专利名称：基于电子标签和数据库的室内外定位系统及其定位方法
技术领域：
本发明涉及一种用于物流和导航的定位系统，具体涉及基于电子标签和数据库的
室内外定位系统及其定位方法。
背景技术：
基于位置的服务(LBS :Location Based Service)是电子信息产业的一个拥有广 泛应用和巨大市场价值的领域，目前现有的定位系统包含以下几种
—、GPS定位 全球定位系统GPS是一个基于中距离圆型轨道卫星的导航系统。它可以为地球表 面绝大部分地区提供准确的定位、测速和高精度的时间标准，GPS系统由大约24颗专用GPS 卫星及地面支持设备组成。民用GPS可以达到十米左右的定位精度。 其缺点在于全球定位系统精度不高，且不能覆盖室内和遮蔽的室外空间，不易部 署，同时使用者在使用导航服务的同时，自己也被跟踪，隐私不能得到保障。
二、WiFi无线定位 基于IEEE802. 11协议的WiFi (无线局域网)及类似的无线定位为至少一个访问 点和一个或一个以上的客户端，在IEEE802. 11协议下设置的WiFi网络，其IEEE802. 11协
议采用两种无线调频方式和一种红外传输的方式。两个设备之间的通信可以自由直接的方 式进行，也可以在基站或者访问点的协调下进行。 其缺点在于大范围部署成本高，需要有源客户端设备，10米左右的精度对室内
的应用有局限性，维护工作量大，使用者也同样是被跟踪的。 三、手机移动定位 手机定位是利用GSM或CDMA无线移动通信网的蜂窝技术来实现位置信息的查询，
GSM或CDMA无线移动通信网是由许多像蜜蜂蜂窝一样的小区构建而成的，每个小区都有自
己的编号，通过手机所在小区的识别号就可以知道手机所在区域。 其缺点在于对室内应用定位精度不够，且无法保护用户的隐私。RFID是Radio Frequency Identification的縮写，即射频识别，俗称电子标签。
RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取
相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体
并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

发明内容
本发明提供一种基于电子标签和数据库的室内外定位系统及其定位方法，可实现 高精度的室内外地理定位，部署成本低，更适用于移动计算，解决了用户的位置和其他隐私 被暴露的问题。 为实现上述目的，本发明提供一种基于电子标签和数据库的室内外定位系统及其 定位方法，该系统包含读取设备，以及若干电子射频标签；该电子射频标签和读取设备之间通过无线射频进行识别。 上述的电子射频标签设置在室内外的固定或移动的标识物上；上述的读取设备为 可移动设备。 上述的电子射频标签的数据库内包含有标签的位置编码信息；上述的读取设备的 数据库内包含有地理信息。 上述的电子射频标签包含地理标签和物体标签；该地理标签处于绝对静止状态； 该物体标签内储存物体的位置编码和物体自身名称和性质的编码，物体可发生移动，该物 体标签发生移动时，根据实际应用的需要，重新人工或用仪器测量获得移动后的位置信息， 并相应更新该物体标签的数据库位置编码信息。 上述电子射频标签为有源的或无源的，该电子射频标签的发射频率为低频或高频 或超高频。 上述读取设备分为高频阅读器和超高频阅读器，该高频阅读器的阅读距离为0到 20厘米，该超高频阅读器的阅读距离为0到2米。 —种用于基于电子射频标签和数据库的室内外定位系统的定位方法，其特征是， 包含以下步骤 步骤1将多个地理标签和物体标签预先布置在室内、遮蔽的室外或无遮蔽室外空 间中的固定或移动的标识物上，将标签的位置编码信息记录在标签数据库中；
步骤2读取设备开始对标签进行探测； 步骤3读取设备读取电子射频标签数据库内的位置编码信息；
步骤3. 1读取设备发射无线电波； 步骤3. 2电子射频标签感应读取设备的电波信号后，反馈其内部数据库的位置编 码信息至读取设备； 步骤4读取设备根据所读取的标签数据库内的位置编码信息，查询读取设备数据
库内的信息，获得标签所在地的地理位置信息； 步骤5读取设备显示标签当前所在地的地理位置信息。 上述的步骤2中，若在阅读距离内探测到电子射频标签，且信号强度超过设定的 阈值，则进行步骤3，若在读取设备的最大阅读距离内，探测到若干个电子射频标签，则读取 设备选取信号最强的电子射频标签进行读取。 上述的步骤4中，读取设备数据库中记录的地理位置编码信息包含 —级参照物五维坐标，该五维坐标包含地理经度，纬度，绝对海拔高度，相对地面
高度，定位时间； —级参照物五维坐标的历史记录； 二级参照物相对于第一级参照物的相对四维坐标，该四维坐标包含经度、纬度、高 度和时间； 第N级(N > = 2)参照物相对第N-l级参照物的相对四维坐标； 各电子射频标签相对第N级参照物的相对四维坐标； 各级参照物(N >= 2)及各电子射频标签的四维坐标的历史记录。 上述的步骤4中，读取设备根据所读取的标签数据库内的位置编码信息，将当前
经纬度和高度信息直接或通过公式计算，获得该标签所在地的地理位置信息。
本发明基于电子标签和数据库的室内外定位系统及其定位方法与现有的定位系 统相比，其优点在于，本发明系统采用电子射频标签和无线的读取设备，可实现更精确的定 位，可覆盖现有技术难以达到的区域； 本发明采用电子射频标签，部署成本低廉，更适用于移动计算； 本发明采用的电子射频标签，其编码内容仅与位置信息关联而不与用户信息关 联，不会主动泄露读取设备和用户的信息，解决了用户位置和隐私暴露的问题，提高用户使 用的安全性和隐私性。


图1为本发明基于电子标签和数据库的室内外定位系统的结构示意图；
图2为本发明基于电子标签和数据库的室内外定位系统的定位方法的流程图。
具体实施例方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。 如图1所示，本发明基于电子标签和数据库的室内外定位系统包含读取设备1，以 及若干电子射频标签2 ;该电子射频标签2和读取设备1之间通过无线射频进行识别。
读取设备1采用可移动携带的阅读器，若读取设备1的无线发射频率为高频时，其 阅读距离为0到20厘米；若读取设备1的无线发射频率为超高频时，其阅读距离为0到2 米。该读取设备l内部设有数据库，数据库中记录有配套的每个电子射频标签2所在地的 地理位置信息。读取设备l通过射频原理读取电子射频标签2内的位置编码信息，并根据 电子射频标签2的位置编码信息，查询电子射频标签2的数据库中该电子射频标签2所对 应的地理信息，可以获得该电子射频标签2当前和历史的地理信息。
读取设备1的数据库内所包含的信息有以下的全部或部分信息
— . 一级参照物五维坐标，该五维坐标包含地理经度，纬度，绝对海拔高度，相对 地面高度，定位时间； 二 . 一级参照物五维坐标的历史记录； 三.二级参照物相对于第一级参照物的相对四维坐标，该四维坐标包含经度、纬 度、高度和时间，例如某建筑物基准点的四维坐标； 四.第N级(N > = 2)参照物相对第N-l级参照物的相对四维坐标，例如某房间 的基准点的四维坐标； 五.各电子射频标签2相对第N级参照物的相对四维坐标； 六.各级参照物及各电子射频标签2的四维坐标的历史记录。 其中，电子射频标签2或第N级参照物的绝对坐标可由前N级参照物的坐标的对
应项简单相加即得。 电子射频标签2采用目前公开销售的各种频率的有源或无源的电子射频标签，其 可设置于室内外地面和墙壁等其他固定或移动附着物上。电子射频标签2设有数据库，该 数据库内记录特定编码，其基本特征是每个电子射频标签2拥有唯一编码，由于一般标签 可存储64到lk位，因此可以最多设置有2的64-1024次方个拥有不同编码的电子射频标 签2。
电子射频标签2的地理位置信息可根据当前经纬度和高度信息，由读取设备1直 接或通过公式计算得到。例如，假定电子射频标签2共可储存32bit信息，可将其分为每 8bit—段，编码后存储经度、纬度、高度和其他信息，读取时按照事先的约定解码，若编码时 最后一步将2进制码每一位循环左移，解码时就需要首先每一位做循环右移。
电子射频标签2分为地理标签和物体标签， 一般情况下地理处于绝对静止状态， 数据库记录其各级地理位置信息；物体标签可能发生移动，起定位作用时，是处于静止状 态，如果发生移动，数据库里要更新其所代表的地理信息，还可以记录或通过计算得出与地 理标签或其他物体标签的相对位置，为下一步应用提供信息。 以下结合图2说明本发明一种基于电子射频标签和数据库的室内外定位系统的 定位方法 步骤1多个电子射频标签2根据实际应用的要求，按不同的密度预先布置于需进 行定位的室内和遮蔽的室外空间中，粘贴在物体表面、置于地毯或地板下等看不到但无线 电波可以发射到的地方，每个设置的点设置一个或多个地理标签或物体标签，可以是有源 或无源的，也可以是低频、高频或超高频的电子射频标签2，不同类型的电子射频标签2对 应不同的读取范围。设置好电子射频标签2后，将每个电子射频标签2地理位置信息都记 录于数据库内； 步骤2读取设备1开始对标签进行探测，读取设备1靠近一事先部署的电子射频 标签2，使该电子射频标签2进入读取设备1的最大阅读距离。当读取设备1探测到该电子 射频标签2且其信号强度超过事先制定的阈值时，就说明电子射频标签2在读取设备1的 阅读距离以内，若在最大阅读距离内有不只一个电子射频标签2被阅读到，读取设备1则选 取信号最强的电子射频标签2作为用来定位的标签； 步骤3读取设备1读取电子射频标签2数据库内的位置编码信息；
步骤3. 1读取设备1发射无线电波至电子射频标签2 ; 步骤3. 2电子射频标签2感应读取设备1的电波信号后，反馈其内部数据库的位 置编码信息至读取设备1 ; 步骤4读取设备1根据所读取的标签数据库内的位置编码信息，查询读取设备1 数据库内的地理信息，获得标签所在地的地理位置信息，或者读取设备1也可以将当前经 纬度和高度信息通过公式计算，获得该电子射频标签2所在地的地理位置信息。而读取设 备1所在位置大约等于该电子射频标签2所在的位置，地理位置的最大误差为读取设备1 的最大阅读距离，例如，当读取设备1的最大阅读距离为1. 5米，读取设备1对其自身位置 定位的最大偏差为1.5米，而通过对信号强度的阈值设定，可获得更精确的定位，阈值越高 定位越精确； 步骤5读取设备1显示其当前所在地的地理信息。 在上述的方式下，位置编码信息是从电子射频标签2单向传输到读取设备1的，电 子射频标签2通过感应读取设备1发射的无线电波传输数据，电子射频标签2不能获得读 取设备1及其使用者的信息，电子射频标签2也不能向外主动发射与读取设备1相关的信 息，只要读取设备1本身不向外发送自身的信息，其他设备或人就不能通过这种途径获得 使用者信息，这样使用者的隐私可以得到一定程度的保护，不会因为系统自身的技术特点 泄露隐私信息。
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尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的 多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
一种基于电子标签和数据库的室内外定位系统，其特征在于，该系统包含读取设备(1)，以及若干电子射频标签(2)；所述的电子射频标签(2)和读取设备(1)之间通过无线射频进行识别；所述的电子射频标签(2)设置在室内外的固定或移动的标识物上；所述的读取设备(1)为可移动设备。
2. 如权利要求1所述的一种基于电子标签和数据库的室内外定位系统，其特征在于， 所述的电子射频标签(2)的数据库内包含有标签的位置编码信息，位置编码信息仅与位置 信息关联而不与用户信息关联；所述的读取设备(1)的数据库内包含有地理信息。
3. 如权利要求2所述的一种基于电子标签和数据库的室内外定位系统，其特征在于， 所述的电子射频标签(2)包含地理标签和物体标签；所述的地理标签处于绝对静止状态； 所述的物体标签内储存物体的位置编码和物体自身名称和性质的编码，物体可发生移动， 该物体标签发生移动时，根据实际应用的需要，重新人工或用仪器测量获得移动后的位置 信息，并相应更新该物体标签的数据库位置编码信息。
4. 如权利要求3所述的用于基于电子标签和数据库的室内外定位系统的定位方法，其 特征在于，所述电子射频标签(2)为有源的或无源的，所述电子射频标签(2)的发射频率为 低频或高频或超高频。
5. 如权利要求1所述的用于基于电子标签和数据库的室内外定位系统的定位方法，其 特征在于，所述读取设备(1)分为高频阅读器和超高频阅读器，所述高频阅读器的阅读距 离为0到20厘米，所述超高频阅读器的阅读距离为0到2米。
6. —种用于基于电子标签和数据库的室内外定位系统的定位方法，其特征在于，包含 以下步骤步骤1将多个地理标签和物体标签预先布置在室内、遮蔽的室外或无遮蔽室外空间中 的固定或移动的标识物上，将标签的位置编码信息记录在标签数据库中； 步骤2读取设备(1)开始对标签进行探测；步骤3读取设备(1)读取电子射频标签(2)数据库内的位置编码信息； 步骤4读取设备(1)根据所读取的标签数据库内的位置编码信息，查询读取设备(1) 数据库内的地理信息，获得标签所在地的地理位置信息；步骤5读取设备(1)显示标签当前所在地的地理位置信息。
7. 如权利要求6所述的用于基于电子标签和数据库的室内外定位系统的定位方法，其 特征在于，所述的步骤3还包含以下步骤步骤3. 1读取设备(1)发射无线电波；步骤3.2电子射频标签(2)感应读取设备(1)的电波信号后，反馈其内部数据库的位 置编码信息至读取设备(1)。
8. 如权利要求7所述的用于基于电子标签和数据库的室内外定位系统的定位方法，其 特征在于，所述的步骤2中，若在阅读距离内探测到电子射频标签(2)，且信号强度超过设 定的阈值，则进行步骤3，若在读取设备(1)的最大阅读距离内，探测到若干个电子射频标 签(2)，则读取设备(1)选取信号最强的电子射频标签(2)进行读取。
9. 如权利要求7所述的用于基于电子标签和数据库的室内外定位系统的定位方法，其 特征在于，所述的步骤4中，读取设备(1)数据库中记录的地理位置信息包含一级参照物五维坐标，该五维坐标包含地理经度，纬度，绝对海拔高度，相对地面高度， 定位时间；一级参照物五维坐标的历史记录；二级参照物相对于第一级参照物的相对四维坐标，该四维坐标包含经度、纬度、高度和 时间；第N级(N >= 2)参照物相对第N-l级参照物的相对四维坐标；各电子射频标签(2)相对某级参照物的相对四维坐标；各级参照物(N>= 2)及各电子射频标签(2)的四维坐标的历史记录。
10.如权利要求7所述的用于基于电子标签和数据库的室内外定位系统的定位方法，其特征在于，所述的步骤4采用以下方法读取设备(1)根据所读取的标签数据库内的位置编码信息，将当前经纬度和高度信息直接或通过公式计算，获得标签所在地的地理位置信息。
全文摘要
本发明涉及一种基于电子标签和数据库的室内外定位系统及其定位方法，该系统包含读取设备，以及若干电子射频标签；该电子射频标签和读取设备之间通过无线射频进行通信以获取标签内的编码信息；电子射频标签设置在室内外的固定或移动的标识物上；读取设备为可移动设备。本发明系统采用高密度部署的电子射频标签和无线读取设备，可实现更精确的定位，可覆盖现有技术难以达到的区域；采用电子射频标签，部署成本低廉，更适用于移动计算；电子射频标签的编码内容仅与位置信息关联而不与用户信息关联，不会主动泄露读取设备和用户的信息，解决了用户位置和隐私暴露的问题，提高用户使用的安全性和隐私性。
文档编号G01S13/74GK101793962SQ201010023030
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月20日 优先权日2010年1月20日
发明者张楠 申请人:张楠