dǎo)航、導(dǎo)游信息。
7、終端機發(fā)射功率控制器27中的場強傳感器271不斷實時監(jiān)測終端機所在位置的發(fā)射場強數(shù)值。如果監(jiān)測值高于第一場強閾值，則天線發(fā)射控制器272就減小終端機2的發(fā)射水平，甚至關(guān)閉本終端機2發(fā)射天線的工作狀態(tài)，直到場強值達(dá)到第一場強閾值。
本系統(tǒng)應(yīng)用舉例1、二次參數(shù)計算在道路上連續(xù)經(jīng)過三個相鄰地標(biāo)時，終端機2可以根據(jù)地標(biāo)的相鄰距離和間隔時間以及經(jīng)過順序，計算車輛的平均行駛速度、平均行駛加速度和行駛方向。這就是本地標(biāo)系統(tǒng)二次參數(shù)的計算能力。相鄰地標(biāo)之間的距離可在地標(biāo)應(yīng)用信息系統(tǒng)中檢索各自的坐標(biāo)值，經(jīng)計算得到。
2、告警應(yīng)用當(dāng)載體4遭遇緊急情況時，告警信息在人工干預(yù)下將信息數(shù)據(jù)經(jīng)終端機2的無線數(shù)字收發(fā)機26發(fā)送出去，以便監(jiān)控中心3或其它鄰近的終端機經(jīng)無線數(shù)字收發(fā)機接收。告警信息內(nèi)含的信息數(shù)據(jù)包括地標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)用信息處理器23中現(xiàn)存的最新地標(biāo)信息、告警載體4系統(tǒng)序列號、運動速度、運動方向、時間和人工選擇的信息類別，如遇險、遇劫、求助等。
當(dāng)終端機處于遇劫告警狀態(tài)時，如果終端機經(jīng)過地標(biāo)，會經(jīng)發(fā)射天線向地標(biāo)寫入告警信息。寫入地標(biāo)的告警信息包括遇劫載體4系統(tǒng)序列號和經(jīng)過時刻。
當(dāng)監(jiān)控中心3認(rèn)為某個攜帶終端機2的載體4可能遇劫或失蹤時，監(jiān)控中心3可以發(fā)出反控信息，強制指定該終端機2進(jìn)入告警狀態(tài)，直至發(fā)出使載體4強制停車指令。
當(dāng)終端機2的信息數(shù)據(jù)發(fā)射裝置在告警狀態(tài)下，無線數(shù)字收發(fā)機26經(jīng)其天線，在終端機2接收到新的地標(biāo)信息時，或在每隔一定時間未收到新地標(biāo)信息時，將告警信息在發(fā)送波段上廣播，以使監(jiān)控中心3和其它鄰近終端機2接收到告警信息。
當(dāng)終端機2經(jīng)無線數(shù)字收發(fā)機收到其他終端機的告警信息時，地標(biāo)信息處理器23會將該告警信息中的地標(biāo)坐標(biāo)值與本終端機2中自身最新地標(biāo)值進(jìn)行比較。如果判斷是非鄰近終端機的告警信息，本終端機2將不會做出反應(yīng)。如果判斷是鄰近終端機2發(fā)出的告警信息時，將向監(jiān)控中心3報告，并在本終端機2上示警。
當(dāng)終端機在經(jīng)過地標(biāo)時發(fā)現(xiàn)讀出的地標(biāo)信息中含有遇劫告警信息31時，會自動將本終端機時刻與告警信息中所包含的時間進(jìn)行對比。如果時間差在第一時間閾值內(nèi)，地標(biāo)中的告警信息將在終端機2上示警。如果在第二時間閾值內(nèi)，終端機將不予告警，只是通過無線數(shù)字收發(fā)機向監(jiān)控中心報警。當(dāng)時間差在第二時間閾值外時，終端機將不予理會。如果本系統(tǒng)的終端機未配備無線數(shù)字收發(fā)機，或遇劫終端機的無線數(shù)字收發(fā)機的天線被破壞，告警信息仍然可以經(jīng)地標(biāo)傳送給后續(xù)經(jīng)過的車輛。
在終端機上的示警以語音、緊急訊號和文字形式，在語音輸出裝置252、訊號輸出裝置253及電子地圖251上表示。示警信息包括發(fā)出告警信息的載體4的動態(tài)地標(biāo)信息、運動速度、運動方向和該載體4的信息(如車輛牌號、車型、車身顏色或行人的性別、年齡、身高等信息)，以便就近幫助告警者，或借助其他通訊手段(如移動電話)，在監(jiān)控中心3的指導(dǎo)下，追蹤遇劫的載體4。
3、導(dǎo)航應(yīng)用當(dāng)使用者預(yù)先在電子地圖251上設(shè)置計劃行進(jìn)路線時，無線數(shù)字收發(fā)機26可以隨時接收來自監(jiān)控中心3的數(shù)字信息，以干預(yù)信息輸出裝置的輸出結(jié)果。比如終端機2可以接收來自交通信息電臺的交通疏導(dǎo)信息，并在電子地圖251上自動給出優(yōu)化后的行車路線以供選擇參考。當(dāng)載體4經(jīng)過某個設(shè)定在計劃行進(jìn)路線上的道口時，終端機2根據(jù)得到的地標(biāo)信息，自動預(yù)先和即時地向使用者提示方向選擇。還可以提供在不同的車道上安裝地標(biāo)，以感知載體4的行駛車道，提前提示終端機使用者變更車道，以準(zhǔn)備轉(zhuǎn)彎的獨特應(yīng)用，使車輛的駕駛具有智能化色彩。
4、行人應(yīng)用當(dāng)作為旅游者、出行的盲人或普通城市居民的載體4攜帶終端機2(見圖5)，在地標(biāo)安放處按視覺提示或在盲道拐點上的接收到某地標(biāo)時，地標(biāo)除發(fā)射地標(biāo)編碼信息以供終端機2查詢其內(nèi)部屬性編碼信息外，還可以選擇直接激勵發(fā)射并接收其地標(biāo)內(nèi)存儲器14中內(nèi)置的屬性信息110。由于這種對行人的應(yīng)用無需高速讀出，因而讀出的信息量可以加大至數(shù)兆字節(jié)，而且可以有更為嚴(yán)格的身份認(rèn)證過程。此時的地標(biāo)應(yīng)用信息可直接內(nèi)置在地標(biāo)中，可以是計算機多媒體文件，如MP3格式的文件。
系統(tǒng)定位精度本定位系統(tǒng)的每一地標(biāo)，其坐標(biāo)值事先已根據(jù)GPS系統(tǒng)的差分定位技術(shù)，得到了厘米級的精度。進(jìn)入地標(biāo)范圍的載體4的具體坐標(biāo)，與地標(biāo)利終端機的發(fā)射和接收能力有關(guān)。
理想的定位系統(tǒng)所采用的地標(biāo)1和終端機2的天線為各向同性天線，也就是說，符合本系統(tǒng)要求的地標(biāo)和終端機所發(fā)射和接收的最小電磁場的場強等強面在空間上的表示均呈圓球狀。在這個等強球狀體邊緣的地標(biāo)1和終端機2所發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射水平的信號下，電磁場場強應(yīng)達(dá)到使終端機2和地標(biāo)1能夠正常工作的水平。
系統(tǒng)可以規(guī)定終端機2的接收半徑應(yīng)小于或等于地標(biāo)的發(fā)射半徑，而終端機2的激勵半徑應(yīng)不小于地標(biāo)的發(fā)射半徑。這樣考慮是為了使高速載體4，如車輛等能在接近地標(biāo)時先激勵地標(biāo)，使地標(biāo)能有一個足夠的時間激活，完成初始化并開始發(fā)射地標(biāo)屬性信息110，然后車輛再進(jìn)入地標(biāo)的發(fā)射區(qū)域(見圖6)。
圖6中假定終端機2的天線21安裝在車頂正中玻璃風(fēng)擋上緣處。圖中的地標(biāo)已進(jìn)入終端機2的激勵范圍，而終端機2的天線21剛剛接觸地標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射范圍111，但此時終端機2仍不能得到地標(biāo)的屬性信息110。因為此時終端機2的天線所接收的地標(biāo)發(fā)射場強仍未能達(dá)到使其正常接收的水平，而系統(tǒng)規(guī)定此時終端機2應(yīng)能接收到地標(biāo)屬性信息110。
系統(tǒng)規(guī)定所有地標(biāo)的發(fā)射能力111應(yīng)相同。在此基礎(chǔ)上因終端機的差異性而使同一地標(biāo)下的終端機接收范圍212有所不同。地標(biāo)的識讀范圍113等于終端機的接收范圍212。對于不同的終端機，同一地標(biāo)的識讀范圍113可能并不一樣。當(dāng)終端機的天線21進(jìn)入地標(biāo)的識讀范圍113，地標(biāo)也就同時進(jìn)入終端機的接收范圍212。終端機此時即立即接收到地標(biāo)的屬性信息110。
低于系統(tǒng)規(guī)定的接收水平的終端機2，在地標(biāo)系統(tǒng)中反而能夠獲得更高的系統(tǒng)坐標(biāo)精度，同時終端機2的接收裝置的成本反而可以做的更低。
當(dāng)?shù)貥?biāo)因相距太近，終端機2讀取地標(biāo)就會出現(xiàn)一機讀取多標(biāo)的沖突現(xiàn)象。而當(dāng)終端機2正好處于距兩個地標(biāo)等距離的情況為最具有典型性。在這種情況下，終端機2所獲得的地標(biāo)編碼可能有以下幾種結(jié)果1、受地標(biāo)品質(zhì)離散性的影響，發(fā)射能力強或連續(xù)發(fā)射周期短的地標(biāo)的屬性信息110容易被終端機2先獲取，而另一個地標(biāo)發(fā)射的編碼被掩蓋。這種情況雖然不可事先預(yù)見，但結(jié)果還是穩(wěn)定的，坐標(biāo)精度不可能超過系統(tǒng)預(yù)期；2、在終端機2沒有防沖突能力時，兩個地標(biāo)的編碼發(fā)射信號互相干擾，使終端機2不能正常讀取這兩個地標(biāo)編碼。結(jié)果終端機2仍保留原有的地標(biāo)(遠(yuǎn)離的地標(biāo))編碼不變(見圖7)。這種結(jié)果仍能令人滿意；3、在終端機2具有完善的防沖突能力時，兩個地標(biāo)編碼被先后正常讀取。終端機2的地標(biāo)信息處理器可以對兩個地標(biāo)的坐標(biāo)按平均值算法，求得二者的點坐標(biāo)。也就是說，當(dāng)終端機2發(fā)現(xiàn)要同時讀取兩個地標(biāo)而啟動防沖突機制時，會自動提示地標(biāo)信息處理器按平均值算法處理地標(biāo)編碼(見圖8)。
對較小的地標(biāo)識讀距離113可以獲得較高的坐標(biāo)精度。對于定位精度要求較高，比如尋找某個地標(biāo)的確切位置，可以用多個不同發(fā)射能力的地標(biāo)組合來達(dá)到，或采用終端機2定向激勵及改變激勵功率的方法來達(dá)到。對于前一種情況，在進(jìn)入發(fā)射能力最大的地標(biāo)識讀范圍113后，可繼續(xù)搜索其它同一安放位置的地標(biāo)。如果所有的地標(biāo)都被識讀，最后識讀的地標(biāo)所標(biāo)識的位置就是最精確的地標(biāo)安裝位置。此即地標(biāo)組合法。采用該方法，終端機2必須有防沖突識別機制(見圖9)。在后一種情況下，當(dāng)終端機2以最大激勵水平進(jìn)入地標(biāo)的識讀范圍113后，通過定向激勵，確定地標(biāo)相對方位，然后減小一檔終端機2的激勵水平，向確定的激勵方向行進(jìn)。當(dāng)終端機2再一次識讀到地標(biāo)時，保持這個方向，再次減小終端機2的激勵水平并繼續(xù)行進(jìn)，直到在最小的一檔激勵水平下識讀到地標(biāo)(見

圖10)，此即定向變激法。此時的地標(biāo)位置誤差可以確定在一個很小的范圍內(nèi)(比如5厘米)。這種定位方法尤其適用于盲人盲道導(dǎo)盲和在黑暗平坦的環(huán)境下搜索定位。
對于移動的車輛應(yīng)用，本系統(tǒng)期望給出的精度是不大于±30米，對于導(dǎo)游應(yīng)用，精度不大于±10米，對于盲人導(dǎo)盲應(yīng)用，精度可以達(dá)到5厘米。本定位系統(tǒng)的顯著特點是定位精度越高(可達(dá)1～2毫米)，技術(shù)實現(xiàn)的難度越小，設(shè)備單價越低，只是當(dāng)布網(wǎng)密度增大時，將帶來地標(biāo)數(shù)量激增，成本也將隨之加大。在通常情況下，可以有針對性地在需要定位的離散點布置地標(biāo)，以減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對地標(biāo)數(shù)量過高要求。
地標(biāo)編碼的屬性內(nèi)容地標(biāo)編碼的屬性內(nèi)容以應(yīng)用軟件形式，存儲在應(yīng)用信息系統(tǒng)24中。屬性內(nèi)容包括地標(biāo)安裝地點的地理坐標(biāo)(或經(jīng)緯度)和海拔高度、相對與某標(biāo)志物的距離和高度、導(dǎo)向信息(如在道路路口的地標(biāo)上)、景點導(dǎo)游資料等。屬性信息110的屬性文件形式可以是MP3電子文件格式，以便于檢索和播放。
系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)本系統(tǒng)的建設(shè)很簡單。只需先用GPS系統(tǒng)確定欲安裝點的精確坐標(biāo)，并預(yù)先在地標(biāo)應(yīng)用信息系統(tǒng)中安排該地標(biāo)的檢索字和檢索內(nèi)容，然后在該位置用沖擊鉆打孔(孔徑可小到幾厘米)，將無源地標(biāo)放入并封堵復(fù)原即可。放置地點和具體位置可按圖10所示。
對地標(biāo)的編碼可采用12位十進(jìn)制號碼制式。其中前6位為國家郵政編碼，后6位為在該郵政區(qū)域內(nèi)的地標(biāo)序列號。比如100080002438號地標(biāo)為隸屬于北京海淀區(qū)中關(guān)村附近的郵編為100080地區(qū)，序列號為002438的地標(biāo)。相鄰的地標(biāo)其序列號亦相鄰，可以便于地標(biāo)信息處理器在地標(biāo)信息應(yīng)用系統(tǒng)中對地標(biāo)屬性信息110的檢索。
本系統(tǒng)的維護(hù)主要是對地標(biāo)群的維護(hù)，包括地標(biāo)工作狀態(tài)的檢定、工作頻率檢查、位置校準(zhǔn)和增補新的地標(biāo)點。一般可采用車輛攜帶場強儀、GPS終端機、地標(biāo)分布圖和無源地標(biāo)終端機沿地標(biāo)分布路線行駛，即可完成對地標(biāo)群狀態(tài)的檢定。
權(quán)利要求
1.一種多功能地面定位系統(tǒng)由地標(biāo)(1)、終端機(2)和監(jiān)控中心(3)組成，地標(biāo)(1)布置于所有希望明確其坐標(biāo)或具有提示意義的地點的地面或近地位置上，終端機(2)安置于載體(4)上，其特征在于所述地標(biāo)(1)包括a)天線(11)，用以接收來自終端機的工作指令和能量輻射，并將地標(biāo)的屬性信息(110)發(fā)射出去；b)調(diào)制解調(diào)器(12)，用于對接收來自終端機(2)的指令進(jìn)行解調(diào)和對發(fā)射的地標(biāo)屬性信息(110)在其發(fā)射載波上進(jìn)行調(diào)制；c)能量轉(zhuǎn)換和控制電路(13)，用于將來自天線(11)的能量轉(zhuǎn)化為地標(biāo)內(nèi)部電路工作的能源；d)存儲器(14)，包括RAM、ROM和EEPROM形式的存儲器，分別用于作為內(nèi)部邏輯處理的中間運算寄存器、放置固定的地標(biāo)編碼或坐標(biāo)、記錄事件信息或用以存儲地標(biāo)的屬性文件；e)地標(biāo)信息控制器(15)，用于驅(qū)動地標(biāo)內(nèi)部各部分電路協(xié)同工作；所述終端機(2)包括a)天線(21)，用于將來自調(diào)制解調(diào)器(22)的載波信號，連續(xù)地向空中輻射能量，激勵地標(biāo)回應(yīng)其屬性信息(110)，接收來自地標(biāo)(1)的載波信號，并送往調(diào)制解調(diào)器(22)；b)調(diào)制解調(diào)器(22)，用于將來自天線(21)的載波信號解調(diào)，并將信息送往應(yīng)用信息處理器(23)，將來自應(yīng)用信息處理器(23)的數(shù)據(jù)調(diào)制成載波信號，并將該信號送往天線(21)發(fā)射；c)應(yīng)用信息處理器(23)，用于根據(jù)調(diào)制解調(diào)器讀出的地標(biāo)屬性信息(110)，決定該屬性信息的處理和顯示方式，并驅(qū)動終端機內(nèi)部各部分電路協(xié)同工作；d)地標(biāo)應(yīng)用信息系統(tǒng)(24)，以應(yīng)用軟件形式存在于定位系統(tǒng)應(yīng)用裝置終端機(2)中，用于在需要高速讀取地標(biāo)內(nèi)的大量信息時，因為技術(shù)所限，無法達(dá)到在短時間里全部正確讀出的要求時，來解釋地標(biāo)編碼所代表的含義；e)信息輸出裝置(25)，包括電子地圖(251)、語音輸出裝置(252)、訊號輸出裝置(253)，電子地圖(251)用于接收來自應(yīng)用信息處理器(23)的坐標(biāo)信息，并由應(yīng)用信息處理器(23)驅(qū)動顯示地圖信息，并在其上表示載體(4)的位置；語音輸出裝置(252)用于對終端機(2)的使用者提供即時的語音形式的提示；訊號輸出裝置(253)為終端機(2)的使用者提供提示幫助；f)無線數(shù)字收發(fā)機(26)，用于向監(jiān)控中心(3)或附近其它的終端機報告載體(4)的狀況，或接收來自監(jiān)控中心(3)或交通疏導(dǎo)中心的數(shù)據(jù)信息；
2.根據(jù)權(quán)利1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于所述終端機(2)還包括一個發(fā)射功率控制裝置(27)，該裝置由發(fā)射場強傳感器(271)和天線發(fā)射控制器(272)構(gòu)成，用于實時監(jiān)測空間發(fā)射頻率下的場強，控制天線(21)的發(fā)射功率。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于地標(biāo)應(yīng)用信息系統(tǒng)(24)內(nèi)部包含定位系統(tǒng)所有地標(biāo)編碼及所對應(yīng)的編碼屬性內(nèi)容。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于地標(biāo)(1)內(nèi)置的屬性信息(110)可以是地標(biāo)編碼，或?qū)傩晕募?，或地?biāo)的三維坐標(biāo)，或它們的組合。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于所述終端機(2)的發(fā)射天線(21)的發(fā)射水平受應(yīng)用信息處理器(23)的控制，當(dāng)載體(4)以低于第一速度閾值移動時，終端機的發(fā)射水平為正常工作水平，當(dāng)載體(4)移動速度超過第一速度閾值時，終端機的發(fā)射水平隨移動速度的提高呈固定規(guī)律性地升高，直到移動速度達(dá)到第二速度閾值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于終端機(2)在告警狀態(tài)時，可以通過無線數(shù)字收發(fā)機(26)或地標(biāo)(1)向監(jiān)控中心(3)或其他本系統(tǒng)終端機載體(4)發(fā)出告警信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能地面定位系統(tǒng)。它由地標(biāo)、終端機和監(jiān)控中心組成。所述地標(biāo)內(nèi)置不同屬性信息,工作能量由外部輻射供給,布置于所有希望明確其坐標(biāo)或具有提示意義的地點的地面或近地位置上;終端機安置于移動載體上,可激勵地標(biāo)并可接收到該地標(biāo)的屬性信息,通過其內(nèi)置的微處理器可將編碼形式的地標(biāo)屬性信息在地標(biāo)應(yīng)用信息系統(tǒng)中檢索處理,得出該編碼信息對應(yīng)的地標(biāo)屬性信息內(nèi)容,使載體獲得所在地點的坐標(biāo)、導(dǎo)航、導(dǎo)游等信息。該定位系統(tǒng)定位精度高、建網(wǎng)費用低,易于維護(hù)和開發(fā)應(yīng)用,可廣泛用于導(dǎo)航、導(dǎo)游等領(lǐng)域,完全可以有針對性地替代GPS系統(tǒng)。
文檔編號H04W4/02GK1376933SQ0210439
公開日2002年10月30日 申請日期2002年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月7日
發(fā)明者馮魯民 申請人:馮魯民