基于超寬帶技術的多區域定位系統設計

陳 雷,王夏陽

(珠海優特電力科技股份有限公司，廣東 珠海 519000)

0 引言

“中國制造2025”的提出和推進，引領了智能制造產業的蓬勃發展，其中，基于位置信息的定位服務，作為工業管控自動化領域中的重要一環，也越發廣泛地被推廣和應用[1-3]。無線定位技術，作為定位技術中最重要的一個技術領域，由于其定位精度高、工程部署簡單、成本低廉，已經越來越得到工業界和學術界的重視[4]。

近年來，無線通信技術不斷突破技術瓶頸，為無線定位技術的進步奠定了堅實的基礎；其中，衛星定位技術[5-7]、無線傳感網絡定位技術[8-12]、以及藍牙定位技術[13-14]發展快速，定位性能大幅提升，擴展了無線定位技術的應用場景。然而，上述基于無線載波技術的無線定位技術，信號在傳播過程中會被建筑或者大型設備遮擋，影響定位精度，所以無法滿足復雜環境下的高精度定位需求，限制了無線定位技術在高精度場景下的應用[15-16]。

超寬帶(UWB, ultra wide band)定位技術作為無線定位技術的生力軍，利用納秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據，屬于無載波通信技術，具有分辨率高、抗多徑干擾能力強、功耗與復雜度低的特點，越發得到業界學者和相關廠商的關注[17-18]。UWB技術將測量距離的誤差降低為厘米級，為位置信息的解算提供了高精度數據源，從根本上提高了無線定位系統的定位精度[19-23]。所以，UWB定位技術已經成為高精度定位領域內最閃耀的新星[24]。

UWB定位技術的出現和不斷革新，使得無線定位技術逐漸滿足了工業界對精準位置信息服務的需求，應用于變電站、軌道交通、礦井等各種安全生產監控系統中[25-26]。隨著定位場景的不斷擴展，使用單一定位區域已經不再能夠滿足定位系統的要求，例如：室內室外定位環境具有較明顯的差異，需要分別進行定位，以提高定位精度[27-29]；在大面積和復雜環境中，分區域定位可以降低非視距傳輸的影響，并解決基站遠距離無線同步困難的問題[30-32]。但是，在各個區域交界處，受到定位精度以及區域切換算法的影響，定位系統容易出現切換失敗(應該切換而未觸發切換)、切換錯誤(不應該切換而觸發切換)、切換乒乓(在同一位置反復觸發切換)以及切換時延過長等現象，降低了整體性能效果，影響了定位系統在實際工程中的應用[33]。

針對這一核心問題，本文提出了一種區域切換的方法及流程，并將之應用于基于超寬帶技術的多區域定位系統中。經過工程現場實測驗證，該方法能夠有效實現區域切換，切換時延約在1 s左右；而且通過使用多區域定位場景，提高了系統的整體定位精度，滿足工程實際對位置服務精度和時延的要求，為無線定位技術的推廣提供了重要的技術保障。

在本文以下章節中，章節1介紹了基于UWB定位技術的多區域定位系統的典型架構和基本原理；章節2提出了區域切換的具體算法及相關流程；章節3描述了工程現場的測試環境與相關參數，然后展示并分析了測試結果；最終，在章節4總結全文。

1 多區域定位系統結構及原理

典型的多區域定位系統架構如圖1所示，由定位標簽、定位基站、以及定位服務器組成，其中，定位服務器內有對應于每個定位區域的區域定位器以及區域選擇器[34]。

圖1 多區域定位系統框架及定位過程圖示

1.1 定位標簽

定位標簽使用UWB通信模組，周期性地與定位基站進行通信，將每條通信報文的發送時刻、接收時刻以及該標簽的唯一標識碼傳輸給定位基站。

1.2 定位基站

定位基站使用UWB通信模組，接收并響應定位標簽的定位請求，根據報文中的內容形成定位數據，通過以太網或者Wi-Fi發給定位服務器中對應的區域定位器中。對于多區域的定位系統，每個區域內都要部署定位基站；當定位基站部署于多個定位區域的交叉地帶時，該定位基站的定位數據需要傳輸給定位服務器中對應的每個區域定位器，以參與該區域內的定位坐標點的求解過程。

此外，在定位基站之中選擇一個作為基準基站，通過時鐘同步原理[35]，將定位區域內其他定位基站的時間與基準基站的時間保持同步。

1.3 定位服務器

定位服務器負責利用定位數據完成位置的解算。在多區域的定位系統中，定位服務器由一系列區域定位器和一個區域選擇器組成。其中，每個定位區域對應一個區域定位器，利用區域內定位基站傳輸的定位數據，求解得到定位標簽在該區域內的定位坐標點；每個區域定位器將定位坐標點傳輸給區域選擇器，由區域選擇器利用相關算法做出仲裁，選出區域選擇的結果(所選區域及對應的定位坐標點)。

本文的關注點是多區域定位系統中區域選擇的算法，其核心問題是要解決定位標簽運動過程中，區域選擇器中定位預期的切換問題，如圖2所示，當定位標簽從定位區域1運動到區域2時，區域選擇器需要相應地從選擇區域1的定位坐標點切換到選擇區域2的定位坐標點。既要保證該過程的準確性與實時性，也要防止選擇結果出現切換乒乓的現象。相關算法在下一章節中進行詳細闡述。

圖2 區域切換示意圖

2 系統軟件設計

在定位服務器內，每個定位區域對應的定位器完成該區域內定位坐標點的計算，然后將該區域內的定位坐標點輸入給區域選擇器，由區域選擇器判斷是否觸發切換、并仲裁區域選擇的結果(結果內容含有所選的區域及該區域對應的定位坐標點)。區域選擇器的工作流程如圖3所示。

圖3 區域選擇器的工作流程圖示

步驟1:計算每個區域的特征值，包括基站特征值集合λA={λA,i,i=1～N}和邊界特征值集合λB={λB,j,j=1～M}。對于一個區域，該特征值只需在配置區域信息時計算一次，并用于區域選擇。具體計算過程在章節2.1中詳述。

步驟2:輸入每個定位區域定位器計算所得的定位坐標點，對這些定位坐標點進行區域選擇仲裁。

步驟3:判斷每個定位區域的定位坐標點是否在該區域的邊界范圍內，并以此計算邊界權重ωη的值。具體過程在章節2.2中詳述。

步驟4:利用每個區域定位器的坐標點結果，計算每個區域的殘留誤差權重ωε的值。具體過程在章節2.3中詳述。

步驟5:根據每個區域的定位坐標點與特征值，計算基站特征值權重ωA和邊界特征值權重ωB的值。具體過程在章節2.4中詳述。

步驟6:綜合考慮“步驟4～6”的所有權重值，計算置信因子Λ的值，具體計算過程在章節2.5中詳述。

步驟7:根據每個區域內的置信因子的值，判斷是否觸發切換條件，并仲裁區域選擇的最終結果。具體過程在章節2.6中詳述。

步驟8:輸出所選區域及該區域對應的定位結果。

通過以上步驟，可以計算得到區域選擇的最終結果。每一步的具體過程在該章節的下文中進行詳述。

2.1 計算定位區域的特征值

在定位服務器內，輸入每個定位區域的切換信息，包括：

1)本區域的區域編號：每個區域在服務器內的唯一標識，用于區分不同區域；

2)可切換區域的區域編號：該區域可以切換到的目標區域的區域編號；

3)區域邊界數量M與每條區域邊界：每個邊界可以定義為一段由一系列的點的集合組成的線，每條線記為Bj,j=1～M，這些線首尾相接，構成整個區域的邊界；

4)邊界附近的基站數量N與邊界附近的基站坐標Ai,i=1～N。

利用這些區域信息，計算得到每個區域對應的基站特征值集合λA={λA,i,i=1～N}和邊界特征值集合λB={λB,j,j=1～M}。

圖4 區域內格子劃分與點位距離示意圖

特別地，點P到邊界Bj上所有點{PB,j∈Βj}的距離的最小值lB,j可以表示為：

(1)

其求解方法如圖5所示：

圖5 點到邊界的距離求解示意圖

1)如果點P在邊界Bj上，則距離為0。

2)如果在邊界外，從點P做邊界Bj的垂線，當垂線的交點在邊界Bj上時，則垂線距離即為lB,j；

3)如果在邊界外，從點P做邊界Bj的垂線，當垂線的交點在邊界Bj外時，求得點P到邊界Bj的兩個端點的距離中較小的一個，即為lB,j。

定位區域特征值計算過程如圖6所示，將定位區域以一定的粒度劃分成大小相等的格子，遍歷所有格子中心，求得基站特征值集合λA={λA,i,i=1～N}和邊界特征值集合λB={λB,j,j=1～M}。計算過程可以表述為：

圖6 區域特征值求解過程圖

步驟1:計算格子中心點P到每個基站i的歐式距離lA,i：

(2)

步驟2:找到{lA,i,i=1～N}中的最小值及對應的基站I：

lA,I=min{lA,i,i=1～N}

(3)

步驟3:從該定位區域的基站特征值集合λA={λA,i,i=1～N}中找到基站I對應的值λA,I，并更新：

λA,I=max{λA,I,lA,I}

(4)

步驟4:計算格子中心點P到每個邊界j的距離lB,j，即，中心點P到邊界Bj上所有點{PB,j∈Βj}的距離的最小值lB,j；

步驟5:找到{lB,j,j=1～M}中的最小值及對應的邊界J：

lB,J=min{lB,j,j=1～M}

(5)

步驟6:從該定位區域的邊界特征值集合λB={λB,j,j=1～M}中找到邊界J對應的值λB,J，并更新：

λB,J=max{λB,J,lB,J}

(6)

步驟7:遍歷區域內的所有格子，重復“步驟1～6”，更新該區域的基站特征值集合λA={λA,i,i=1～N}和邊界特征值集合λB={λB,j,j=1～M}。

通過以上步驟，可以計算得到每個區域的基站特征值集合λA={λA,i,i=1～N}和邊界特征值集合λB={λB,j,j=1～M}。

2.2 判斷定位結果是否在區域邊界內，并獲得邊界權重值ωη

對于每個定位區域，需要判斷定位結果是否在區域邊界范圍內，判斷方法為射線法，如圖7所示，從定位結果點P0引一條射線P0Q，根據射線P0Q與邊界的有效交點個數(記為f)判斷點P0是否在邊界內：當有效交點個數為奇數時，判斷點P0在邊界范圍內；否則，判斷點P0在邊界范圍外。其中，有效交點是指射線與邊界存在交點，且該交點不是邊界的兩個頂點中較低的頂點。

圖7 射線法判斷點位是否在邊界內的示意圖

判斷過程如圖8所示，可以表述為：

圖8 判斷定位結果是否在邊界內的流程圖示

步驟1:過定位結果坐標點P0、沿X軸正方向做一條平行于X軸的射線(記為P0Q)，并初始化有效交點個數f=0；

步驟2:求解射線P0Q與邊界Bj(j=1～M)的交點：如果射線P0Q與邊界Bj平行或重合，則認為不存在交點，進入“步驟4”；否則，求解射線P0Q與邊界Bj的交點，并進入“步驟3”；

步驟3:如果射線P0Q與邊界Bj(j=1～M)的交點與邊界Bj較低的頂點不同，則認為該交點為有效交點，并更新有效交點個數f=f+1；否則，認為該交點為無效交點，有效交點個數f不發生變化；

步驟4:遍歷區域的所有邊界Bj(j=1～M)，重復“步驟2～3”，更新有效交點個數f；

步驟5:根據f的值，判斷坐標點是否在邊界區域內，并以此給定邊界權重ωη的值：

(7)

通過以上步驟，可以分別判斷每個定位區域內的定位結果坐標點是否在對應的定位區域邊界范圍內，并相應的更新邊界權重ωη的值：當定位結果坐標點在區域邊界范圍內時，權重值ωη=1；否則，權重值ωη=-1。

2.3 計算每個區域定位坐標點的殘差權重ωε

在一個定位區域內，一共部署了K個定位基站，坐標分別為Pk,k=1～K；并選擇其中一個作為基準基站(其坐標為P1)，主要負責為其他基站提供同步信號，以保證全部的基站都實現時鐘同步。每個定位基站k都對應一個定位數據記為μk,k=1～K。當使用飛行時間(ToF, time of flight)定位手段時，定位數據μk為定位標簽與該基站之間的距離；當使用到達時間差(TDOA, time difference of arrival)定位手段時，定位數據μk為定位標簽到該基站的距離減去定位標簽到基準基站的距離的差值。

(8)

(9)

(10)

進而計算得到殘差權重值ωε：

(11)

所以，殘差權重表達式(11)可以理解為：當定位精度越高時，定位結果坐標點的殘差ε值越小，其權重值ωε越大。

2.4 計算區域特征值權重ωA和ωB

計算定位結果P0到各個邊界附近的基站Ai,i=1～N的距離dA,i:

(12)

找到集合中{dA,i,i=1～N}的最小值dA,I及對應的基站I:

dA,I=min{dA,i,i=1～N}

(13)

根據基站I，在章節2.1求得的基站特征值集合λA={λA,i,i=1～N}中，找到基站I對應的基站特征值λA,I，進而計算得到該區域的基站特征值的權重ωA：

(14)

計算定位結果P0到各個邊界Bj的距離dB,j：

(15)

找到集合中{dB,j,j=1～M}的最小值dB,J及對應的邊界J：

dB,J=min{dB,j,j=1～M}

(16)

根據邊界J，在章節2.1求得的邊界特征值集合λB={λB,j,j=1～M}中，找到邊界J對應的邊界特征值λB,J，進而計算得到該區域的邊界特征值權重ωB：

(17)

所以，特征值權重表達式(14)和(17)可以理解為：當定位結果坐標點距離邊界越遠時，其特征值權重ωA和ωB的取值越大。

2.5 計算該區域的置信因子Λ

綜合表達式(7)、(11)、(14)和(17)，計算該區域的置信因子Λ：

Λ=ωη(ωA+ωB)+ωε

(18)

特別地，當定位區域內不存在定位結果時，置信因子Λ=-∞，意味著定位系統不會觸發切換進入一個不存在定位結果的區域。

表達式(18)可以理解為：

1)當定位結果在本區域內時ωη=1，如果定位結果坐標點離邊界越遠，特征值權重值ωA和ωB越大，導致其置信因子Λ較大，所以不容易切換離開本區域；當定位結果在本區域外時ωη=-1，如果定位結果坐標點離邊界越遠，特征值權重值ωA和ωB越大，導致置信因子Λ越小，所以不容易切換進入本區域。

2)當定位結果在本區域內時，其定位結果的殘留誤差較小，殘差權重值ωε較大；當離開本區域時，其定位結果的殘留誤差較大，殘差權重值ωε較小。所以，當離開定位區域時，其置信因子Λ的取值更小，更容易判定切換離開當前區域。

2.6 判斷是否發生切換，仲裁區域選擇結果

每個區域都對應有一個區域選擇計數器δ，用于輔助判斷是否發生區域切換。對于服務器中的Z個定位區域，根據每個區域對應的置信因子Λz,z=1～Z更新該區域對應的計數器δz,z=1～Z的值，并利用計數器判斷是否發生切換。該流程如圖9所示。

圖9 更新計數器并判斷是否切換的流程圖示

步驟1:讀取當前區域的置信因子Λ0以及當前區域的可切換區域的置信因子Λ0,h，并找到置信因子{Λ0,Λ0,h}中的最大值的區域編號H；

步驟2:更新計數器δz的值：

(19)

即，編號為H的區域的計數器的值累加一，其他區域的計數器的值遞減一。每個計數器的值的取值范圍為[ξ1,ξ2]，即，當計數器的值達到ξ1時不再減少，當計數器的值達到ξ2時不再增加。其中，ξ1代表“切出”門限，當計數器減少到δ=ξ1時，表示本次定位結果已經準備離開該區域；ξ2代表“切入”門限，當計數器增加到δ=ξ2時，表示本次定位結果已經準備進入該區域。ξ1和ξ2取值的設計會影響到切換成功率和切換時延，相關內容將在章節3中進行詳細描述。

步驟3:讀取當前區域對應的計數器δ0；

步驟4:如果δ0>ξ1，則說明本次定位結果還未離開當前區域，此時不發生切換，仍留在當前區域，區域選擇結果為當前區域，并進入“步驟7”；否則，說明本次定位結果已經準備離開當前區域，需要進入“步驟5”，以判斷是否進入當前區域的可切換區域。

步驟5:讀取當前區域的可切換區域的計數器δ0,h；

步驟6:如果δ0,h<ξ2，則說明定位結果未準備進入當前區域的可切換區域，即，此時不發生切換，仍留在當前區域，區域選擇結果為當前區域，并進入“步驟7”；否則，說明發送定位區域切換，切換到對應的區域，區域選擇結果為當前區域對應的可切換區域，并將所有的計數器清零，然后進入“步驟7”；

步驟7:輸出所選擇的區域以及該區域對應的定位結果。

綜上所述，該章節詳細介紹了區域選擇器在進行區域選擇(定位區域切換)時的算法流程。通過計算每個區域的置信因子Λ來更新每個定位區域的區域選擇計數器δ，進而判斷是否發生了區域切換，以仲裁區域選擇的結果(所選區域及對應的定位坐標點)。

這種區域選擇的流程，綜合考慮了定位結果與區域邊界范圍、區域特征值以及定位殘留誤差的關系，并通過使用區域選擇計數器來防止切換乒乓的現象，從原理上保證了區域切換的準確性和實時性。對使用該算法流程的無線定位系統進行了工程測試，相關內容在下一個章節中進行描述。

3 實驗結果與分析

為了驗證該算法的有效性，在浙江省某變電站內部署了一套應用該算法的UWB無線定位系統，覆蓋了約60米×70米的室外場地，概況如圖10所示。

圖10 變電站場地示意圖

如圖10所示，室外場地存在兩座大型變壓器、一座主控樓以及一些龍門架、電抗器、機器人塢等建筑，圖中“×”標識的位置部署了定位基站。其中，主控樓內沒有定位基站，不做定位需求；樓內有工具間、二次設備間和配電裝置間，工具間在樓前有一扇門(門A)可供進出，二次設備間在樓前和樓后各有一扇門(樓前和樓后分別對應門B和門C)可供進出，配電裝置間在樓前有兩扇門(靠近二測設備間的門為門D，另外一個門為門E)可供進出，所有門寬度不超過1.5米，在圖10中用陰影矩形表示。在變電站內，一共劃分了8個定位區域，區域信息描述如表1。

表1 定位區域劃分表

在場地內分別進行室內外進出切換測試和全場切換測試，測試參數詳見表2。室內外進出切換測試是指佩戴有定位標簽的工作人員反復進出各個房間(工具間、二次設備間和配電裝置間)，并觀察切換成功率和切換時延。全場切換測試是指佩戴有定位標簽的工作人員沿著指定路線(圖10中用帶箭頭的實線表示路線及行進方向，區域切換順序為4→5→4→3→1→2→4→6→4→7→1→7→4→8→4，共14次切換)在場地內行進，觀察切換成功率、切換時延以及定位結果與路線測繪值之間的偏差值。

表2 定位測試參數表格

切換成功率ζ的計算表達式為：

ζ=(SAll-SFail-SError)/SAll·100%

(20)

其中:SAll表示切換測試的總數，SFail表示切換失敗(應該切換而未觸發切換)的次數，SError表示切換錯誤(不應該切換而觸發切換)的次數。

切換時延是指在成功“切換”的前提下，運動場景實際發生改變的時間與定位結果發生切換的時間的差值，計算表達式為：

Δτ=τswitch-τacc

(21)

其中:τswitch表示定位結果發生切換的時刻，τacc表示實際運動場景改變的時刻。

定位結果與路線測繪值之間的偏差是指定位結果偏離路線的垂直距離ds(s表示第s次定位)，并使用統計值σ95來表征定位精度，其含義是指95%的定位結果偏差值都小于或者等于σ95，即，如果使用{ds}表征所有定位結果的偏差值ds的集合，則σ95是大于或者等于{ds}中95%的元素值的最小值，可以表示為：

σ95=argmin{d≥{ds}中95%的元素值}

(22)

作為驗證對比項，引入[27]中的區域切換算法。在后面的測試結果中，用“新算法”代指本文提出的算法對應的結果，用“[27]算法”代指[27]中算法對應的結果。

3.1 室內外進出切換測試

佩戴有定位標簽的工作人員，分別在工具間門口(門A)、二次設備間門口(門B和門C)和配電裝置間門口(門D和門E)，往返進出10次，并在每個區域停留5秒，分別測試切換成功率和切換時延。

在門A反復進出的切換測試結果如圖11所示，圖中橫軸為時間(單位為秒)，縱軸為區域編號取值(室外對應區域編號為4，室內對應區域編號為6)；帶有“·”實線為人員實際所在的區域，帶有“×”的長虛線為“新算法”的結果，帶有“×”的短虛線為“[27]算法”的結果。通過結果可以發現，本文提出的切換方案可以實現區域的切換，10次進出(一共20次切換)的切換成功率ζ為100%，而“[27]算法”存在兩次切換失敗。

圖11 門A反復切換測試結果

使用相同的測試方案，針對門B～E進行測試，測試結果如表3所示。通過統計結果可以發現，“新算法”切換成功率為100%，切換時延的平均值約在1 s左右，其最大值也不超過1.5 s，基本滿足工程需求；而“[27]算法”雖然切換時延與“新算法”基本相同，但是存在一定切換失敗的風險，不利于工程推廣。

由于當前區域的計數器δ0需要從“切入”上限ξ2依次遞減到“切出”門限ξ1，而目標區域的計數器δ0,h需要從“切出”門限ξ1依次累加到“切入”上限ξ2。當測試參數設定為ξ1=-ξ2=-2時，如果每次都定位準確，則切換過程需要經過5次定位；考慮到測試的定位頻率為5 Hz，所以切換時延的理論值為1 s。由于存在定位誤差的影響，所以切換時延可能在1 s左右波動。通過圖11與表3的結果可以發現，測試結果與理論預期基本一致。

表3 室內外進出切換統計結果

3.2 全場切換測試

全場切換測試是指佩戴有定位標簽的工作人員沿著指定路線(圖10中用帶箭頭的實線表示路線及行進方向)在場地內行進(共經歷14次切換)，觀察“新算法”和“[27]算法”在實際工程項目中的切換成功率、切換時延以及定位結果與路線測繪值之間的偏差。測試結果如圖12和表4所示。

圖12 全場測試定位軌跡圖

表4 全場測試統計結果

定位軌跡如圖12所示，實線為人員在定位區域內實際運動的軌跡，虛線為非定位區域內實際運動的軌跡，“×”表示使用劃分區域并使用“新算法”的定位結果，“+”表示使用劃分區域并使用“[27]算法”的定位結果，“·”表示未劃分區域的定位結果。區域6、7、8不做定位。

通過圖12可以看出，使用了“新算法”的超寬帶定位系統在定位場地內定位軌跡平滑，與實際運動路線偏差較小；在不同區域間運動時，能夠實現區域的自動切換，既可以實現室外區域的切換，也可以實現室內外區域的切換；而“[27]算法”在區域7切換到區域1(在二次設備間經門C去到主控樓后的區域)時出現切換失敗，導致出門后無定位軌跡。性能統計結果如表4所示，全場定位精度約為0.2米，切換時延的平均值小于1 s左右。綜合圖12和表4的結果可以看出，劃分區域并本文區域切換算法，可以有效提高定位精度，基本符合工程場景的應用需求。

此外，綜合章節2中切換方案的理論分析以及本章節中圖11、12和表3、4的測試結果，通過分析可以得出推論：

1)通過提升定位頻率，可以加快切換方案中的計數器更新頻率，實現降低切換時延的目的；但是，提升定位頻率后，會增加定位報文在空中的碰撞概率，且會增加定位標簽的功耗，所以，在實際定位工程應用中，應從系統的角度通盤考慮，合理制定定位頻率。

2)“切入”門限ξ1和“切出”門限ξ2的設定，也會影響切換的成功率和時延：當門限值越接近0時，越容易觸發切換，會降低切換時延，使得系統較少出現切換失敗(應該切換而未發生切換)，但是更容易出現切換錯誤(不應該切換而發生切換)；反之，當門限值越遠離0時，越難觸發切換，使得系統較少出現切換錯誤，但是會增加切換時延，且更容易出現切換失敗。所以，在工程應用過程中，在設計該門限值時，要綜合考慮系統的定位精度、切換時延以及切換成功率，才能保證定位系統的可靠運行。

4 結束語

隨著超寬帶無線定位技術的飛速發展，基于該技術的定位系統逐漸得到推廣，可以應用于面積更大、環境更復雜的定位場景。通過合理劃分定位區域，可以提高每個定位區域內的定位精度，進而提高整個定位系統的定位性能。但是這也對區域切換方案和算法提出了較高的要求。

本文提出了一種區域切換方法，利用區域特征值、區域邊界以及殘留誤差來判斷定位結果是否在區域內，并使用區域計數器來防止切換乒乓現象。經過工程實測驗證，該方法可以有效實現定位區域的可靠切換，切換成功率100%，切換延遲約為1 s；同時，測試結果也可以證明通過合理劃分定位區域，可以有效提高系統的定位精度。