CN101223454A - 在局部区域中估计移动无线单元位置的局部定位系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种局部定位系统包括可以以无线方式与移动单元进行通信的多个传感器元件。通过是/否回答以及平均值测量移动单元的响应度，以便提供移动单元距指定传感器元件的距离的测量。基于该测量结果以及已知的传感器元件位置，例如通过理想弹簧模型，估计移动单元的位置。

Description

在局部区域中估计移动无线单元位置的局部定位系统和方法

技术领域

本发明通常涉及用于估计无线移动单元位置的方法和系统，此外还涉及使用位置数据反映无线移动单元位置的应用。

背景技术

微电子技术的快速发展促使开发出通过无线传输信道接收和/或发送信息的小型高效通信单元。从而，在许多应用中，使数据连通性和用户移动性增强，同时，由于没有电缆连接等，又可提高用户友好性。此外，无线技术与共享空间中无线连通性的广泛可用性相结合，提供了很多机会为移动设备用户提供基于智能定位的服务。例如，可使用移动电话粗略估计终端用户的位置，其中估计位置数据则可用于高级应用中，例如，当出现了紧急情况时(通过激活移动设备内的专用例程来表示)，将位置数据转发到警察队或火警队。在其他情形中，在限定区域(例如，建筑物)内移动的多个移动单元的位置数据可能需具有一定的空间分辨率。然而，结果是，对于用户在限定区域(建筑物等)内位置的计算通常很麻烦且容易出错，此外还需要在移动端设置专门设计的设备，从而，使得相应定位系统的成本和复杂度提高。此外，当要跟踪的移动单元的数量可能变得有些多时，为局域应用设计的传统定位系统可能并不会总是表现得很好。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供用于对局部限定区域内移动单元的位置进行估计，并使复杂性得以简化且有可能针对所跟踪的移动单元的数量实现高度可扩展性的技术。

鉴于上述问题，根据第一方面，本发明提供了一种局部定位系统。该系统包括多个传感器元件，每个传感器元件均处在限定区域内的限定位置处。每个传感器元件用于为区域内的无线移动单元无线发送通信信号序列，响应来自移动单元的通信信号序列的其中至少一些信号识别确认信号，基于对确认信号的识别结果提供数字值。该系统还包括一个或多个平均单元，平均单元用于接收对于每个序列的多个数字值，并基于对于多个传感器单元的每个的数字值生成平均值。局部定位系统还包括与每个传感器元件和一个或多个平均单元相连的控制单元，其中控制单元用于从一个或多个平均单元接收平均值，基于平均值和多个传感器元件的限定位置估计移动单元的位置。

根据本发明，设置用于限定区域(例如，建筑物等)的高效定位系统，其中在移动单元端以及在传感器端，将关于计算资源和数据处理能力的约束保持在较低等级。市场上可获得的用于长短距离应用的移动单元本身被设计成对特定通信信号进行响应。例如，很多种无线单元可用于与遵循专用通信协议(如，蓝牙标准)的局域网等进行数据通信，从而为移动单元设定了当在移动单元处接收检测特定信号时的响应度。在本发明的局部定位系统中，在移动单元响应度的使用中，在每个传感器单元处生成数字值，以便提供关于移动单元对通信信号响应度的测量，在某些实施例中，因此可将移动单元的响应度体现在任何商业可获得的硬件单元中，无需专门进行修改。从而，可采用序列形式，从每个传感器元件发出多个通信信号，以“检测”移动单元在指定时间周期上的响应度。通过一个或多个平均元件，生成多个平均值，与每个传感器元件对于特定传感器元件发送的特定序列中的一个或多个通信信号而生成的适度粗略的数字值相比较，它们可能更精确地反映出响应度，可将其认为是移动单元与各个传感器元件的耦合强度。从而，通过使用这些平均值表示响应度，进而表示移动单元与各个传感器元件的耦合强度，基于已知的传感器元件位置，可确定出移动单元的局部位置，而在传感器端所需的硬件和/或软件资源并不很多，可在基本上无需进行任何修改的条件下，使用用于特定无线通信应用的移动单元。从而，本发明的局部定位系统无需要求在用户端处进行任何动作(使移动单元保持在激活状态除外)就可付诸实施。例如，对多个现代移动电话设备装配允许与局域网进行数据通信的硬件和软件资源，从而在无需用户进行任何附加输入的条件下，本发明的局部定位系统就可易于使用这些资源。

在另一优选实施例，局部定位系统的传感器元件用于以不同发送功率电平发送其在序列内的通信信号。包括以至少两个不同功率电平发送特定序列的通信信号的功能，可大大加强与通信信号特定序列相关联的多个数字值的可靠性，这是由于移动单元的响应度取决于距特定传感器单元的距离。为此，在降低的发送功率电平处，移动单元可不进行响应，从而指示与以更低发送功率电平接收确认信号的传感器元件相比，距离增大。例如，每个序列可包括多个不同发送功率电平，以便接收确认信号的频率可反映距各个传感器元件的距离，且与“询问”周围发送功率电平基本恒定的特定传感器元件相比更可靠。

在又一实施例中，以传感器信号的形式提供数字值，其中所述传感器信号包括用于以生成数字值的特定传感器元件的标识。从而，控制单元可以可靠地识别数字值的源，从而保证在传感器元件与控制单元之间进行可靠的数字通信，而且不会损失每个数字值与相关传感器元件之间的相关性。以此方式，不考虑用于向控制单元提供数字值的通信媒体和信道，以及不考虑与控制单元相连的多个传感器元件，将每个数字值与良好限定的位置坐标相关联，以允许对移动单元的位置进行可靠估计。

在一个优选实施例中，至少其中一些传感器元件用于以无线方式向控制单元发送传感器信号。该配置在限定区域内安装传感器元件时提供了高度灵活性，而不会受电缆连接的限制。此外，到控制单元的无线连接便于实现针对对于空间分辨率和/或限定区域的覆盖范围的修改，对传感器元件进行重新布置。在某些情形中，提供具有不固定电源的传感器元件，且至少这些传感器元件具有无线数据通信功能，从而允许在建筑物或任何其他限定区域内临时或永久安装多个传感器元件，且无需对建筑物进行较大变化，这样可能是有利的。

在一个优选实施例中，通过电缆连接将至少其中一些传感器元件与控制单元相连。以此方式，可在传感器元件与控制单元之间建立高度可靠的数据通信，其中可使相对于数据处理和数据编码的传感器端的软件和硬件资源保持在低水平。此外，可基于电缆连接建立传感器元件与控制单元之间的供电以及其他附加通信链路。

在又一优选实施例中，传感器元件用于将数字值提供为二进制值。从而，传感器元件提供的数字值可反映对于各传感器元件发送的通信信号的简单“是”和“否”回答。例如，由于移动单元可能有利地处在可实现可靠接收通信信号的传感器元件范围内，它可对各传感器元件发送的通信信号进行响应。在此情形中，根据所用逻辑类型，可用“1”或“0”表示与各个通信信号相关联的每个数字值。由于距传感器元件的距离增大，受到影响传感器元件与移动单元之间无线传输信道的任何干扰，传感器元件可能在预定时期内不会接收到对于序列中某些通信信号的确认信号，从而可用“0”或“1”反映该情形。因此，尽管只提供两个不同的量化电平估计移动单元与各个传感器元件的耦合强度，但大大缩减了在传感器端的软件和/或硬件资源的复杂性，一个或多个平均单元无论如何均可估计出足够可靠的模拟或准模拟值，也就是，可提供具有一定分辨率或步宽的值，与最初的二进制表示相比显然更“精细”。与具有在不同发送功率电平发送通信信号的功能的传感器元件相结合，用于获得精度提高的针对性平均值的处理甚至更有效，这是由于由此二进制值的序列可隐式承载关于不同发送功率电平的信息，也就是，可将传感器元件配置成根据对于控制单元而言已知的调制方案来变化发送功率电平，可在控制单元处采用该了解信息以识别“1”和“0”序列的关系，其表示对于以不同发送功率电平发送的通信信号序列的响应度。

在其他实施例中，数字值可包括二进制值表示对于特定功率电平处的通信信号的响应度，此外还可包括特定功率电平的数字表示。在此情形中，传感器元件可独立选择特定发送功率电平，这是由于控制单元可跟踪对于特定通信信号的每个不同功率电平。在某些实施例中，可将传感器信号配置成在序列期间基本上随机地变化功率电平，从而还提高数字值的精确度，即使用二进制表示每个通信信号的响应度也是如此。

在另一实施例中，一个或多个平均单元对于每个传感器元件都包括有对应的平均部件。由于采用这样的设置，每个传感器元件都与其对应的平均部件相关联，从而实现了高度可靠性。根据对应平均部件的硬件配置，可保留事先获得的平均值和/或当前有效的平均值，即使控制单元和/或相关联的传感器元件和/或其他平均部件可临时表现出无效操作状态也是如此。在一个优选实施例中，将每个平均部件包括在其相关联的传感器元件中。通过这样的配置，可实现高度可靠性，同时还大大降低在控制单元处硬件和软件的复杂度。例如，可将平均部件配置成接收表示对所发送通信信号的响应度的二进制位流的模拟和/或数字低通滤波器。然后，可将由低通滤波器获得的平均值传送到控制单元，这可将其简单地作为模拟或数字信号(如，脉宽调制信号)实现，从而提供高发送效率，而无需复杂的编码工作。

在其他优选实施例中，将一个或多个平均单元包括在控制单元中。由此，一个或多个平均单元可完全采用硬件实现，或者可采用软件和硬件的组合来实现。从而，使在传感器端的复杂度保持在非常低的水平，同时，还可有利地使用硬件和/或软件资源(通常是在控制单元处可用)创建对应平均值。此外，通过使用控制单元的硬件和/或软件资源，可使用多种滤波器或平均算法，或可在很短时期内提供对于众多传感器元件的平均值，以便允许跟踪在限定区域内的众多移动单元。

在另一优选实施例中，控制单元包括用于估计位置的估计部件，其中，估计部件中包括计算模块，其基于移动单元距特定传感器元件的距离和与特定传感器元件相关联的平均值之间的线性关系。

从而，通过在估计部件中实现线性模块，可以以高效方式执行关于位置的计算，从而有可能在特定时间内对多个移动单元的位置进行估计。例如，可在数秒或更短时间内对公共建筑物等内众多移动单元的位置进行更新，或者以便能够以对于移动单元在建筑物内一般速度的合理空间分辨率，对移动单元的位置进行跟踪。

在另一实施例中，控制单元还用于在保留移动单元的估计位置的同时，对限定区域内至少一个其他移动单元的位置进行估计。以此方式，在特定时帧内可确定和使用多个移动单元的位置数据。也就是，无论是否可针对于特定移动单元是并行还是串行方式提供多个传感器元件，可以保留已获得的位置数据，以便提供在特定时帧中出现在多个传感器元件范围内的所有移动单元的概览。

在又一有利实施例中，系统还包括这样的接口，即，该接口可用于向可与之相连的平台提供估计出的位置。根据这样的配置，可将由局部定位系统获得的位置数据用于平台处运行的应用。例如，在一个基本应用中，可以以给定时间间隔对限定区域内出现的移动单元的数量进行估计。

根据本发明的另一方面，服务系统包括如以上任何实施例或以后将详细描述的实施例中描述的局部定位系统。此外，该服务系统包括与局部定位系统相连接的平台，以便能够接收关于移动单元位置的数据，其中，该平台用于运行基于该数据提供位置敏感服务的一个或多个应用程序。

在另一实施例中，该服务系统被用于对于室内环境的基于定位的服务。对于该应用，有利地，可结合本发明使用具有局域网通信功能的现有移动设备，其中在传感器端适度低的复杂性与本发明系统在连接和安装方面的高度灵活性提供了出色整体性能。

有利地，数据可至少表示移动单元进和/或出限定区域。如先前所指出的，通过这样的配置，可对出现在限定区域内的移动单元的数量进行估计，其中在某些实施例中，对计算资源的要求较低，以便可在很短时间间隔内完成对于众多移动单元的相应概览。

在又一有利实施例中，该系统还包括指示装置，用于指示一个或多个应用生成的服务信息。因此，可基于位置数据以高度选择性方式提供服务信息，其中，可使用声的、光的或任何合适的指示装置，将服务信息传递到用户。有利地，指示装置用于以局部方式提供服务信息。

在有利实施例中，指示装置包括用于对移动单元进行无线数据传输的通信单元。在此方式中，可以以高度选择性地传递任何服务信息，由此，根据所用移动单元的类型，可有利地使用这些传感器元件的通信硬件，这可通过判定其是否与移动单元最接近进行确定，从而提高数据传输效率。

根据本发明的又一方面，提供了对无线移动单元的位置进行估计的方法。该方法包括自设置在限定区域内的多个限定发送位置中的每个位置发送对应的通信信号序列。然后，通过对于每个序列中至少一些通信信号建立起的数字值，评估移动单元对每个通信信号序列的响应度。此外，将与对应序列相关联的数字值取平均，以生成对于每个通信信号序列的平均值，最后，基于平均值和限定发送位置确定无线移动单元的位置数据。

如先前所述，本发明使得能够基于关于移动单元存在与传感器元件附近区域中的纯数字信息，创建有意义的位置数据。然后，基于该数字值(平均值，例如通过数字低通滤波器获得)，可获得具有与所用传送位置的数量和间距相符的空间分辨率获得位置数据。从而，可将传感器元件配置成以基本连续的方式对环境进行“查询”，即，从对应传感器元件发送的每个序列可包括众多通信信号，从而允许对特定传感器元件附近的移动单元进行基本连续的跟踪。在其他情形中，可控制传感器元件以最低发送功率按照认为合适的任何期望时间模式发送通信信号，即，该期望时间模式适合于包含期望位置数据。从而，基于对于每对传感器元件/移动单元的是-否信息，获得空间分辨率取决于限定区域内多个传感器元件的位置估计。

有利地，利用通信信号的传感器元件查询在不同发送功率电平实现，从而，离传感器元件非常近的移动单元往往总是能够进行响应，而远离的单元往往仅在采用更高发送功率时会进行响应。因此，与以恒定发送功率提供通信信号相比，基于不同发送功率生成的数字数量获得的平均值，可更精确地反映各传感器元件与移动单元之间的距离。

在又一有利实施例中，确定位置数据包括：将与对应发送位置相关联的对应序列的每个平均值视为移动单元距各发送位置的距离测量；基于对应平均值获得距每个发送位置的距离；以及基于距离对移动单元的位置进行估计。

在一个有利实施例中，基于将移动单元与每个发送位置相连接的理想弹簧(ideal spring)模型，执行位置数据的确定。在此情形中，实现了对位置数据的高效和快速的计算，从而有可能对限定区域内的众多移动单元进行跟踪，其中，对位置数据的更新有可能在与通常缓慢移动的移动单元(例如，由步行者携带)的位置变化相关的任何时帧内实现。

在另一实施例中，该方法还包括确定对限定区域内移动单元进行跟踪的期望空间分辨率，基于所确定的空间分辨率选择限定发送位置的数量和位置，以及对多个发送位置中的每个位置处的至少一个位置传感器进行定位。从而，可将位置传感器的位置，以及进而将局部定位系统的性能，调整到适应所用的应用。例如，如果关于移动单元是否存在于限定区域内的是/否信息基本如期望的那样，则可将传感器元件的相应“网”安置在限定区域的任何入口或出口处，而内部基本可不安置任何传感器元件。此外，空间分辨率可取决于限定区域的具体细节，如建筑物的结构，所用材料类型，如厚墙等，预计参观人数。从而，可选择传感器元件的位置与这些条件相一致，并且还可根据移动单元的硬件配置进行调整，以便提高系统总体效率。以此方式，可选择空间分辨率接近10米或更小，如接近2米或更小，这可满足室内环境中多种基于定位的服务。

有利地，基于定位的服务可通过接收位置数据和基于位置数据提供信息来提供。从而，可基于极度局部化的位置数据生成信息，和/或可采用高度选择性方式提供由一个或多个应用提供的信息，其中可考虑将信息直接呈现在移动单元附近，或者按照这样的方式提供，即考虑使移动单元的用户知晓与他/她位置特别相关的信息。

在所附权利要求以及后面的详细描述中，描述了本发明的其他有利实施例、目的和优点，可结合附图进行理解，以进一步熟悉本发明。

附图说明

图1a示意性显示出根据本发明所示实施例的局部定位系统；

图1b示意性显示出局部定位系统的局部细节；以及

图2示意性显示出根据本发明的基于定位的服务系统。

具体实施方式

将局部定位系统的体系结构配置成使得传感器设备搜索周围空间内的移动单元，由此，在优选实施例中，以不同功率电平广播查询分组，接听响应。按照允许控制单元能够识别发送特定查询报告的对应传感器设备的方式，将所收集响应发送到控制单元。传感器设备与控制单元之间的数据传输可通过任何合适的网络连接(包括无线和/或有线传输信道)实现。由给定传感器设备报告的关于一个或多个特定移动单元的信息自然是数字的，也就是，在任何给定时间，移动单元是可到达的，从而对查询分组作出响应，或者可能是不可到达的，从而不会对查询分组作出响应。首先，通过对于任何给定传感器元件/移动单元对的多个数字信息取平均，将这些基本信息片转换成精度提高的值。最后，将精度提高的平均值转换成具有所需精度(可处在接近10米更小，对于一般的室内应用而言，如1或2米)的合适坐标值。

图1a示意性显示出根据本发明的局部定位系统100。系统100包括适当安置在限定区域101内的多个传感器元件110a，...，110c。传感器元件110a，...，110c用于无线发送符合合适发送协议的通信信号序列。例如，传感器元件110a，...，110c其中可包含有按照时序控制方式发送通信信号的任何合适输出模块，其中通信信号传递为启动合适配置的移动单元102a，...，102e的响应所需的任何信息。例如，传感器元件110a，...，110c可包括与传统局域网协议(如，蓝牙标准)相兼容的发射器部件。然而，应该理解，在传感器元件110a，...，110c中可使用任何其他无线通信技术，只要移动单元102a，...，102e设置有相应收发器部件以便对传感器元件110a，...，110c发送的通信信号作出响应即可。当传感器元件110a，...，110c用于根据诸如蓝牙标准之类的标准发送协议发送通信信号时，有利地，可向移动单元102a，...，102e提供基于定位的服务，且无需对这些移动单元进行任何修改或甚至无需用户端的任何端信息或和行为，只要将移动单元102a，...，102e激活即可，就像通常对于移动电话的情形。还应注意的是，传感器元件110a，...，110c可用于提供符合两个或多个不同发送协议的通信信息，以便允许与不同配置的移动单元进行通信。在其他实施例中，移动单元102a，...，102e可作为系统100的一部分，其中，这些移动单元可表示终端用户在进入限定区域101时可访问的专门设置的设备。在优选实施例中，传感器元件110a，...，110c用于以不同功率电平发送对应的通信信号。也就是，至少其中一些传感器元件110a，...，110c可以以两个或多个不同发送功率电平发送特定通信信号序列。从而，可随机或根据特定模式变化发送功率电平。例如，在特定序列内，即特定数量的通信信号，包括特别“接听”期，可同样频繁地使用每个发送功率，其中与移动单元在限定区域101内以一般速度移动预定距离所需的时间相比，全部序列的持续期较短。

传感器元件110a，...，110c在操作上与平均装置120相连接，进而在操作上与控制单元130相连接。平均装置120用于接收对于每对移动单元102a，...，102e和对应传感器元件110a，...，110c的多个数字值，以及为每个移动单元/传感器元件对提供与接收数字值相比精度得到提高的平均值。例如，可采用二进制值序列形式接收对于每个移动单元/传感器元件对的数字值，表示与对应移动单元/传感器元件对相关联的移动单元的响应度，其中，二进制值的序列可包括或者在之前具有合适的标识，使得平均装置120能够向对应移动单元/传感器元件对分配专用平均部件或信道。有利地，平均装置120包括能够接收数字值并对这些数字值以数字方式进行处理的硬件资源，以便为每个移动单元/传感器元件对提供平均值。例如，平均装置120可包括软件资源，以便作为数字低通滤波器，其中，可对从对应传感器元件110a，...，110c接收的多个数字序列以并行或序列化方式进行处理，这取决于平均装置120的硬件配置。一般而言，平均装置120的计算资源足以对多个数字序列以序列化方式进行处理，不会造成任何性能损失，这是由于数据处理的速度与为对应移动单元/传感器元件对提供数字值的速率相比很高。

在某些示意性实施例中，可将平均装置120设置成不同的设备，以便至少某些传感器元件110a，...，110c中包括有对应平均部件。例如，某些传感器元件110a，...，110c可装配有允许配置有可变或不变数量的平均信道的硬件资源，其中，可根据系统要求选择平均信道的容量。从而，如果期望在附近有特定最大数量的移动单元102a，...，102e，其处在一个或多个传感器元件110a，...，110c的范围内，则可选择硬件和/或软件资源来提供与可处在各传感器元件附近的移动单元该最大数量相应的多个平均信道。从而，其中包括对应有平均部件的传感器元件110a，...，110c可提供与处在各传感器元件范围内的移动单元数量相应的各个值，并且然后可将各个平均值传送到控制单元130。从而，不必向平均装置120发送对于每个移动单元/传感器元件对的多个数字值，仅需将对于每个移动单元/传感器元件对的平均值传送到控制单元130，从而，降低了针对从传感器元件110a，...，110c到控制单元130的数据传输。在其他实施例中，可将平均装置120包括在控制单元130中，从而利用控制单元130所提供的硬件和软件资源。进而将控制单元130配置成，能够基于平均装置120关于每个移动单元/传感器元件对所提供的平均值以及基于传感器元件110a，...，110c的位置，对移动单元102a，...，102e的位置进行估计。

此外，从传感器元件110a，...，110c到平均装置120和/或控制单元130的数据通信可通过任何其他合适的网络140实现，这样的网络可包括一个或多个合适的传输信道。在示意性实施例中，与平均装置120和/或控制单元130相连的数据通信网络140可基于无线通信信道建立，从而，利用传感器单元110a，...，110c的射频或光通信功能。在其他实施例中，当将数据完整性和/或电磁干扰视为重要问题时，可通过电缆连接(如采用金属导体、光纤等形式)提供数据通信140。应该理解，空间分辨率(也就是系统100可实现的位置精度)主要取决于传感器元件110a，...，110c的数量以及它们在限定区域101内的位置。从而，在给定限定区域101(如公共建筑物、商场、医院、机场、火车站等)内安装系统100，可能需对传感器元件进行重新配置和/或添加更多传感器元件，以便提高系统100的整体性能。在此情形中，可能有利地，采用便携式单元的形式提供至少某些传感器元件110a，...，110c，最好是具有无线通信功能，以便与平均装置120和/或控制单元130进行通信，其中，在某些有利实施例中，在便携式传感器元件中包含有电源。在此情形中，对于更改传感器元件110a，...，110c方面(即，传感器元件的位置和数量)具有高度灵活性，使之适合于限定区域101的具体细节。

参照图1a和图1b，下面，将更详细地描述系统100的操作。在正确安装多个传感器元件110a，...，110c之后，由此在控制单元130中创建和存储对于每个传感器元件110a，...，110c的对应位置数据，可通过传感器元件110a，...，110c对限定区域101进行搜索，此时，这些设备中的每一个都发送通信信号序列，其中，各通信信号被发送之后，传感器元件等待对于每个通信信号的响应。例如，每个传感器元件110a，...，110c可发送符合诸如蓝牙标准之类指定通信协议的数据分组，其中，该数据分组由处在一个或多个传感器元件范围内的任何移动单元102a，...，102e所识别。可能有利地，将从各个传感器元件的通信信号的传送至少同步到一定程度，以便减少因同一移动单元102a，...，102e接收不同通信信号可能带来的干扰。例如，传感器元件或至少某些相邻元件可能在操作上彼此通过网络配置相连接，以便以微小时延彼此传输对应通信信号，从而避免不同传感器元件110a，...，110c的两个或多个通信信号在特定移动单元处同时到达，由此有可能阻塞移动单元与一个或多个同时发送的传感器元件的数据通信。一个或多个移动单元102a，...，102e一旦处在一个或多个传感器元件110a，...，110c的范围内，就可针对每个查询通信信号发送响应以确认最初发送的通信信号的接收。由于对特定传感器元件的通信信号接收的确认最好可包括对应移动单元102a，...，102e的标识，可将响应(即，是/否信息)与特定移动单元的标识一道传送到平均装置120。在某些有利实施例中，传感器元件110a，...，110c的通信信号序列的传送可通过可变功率电平执行，以便与移动单元距离特定传感器元件更近的情形相比，远离特定传感器元件的任何移动单元都往往不易进行响应。从而，与移动单元距离特定传感器元件更远的情形相比，距离各传感器元件较近的移动单元可能生成包括较多是回答的是/否回答序列。在其他实施例中，可将是/否信息与表示传输功率电平的对应值一道报告给平均装置120，于此，各移动单元创建了对应是/否信息。基于多个传感器元件110a，...，110c接收的数字值，平均装置120为每个移动单元/传感器元件对生成对应平均值，其表示每个这些对的距离。如先前所述，平均值的数量取决于在限定区域101内移动单元的数量，平均装置120通常包括足够资源，硬件和软件资源，以便计算和保持平均值的相应数量。应该理解，可以以数据分组形式、作为单个值或采用任何其他合适的格式，将来自传感器元件110a，...，110c的数字值应用到平均装置120。例如，在其中一个移动单元响应其中一个传感器元件通信信号作出第一确认之后，平均装置120可建立对应“数据信道”，然后将其保留，只要特定移动单元对特定传感器元件响应即可。传感器元件110a，...，110c通过发出通信信号序列查询其环境是否存在任何移动单元102a，...，102e，由此对其环境进行搜索。下面，可假设每个移动单元102a，...，102e至少对个传感器元件110a，...，110b发送的某些通信信号响应，如先前所述，这些元件可以基于在不同功率电平发送的通信信号对其环境进行查询。当与相应移动单元的合适标识一起检测(即，接收)到对于其中一个通信信号的响应时，各传感器元件110a，110c可建立“查询报告”，该“查询报告”包括已对其中至少一个通信信号作出响应的每个移动单元的标识以及响应度的数字表示。例如，每个传感器元件110a，...，110c的相应查询端口可包括每个移动单元102a，...，102e响应每个传感器元件110a的通信信号序列的是/否回答序列。

图1b示意性显示出可由对应传感器元件110a，...，110c创建的三个查询报告111a，...，111c。从而，在本示例中，每个查询报告111a，...，111c包括与各个移动单元102a，...，102e相关联的5个“信息信道”。应该理解，某些查询报告可包括或多或少的信息信道，这取决于每个传感器元件110a，...，110c所检测到的移动单元的数量。例如，当传感器元件110c在第一次一旦检测到有新移动单元，就可在查询报告111c中建立新信息信道。同样，先前识别的移动单元持续不对特定传感器元件的通信信号进行响应时，可“删除”一个或多个信息信道。应该理解，可将信息信道的建立或删除视为虚拟概念，其中，简单地增加或减少与平均装置120进行通信的数据速率。也就是，当持续检测不到先前确认的移动单元作出的响应时，可以简单地与相应标识一起，从发送到平均装置120的数据流中除去是/否信息。同样，可将新检测到的移动单元集成到去往平均装置120的数据流中。在其他实施例中，指定信息信道可在检测时创建，可将是/否信息与标识一道发送到平均装置120，只要最终在传感器端丢弃该标识即可。

在平均装置120(如图1b中所示，包括低通滤波器矩阵，该矩阵具有滤波器信道121a，...，125a，121b，...，125b，和121c，...，125c，它们与对应查询报告的信息信道相对应)中接收查询报告111a，...，111c之后，滤波器信道从例如提供为是/否信息的数字值创建对应平均值，这些值表示每个移动单元102a，...，102e距对应传感器元件110a，...，110c的距离。例如，作为简单示例，每个滤波器信道121a，125c可包括计数器和除法器，以便基于是回答与查询总数的比率获得平均值。当接收更新是/否信息时，还可更新各平均值，从而反映每个移动单元102a，...，102e距各传感器元件110a，...，110c的距离变化趋势。然而，应该理解，可使用任何其他平均机制和算法。例如，可使用移动平均算法，其中，与更早是/否信息相比使最近的数字值加权更重。尽管将滤波器信道121a，...，125c提供作为包括软件资源的数字单元，但也可使用简单的模拟低通滤波器，如RC滤波器元件，然后，可将其输出进行数字化处理，以便为控制单元130内的其他处理提供合适的平均值。

在图1b中，控制单元130可在其中包括用于基于滤波器信道121a，...，125c提供的平均值获得位置数据的模型。在所示模块中，各移动单元102a，...，102e可线性地取决于平均装置120的各滤波器信道所提供的平均值。在一个示意性示例中，该线性关系可基于弹簧模型，其中平均值可表示模型中相应理想弹簧的弹性系数。从而，例如，如果将特定移动单元进行响应的响应度编码为“1”，而可将不能对通信信号进行响应表示为“0”，平均装置120提供的更高平均值表示增大的弹性系数，从而表示各移动单元距对应传感器元件的距离缩短。从而，控制单元130可将移动单元模型化为在空间中通过理想弹簧与相关传感器元件相连的点。然后，将移动单元的位置假设为这样的位置，即，对其施加的所有力是平衡的，然后可易于由控制单元130进行计算，以便提供对应位置数据。优选地，可将位置数据提供为坐标，这允许将位置数据用于多种应用。在其他实施例中，控制单元130所提供的位置数据可表示关于所关心点附近区域的信息。例如，可提供位置数据反映任何传感器元件110a，...，110c的附近区域，或标识该传感器元件，其与所考虑的移动单元最接近。应该理解，使用以上标识模型，考虑了在查询报告111a，...，111c中包括的信息。如果移动单元对给定传感器元件进行响应，这表示它在其范围内，这通过相应滤波器信道提供增大的平均值得以反映，从而表示对应弹簧变更强，从而，将移动单元朝对应传感器元件方向拉。相反，如果移动单元未对通信信号进行响应，这并不自动表示因通信混有了环境噪声从而它超出范围。基于该模型，考虑弹簧变得更弱表示丢失信息-在该限定情形中，弹簧可无限伸张-但从来不会推开(push away)任何移动单元。理想弹簧模型在以最少计算资源的条件下获得可靠位置数据方面效率很高，从而，有可能在合理时期内确定众多移动单元在限定区域101内的位置。例如，在数秒或更短时间内，可获得移动单元的位置数据，其表示游客在公共建筑物、商场等处的位置。

在其他实施例中，可使用不同的模型计算移动单元的位置。例如，平均装置120所提供的平均值可表示发送功率的强度，并可将其视为与距离的平方成反比，其中假设通信信号基本全向发射。基于这些假设，可计算出相应距离，然后可结合已知的传感器元件位置一起使用，获得每个传感器元件的各位置数据。

图2示意性地显示出基于定位的服务系统250，该系统可包括局部定位系统200，可将局部定位系统200同样如参照图1a和图1b所述那样进行配置。从而，局部定位系统200可包括在限定区域201内有固定位置的多个传感器元件210a，...，210i。传感器元件210a，...，210i用于与平均装置220进行通信，平均装置220进而在操作上与控制单元230相连，控制单元230用于基于平均装置220所提供的平均值以及众知周知的传感器元件210a，...，210i的位置建立位置数据。此外，局部定位系统200包括与控制单元相连的接口231，该控制单元用于使局部定位系统与外部信息源260进行数据通信，外部信息源260可用于基于通过接口231接收的位置数据提供服务信息。在所示示例中，在限定区域201内当前存在两个移动单元202a，202b，以便传感器元件210a，...，210i可将对应数字值，例如，对于每个移动单元202a，202b的是/否信息传递到平均装置220，在平均装置220内建立相应数量的滤波器信道，以便将对应平均值提供给控制单元230。可将控制单元230计算出的位置数据提供给信息源260，然后，信息源可基于位置数据提供服务信息。例如，信息源260可代表指示装置，以便鉴于在限定区域201内的当前位置，按照任何合适方式表示与移动单元202a，202b相关的信息。在某些实施例中，可将信息源260与限定区域201相连接，以便接收关于限定区域201的状态的信息，然后，可结合位置数据，使用该信息生成移动单元202a，202b的对应服务信息。例如，限定区域201可表示信息源260例如鉴于任何不正常条件可对当前状态进行评估的生产区域(production area)。当检测到需要操作员注意的任何局部事件时，可给予局部定位系统200传递的位置数据，向距离所述事件最近的该操作员进行通知。

在其他情形中，可在任何给定时间点对游客或移动单元的数量进行监视。此外，当进入限定区域201时，可对移动单元提供以信息消息，以协助移动单元承载者在限定区域201内执行其任务。在其他情形中，如商场以及其他共享空间，信息源260可提供信息，以使得移动单元彼此和/或与附近资源进行交互。例如，由源260提供信息的用户可以很容易地识别出商场职员。

在某些实施例中，可将源260提供的信息以高度局部化的方式传递到移动单元202a，202b，以便该信息可由特定移动单元202a，202b所使用，由此，该信息特别有益。从而，在将该信息传递到其中一个传感器元件(例如，距对应移动单元最近的传感器元件)时，可使用传感器元件210a，...，210i的无线通信功能，然后，由该传感器元件将信息以无线方式传送到移动单元。

从而，本发明提供了局部定位系统和基于定位的服务系统，在某些实施例中，所述系统可以无需在移动端存在任何定位专用软件，从而允许使用定制、现有的设备。通过在所考虑限定区域内合适设置无线传感器元件，局部定位系统的空间分辨率可达到期望水平，从而在传感器元件中需要较低的计算资源，其中，甚至可采用无线通信功能向平均装置或控制单元传递信息，从而允许进行低成本、大规模的部署。在优选实施例中，在控制单元中实现的定位算法由于其简单性和强健性，每秒可允许对数量庞大的位置进行计算，从而使得体系结构适于人群稠密的建筑物，如机场、商场等。

Claims (37)

1.一种局部定位系统，所述系统包括：

多个传感器元件，每个传感器元件均处在限定区域内的限定位置处，用于为所述区域内的无线移动单元无线发送通信信号序列，响应于来自所述移动单元的所述序列中至少一些所述通信信号而识别确认信号，并且基于对所述确认信号的所述识别的结果提供数字值，

一个或多个平均单元，用于接收对于每个序列的多个所述数字值，并且基于对于每个所述传感器单元的数字值生成平均值，以及

与每个所述传感器元件和所述一个或多个平均单元相连的控制单元，用于从所述一个或多个平均单元接收所述平均值，所述控制单元还用于基于所述平均值以及所述多个传感器元件的所述限定位置，估计所述移动单元的位置。

2.根据权利要求1的局部定位系统，其中所述传感器元件还用于以不同发送功率电平发送每个序列内的所述通信信号。

3.根据权利要求1或2的局部定位系统，其中以传感器信号的形式提供所述数字值，其中所述传感器信号包括生成所述数字值的特定传感器元件的标识。

4.根据权利要求3的局部定位系统，其中至少一些所述传感器元件用于向所述控制单元以无线方式发送所述传感器信号。

5.根据权利要求1或2的局部定位系统，其中通过电缆连接将至少一些所述传感器元件与所述控制单元相连接。

6.根据权利要求1至5中的任何一项的局部定位系统，其中所述传感器元件用于以二进制值的形式提供所述数字值。

7.根据权利要求1至6中的任何一项的局部定位系统，其中所述一个或多个平均单元包括用于每个传感器元件的可扩展平均部件，用于提供所述平均值，以便将其指定给对应的传感器元件和所述移动单元。

8.根据权利要求7的局部定位系统，其中将每个所述平均单元包括在与其相关联的传感器元件中。

9.根据权利要求1至7中的任何一项的局部定位系统，其中将所述一个或多个平均单元包括在所述控制单元中。

10.根据权利要求1至9中的任何一项的局部定位系统，其中所述控制单元包括用于估计所述位置的估计部件，所述估计部件包含了这样的模型，即所述模型基于所述移动单元距特定传感器元件的距离和与所述特定传感器元件相关联的平均值之间的线性关系。

11.根据权利要求1至10中的任何一项的局部定位系统，其中所述控制单元还用于在保留所述移动单元的估计位置的同时，对所述限定区域内至少一个其他移动单元的位置进行估计。

12.根据权利要求1至11中的任何一项的局部定位系统，还包括：

用于向可与之相连的平台提供所述估计位置的接口。

13.一种服务系统，包括：

根据权利要求1至12中的任何一项的局部定位系统，以及

与所述局部定位系统相连接的平台，以便能够接收关于所述移动单元的位置的数据，所述平台用于运行基于所述数据提供位置敏感服务的一个或多个应用程序。

14.根据权利要求13的服务系统，其中所述服务系统被用于基于定位的室内环境。

15.根据权利要求13或14的服务系统，其中所述数据表示所述移动单元进入和/或离开所述限定区域。

16.根据权利要求13至15中的任何一项的服务系统，还包括：

一个或多个指示装置，用于指示由所述一个或多个应用生成的服务信息。

17.根据权利要求16的服务系统，其中所述一个或多个指示装置用于以局部化方式提供所述服务信息。

18.根据权利要求17的服务系统，其中所述一个或多个指示装置包括用于对所述移动单元进行无线数据传输的通信单元。

19.一种对无线移动单元的位置进行估计的方法，所述方法包括：

从设置在限定区域内的多个限定发送位置中的每个位置，发送对应的通信信号序列，

通过对于每个序列中的至少一些通信信号的数字值，评估所述移动单元对每个通信信号序列的响应度，

将与所述序列中的对应一个序列相关联的数字值取平均，以生成对于每个通信信号序列的平均值，以及

基于所述平均值和所述限定发送位置，确定所述无线移动单元的位置数据。

20.根据权利要求19的方法，其中将每个序列中的至少一些通信信号以不同发送功率发送。

21.根据权利要求19或20的方法，其中所述数字值是表示对应通信信号是否由所述移动单元接收的二进制值。

22.根据权利要求19至21中的任何一项的方法，其中相对于发送所述序列的限定位置而言，远程地执行对对应序列的数字值取平均。

23.根据权利要求22的方法，还包括：

将对于所述对应序列的所述数字值发送到远程控制单元。

24.根据权利要求23的方法，其中通过无线传输信道发送所述数字值。

25.根据权利要求22的方法，其中通过电缆传输信道，将至少一个序列的数字值发送到远程控制单元。

26.根据权利要求19至25中的任何一项的方法，其中确定所述位置数据包括：

将与对应发送位置相关联的对应序列的每个平均值作为所述移动单元距所述对应发送位置的距离测量，基于所述对应平均值获得距每个发送位置的所述距离，以及基于所述距离，对所述移动单元的位置进行估计。

27.根据权利要求26的方法，其中基于将所述移动单元与每个所述发送位置相连接的理想弹簧模型，执行所述位置数据的确定。

28.根据权利要求19至27中的任何一项的方法，还包括：

将所述位置数据提供给接口。

29.根据权利要求28的方法，还包括：

将所述位置数据提供给基于定位的服务。

30.根据权利要求19至29中的任何一项的方法，还包括：

在预定时间周期内为所述限定区域内的多个移动单元确定位置数据。

31.根据权利要求19至30中的任何一项的方法，还包括：

确定对所述限定区域内的所述移动单元的期望空间分辨率，基于所述确定的空间分辨率，选择所述限定发送位置的数量和位置，以及对所述多个发送位置中的每个位置处的至少一个位置传感器进行定位。

32.根据权利要求31的方法，所述期望空间分辨率小于近10米。

33.根据权利要求19至32中的任何一项的方法，其中所述通信信号符合为无线数据通信建立的协议。

34.一种提供基于定位的服务的方法，所述方法包括根据权利要求19至33中的任何一项的方法的步骤，还包括：

接收所述位置数据，以及

基于所述位置数据提供信息。

35.根据权利要求34的方法，其中所述位置数据指示所述移动单元进入所述限定区域。

36.根据权利要求34或35的方法，其中所述信息还涉及所述限定区域的状态。

37.根据权利要求34的方法，还包括：

使用所述位置数据，以建立所述移动单元与多个源中的其中一个或多个的交互，其中选择所述一个或多个源，以便定位在所述移动单元的附近。

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