一种电子标签定位方法、装置、服务器及系统

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一种电子标签定位方法、装置、服务器及系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及智能交通领域，尤其涉及一种电子标签定位方法、装置、服务器及系统。\n背景技术\n[0002] TDOA定位是一种利用时间差进行定位的方法。通过测量信号到达定位基站的时间，可以确定信号源的距离。根据信号源到各个定位基站的距离，就能确定信号源的位置。\n但是绝对时间一般比较难测量，TDOA是通过测量信号到达两个基站的时间差，而不是到达的绝对时间来确定信号源的位置，降低了时间同步要求。采用三个不同的定位基站可以测到两个时间差，信号源就位于两个时间差决定的双曲线的交点上。\n[0003] 其中传统的TDOA算法中，均需要对双曲线的正向运算进而求出交点，同样的，为了可以方便的求出交点，则要求定位基站需按照一定规则进行设置，限制了TDOA的应用场景，进一步的正向运算算法复杂，对计算机的性能要求较高。\n发明内容\n[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种电子标签定位方法，以解决现有技术中定位基站需按固定布局方式设置且算法复杂的问题，其具体方案如下：\n[0005] 一种电子标签定位方法，应用于至少包括三个定位基站的定位系统，包括：\n[0006] A:各定位基站分别接收目标电子标签的定位信号，获取定位信号到达各定位基站的到达时间；\n[0007] B：通过所述定位信号到达各定位基站的到达时间，计算所述电子标签对应的至少三组距离差，每组距离差是指所述电子标签到两个定位基站之间的距离之差，所述两个定位基站形成一个基站组，各组距离差对应的基站组不完全相同；\n[0008] C：在预设定位区域内按预设选取规则选取目标点；\n[0009] D：计算所述目标点到各定位基站的距离；\n[0010] E：根据所述目标点到各定位基站的距离，计算所述目标点对应的至少三组距离差，每组距离差是指所述目标点到两个定位基站之间的距离之差，所述两个定位基站形成一个基站组，各组距离差对应的基站组不完全相同，针对同一基站组，计算所述目标点对应的距离差与所述电子标签对应的距离差之间的测量误差，并得到至少三组测量误差；\n[0011] F：计算最终误差，即所述至少三组测量误差之和；\n[0012] G:按照预设变化规则更换目标点，重复步骤D至步骤F，得到多组最终误差，直至遍历预设定位区域；\n[0013] H：所述多组最终误差中最小值所对应的目标点即为所述电子标签的位置。\n[0014] 优选的，所述定位系统包括三个定位基站，分别为定位基站a、定位基站b、定位基站c，所述方法具体包括：\n[0015] A：定位基站a、定位基站b、定位基站c分别接收目标电子标签的定位信号，获取定位信号到达各定位基站的到达时间，分别为t1、t2、t3；\n[0016] B：分别计算定位基站a、定位基站b、定位基站c两两之间相对于电子标签的距离差D21、D31、D32,\n[0017] D21＝(t2-t1)*v\n[0018] D31＝(t3-t1)*v\n[0019] D32＝(t3-t2)*v\n[0020] 其中V等于光速；\n[0021] C：在预设定位区域内按预设选取规则选取目标点；\n[0022] D：计算所述目标点到定位基站a、定位基站b、定位基站c的距离分别为R1、R2、R3；\n[0023] E：根据所述距离R1、R2、R3和距离差D21、D31、D32，计算所述目标点对应的距离差与所述电子标签对应的距离差之间的测量误差S21、S31、S32，\n[0024] S21＝|R2-R1-D21|\n[0025] S31＝|R3-R1-D31|\n[0026] S32＝|R3-R2-D32|\n[0027] F：计算最终误差等于S21+S31+S32；\n[0028] G：按照预设变化规则更换目标点，重复步骤C至步骤E，得到多组最终误差，直至遍历预设定位区域；\n[0029] H：所述多组最终误差中最小值所对应的目标点即为所述电子标签的位置。\n[0030] 优选的，所述预设变化规则为：\n[0031] 建立覆盖所述预设定位区域的坐标系；\n[0032] 每次在预设定位区域内按第一预设步长依次调整目标点在任一坐标轴上的坐标。\n[0033] 优选的，所述预设变化规则还可以是：\n[0034] 建立覆盖所述预设定位区域的坐标系；\n[0035] 根据第二预设步长选取规则确定第二预设步长；\n[0036] 在所述预设定位区域内，每次按第二预设步长调整目标点在任一坐标轴上的坐标，\n[0037] 所述步骤F之后，步骤G之前还包括:\n[0038] I：根据所述多组最终误差中的最小值确定第一定位区域；\n[0039] J：在第一定位区域内按预设选取规则选取目标点；\n[0040] K：重复步骤D至步骤F，得到最终误差；\n[0041] L：在第一定位区域内，每次按第一预设步长依次调整目标点在任一坐标轴上的坐标，并重复步骤K，得到多组最终误差，其中所述第一预设步长小于第二预设步长。\n[0042] 优选的，根据第二预设步长选取规则确定第二预设步长具体为：\n[0043] 选取所述预设定位区域中的最短边的二分之一作为第二预设步长。\n[0044] 优选的，根据所述多组最终误差中的最小值确定第一定位区域具体为：\n[0045] 获取所述多组最终误差中的最小值所对应的目标点的坐标作为中心坐标；\n[0046] 所述坐标系为三维坐标系，以中心坐标的任一轴上的坐标加/减第二步长确定六个锁定面，所述六个锁定面围成的区域即为第一定位区域。\n[0047] 优选的，所述步骤H之后还包括：\n[0048] M：判断所述电子标签的位置是否在所述预设定位区域的边界上，或距离所述边界小于第一预设步长，若是，则以电子标签的位置坐标作为边界判断坐标执行步骤N,若否则执行步骤Q；\n[0049] N：所述坐标系为三维坐标系，以边界判断坐标的任一轴上的坐标加/减所述第一预设步长确定六个边界面，所述边界面围成的立方体中处于所述预设定位区域外的各顶点连线的交点为边界判断点；\n[0050] O：以所述边界判断点作为目标点带入步骤D至步骤F；\n[0051] P:判断各所述边界判断点对应的最终误差是否小于所述电子标签对应的最终误差,如果大于，则执行步骤Q，如果小于则执行步骤R；\n[0052] Q：确定所述电子标签的位置；\n[0053] R：则所述电子标签在预设定位区域之外，不对所述电子标签定位。\n[0054] 本发明还提供了一种用于电子标签定位的装置，与至少三个定位基站相连，包括：\n[0055] 获取模块，用于获取定位信号到达各定位基站的到达时间；\n[0056] 距离差计算模块，用于通过所述定位信号到达各定位基站的到达时间，计算所述电子标签对应的至少三组距离差，每组距离差是指所述电子标签到两个定位基站之间的距离之差，所述两个定位基站形成一个基站组，各组距离差对应的基站组不完全相同；\n[0057] 目标点选取模块，用于在预设定位区域内按预设选取规则选取目标点；\n[0058] 目标点距离计算模块，用于计算所述目标点到各定位基站的距离；\n[0059] 测量误差计算模块，用于根据所述目标点到各定位基站的距离，计算所述目标点对应的至少三组距离差，每组距离差是指所述目标点到两个定位基站之间的距离之差，所述两个定位基站形成一个基站组，各组距离差对应的基站组不完全相同，针对同一基站组，计算所述目标点对应的距离差与所述电子标签对应的距离差之间的测量误差，并得到至少三组测量误差\n[0060] 最终误差计算模块：用于计算最终误差，即所述至少三组测量误差之和；\n[0061] 目标点变化模块：用于按照预设变化规则更换目标点，以使所述目标点距离计算模块、所述测量误差计算模块、所述最终误差计算模块，得到多组最终误差，直至遍历预设定位区域；\n[0062] 确定模块：用于确定所述多组最终误差中最小值所对应的目标点即为所述电子标签的位置。\n[0063] 优选的，本发明还提供了一种用于电子标签定位的服务器，包括如上所述的用于电子标签定位的装置。+\n[0064] 优选的，本发明还提供了一种电子标签定位系统，包括至少三个定位基站和至少一个电子标签，还包括一个和所述定位基站相连的如上所述的服务器。\n[0065] 从上述技术方案可以看出，本发明通过接收目标电子标签的定位信号，获取定位信号到达各定位基站的到达时间并计算出多组距离差，进而在定位区域中选取多个遍布定位区域的目标点，计算各位置目标点到各定位基站的多组距离差。当确定电子标签对应的多组距离差和一目标点对应的多组距离差最接近时，则判断此时目标点所对应的位置为电子标签的所在位置。在指定区域内定位场景，本方法不受定位基站设置位置的限制，简化了TODA的算法，充分利用了计算机的计算性能，定位速度更快。\n附图说明\n[0066] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。\n[0067] 图1为本发明实施例公开的一种电子标签定位方法的流程示意图；\n[0068] 图2为本发明实施例公开的又一种当定位基站为三个时电子标签定位方法的流程示意图；\n[0069] 图3为本发明实施例公开的再一种电子标签定位方法的流程示意图；\n[0070] 图4为本发明实施例公开的一种确定电子标签是否在预设定位区域内的流程示意图；\n具体实施方式\n[0071] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。\n[0072] 本发明公开了一种如图1所示的电子标签定位方法，应用于至少包括三个定位基站的定位系统，包括：\n[0073] A:各定位基站分别接收目标电子标签的定位信号，获取定位信号到达各定位基站的到达时间；\n[0074] 目标电子标签在需要定位时，主动或者在接收到需定位命令时发送定位信号，各定位基站接收到定位信号后，记录接收到定位信号的时间。\n[0075] B：通过所述定位信号到达各定位基站的到达时间，计算所述电子标签对应的至少三组距离差，每组距离差是指所述电子标签到两个定位基站之间的距离之差，所述两个定位基站形成一个基站组，各组距离差对应的基站组不完全相同；\n[0076] 选取接收到定位信号的任意两个定位基站组成一个基站组，计算两个定位基站接收到定位信号的时间差，再以时间差乘以光速计算出一组距离差。选取不同的基站组计算出至少三组距离差，其中需要说明的是，不同的基站组中，可以有一个定位基站相同，只需不同的距离差所对应的两个定位基站不完全相同即可。\n[0077] C：在预设定位区域内按预设选取规则选取目标点；\n[0078] 预设选取规则结合预设变化规则可以遍历预设定位区域即可，预设选取规则可以是选择定位区域的一个顶点，也可以是几何中心，在此不做具体的限定。\n[0079] D：计算所述目标点到各定位基站的距离；\n[0080] E：根据所述目标点到各定位基站的距离，计算所述目标点对应的至少三组距离差，每组距离差是指所述目标点到两个定位基站之间的距离之差，所述两个定位基站形成一个基站组，各组距离差对应的基站组不完全相同，针对同一基站组，计算所述目标点对应的距离差与所述电子标签对应的距离差之间的测量误差，并得到至少三组测量误差；\n[0081] F：计算最终误差，即所述至少三组测量误差之和；\n[0082] G:按照预设变化规则更换目标点，重复步骤D至步骤F，得到多组最终误差，直至遍历预设定位区域；\n[0083] H：所述多组最终误差中最小值所对应的目标点即为所述电子标签的位置。\n[0084] 其中可以理解的，在本定位方法中，关于各步骤序号并不表示前后关系，如本方案中，也可以在没有电子标签的情况下先独立计算出各目标点对应的距离差并保存，在电子标签需定位时，可以通过查表比对的方式更快捷的得到定位结果。\n[0085] 综上所述，本方法可以采用三个以上定位基站，只需在计算电子标签对应的距离差和目标点对应的距离差时所选取的定位基站相同即可，各定位基站允许复用，对定位基站设置的位置没有任何限制。在指定区域内定位场景，本方法不受定位基站设置位置的限制，简化了TODA的算法，充分利用了计算机的计算性能，定位速度更快。\n[0086] 当所述定位系统包括三个定位基站，分别为定位基站a、定位基站b、定位基站c时，如图2所示，所述方法具体可以为：\n[0087] A：定位基站a、定位基站b、定位基站c分别接收目标电子标签的定位信号，获取定位信号到达各定位基站的到达时间，分别为t1、t2、t3；\n[0088] 系统包括三个定位基站，定位基站a、定位基站b、定位基站c然后记录相应的位置坐标信息(X1、Y1、Z1),(X2、Y2、Z2),(X3、Y3、Z3)，使得定位基站a、定位基站b、定位基站c均覆盖预设定位区域。目标电子标签在需要定位时，主动或者在接收到需定位命令时发送定位信号，定位基站a、定位基站b、定位基站c分别记录接收到定位信号的时间t1、t2、t3。\n[0089] B：分别计算定位基站a、定位基站b、定位基站c两两之间相对于电子标签的距离差D21、D31、D32,\n[0090] D21＝(t2-t1)*v\n[0091] D31＝(t3-t1)*v\n[0092] D32＝(t3-t2)*v\n[0093] 其中V等于光速；\n[0094] C：在预设定位区域内按预设选取规则选取目标点；\n[0095] D：计算所述目标点到定位基站a、定位基站b、定位基站c的距离分别为R1、R2、R3；\n[0096] 假设目标点的坐标为(X、Y、Z)则R1、R2、R3为：\n[0097]\n[0098]\n[0099]\n[0100] E：根据所述距离R1、R2、R3和距离差D21、D31、D32，计算所述目标点对应的距离差与所述电子标签对应的距离差之间的测量误差S21、S31、S32，\n[0101] S21＝|R2-R1-D21|\n[0102] S31＝|R3-R1-D31|\n[0103] S32＝|R3-R2-D32|\n[0104] 其中需要说明的是，R2-R1和D21的正负相同，R3-R1和D31的正负相同，R3-R2和D32的正负相同。\n[0105] F：计算最终误差等于S21+S31+S32；\n[0106] G：按照预设变化规则更换目标点，重复步骤C至步骤E，得到多组最终误差，直至遍历预设定位区域；\n[0107] H：所述多组最终误差中最小值所对应的目标点即为所述电子标签的位置。\n[0108] 需要说明的是在理论中，当S21,S31,S32均为0时，对应的目标点坐标(X、Y、Z)即为电子标签的坐标。但在实际过程中，因为测量的误差，取S21,S31,S32的和的最小值的目标点对应的坐标为电子标签坐标。\n[0109] 本方法采用的遍历比对的形式，在指定区域内定位场景时，本方法不受定位基站设置位置的限制，简化了时间差进行定位的方法TODA的算法，充分利用了计算机的计算性能，定位速度更快。\n[0110] 再一个实施例中，其他部分和上述方法相同，区别在于预设变化规则为：\n[0111] 建立覆盖所述预设定位区域的坐标系；\n[0112] 每次在预设定位区域内按第一预设步长依次调整目标点在任一坐标轴上的坐标。\n[0113] 其中坐标系的建立可以在设置定位基站时完成，使得定位基站，目标点和电子标签处于同一个坐标系中，该坐标系可以是二维坐标系，在需要定位电子标签高度时，该坐标系也可以是三维坐标系。在该坐标系中按第一预设步长调整目标点的任一坐标轴上的坐标，直至遍历整个预设定位区域。其中第一预设步长即为该方法的定位精度。通过调整第一预设步长可以方便的调整定位精度。\n[0114] 再一个实施例中，如果预设定位区域较大，直接采用第一预设步长会导致大量占用计算资源，导致定位性能下降，故预设变化规则还可以为：\n[0115] 建立覆盖所述预设定位区域的坐标系；\n[0116] 根据第二预设步长选取规则确定第二预设步长；\n[0117] 在所述预设定位区域内，每次按第二预设步长调整目标点在任一坐标轴上的坐标，\n[0118] 进一步的，如图3所示，所述步骤F之后，步骤G之前还包括:\n[0119] I：根据所述多组最终误差中的最小值确定第一定位区域；\n[0120] J：在第一定位区域内按预设选取规则选取目标点；\n[0121] K：重复步骤D至步骤F，得到最终误差；\n[0122] L：在第一定位区域内，每次按第一预设步长依次调整目标点在任一坐标轴上的坐标，并重复步骤K，得到多组最终误差，其中所述第一预设步长小于第二预设步长。\n[0123] 采用本方法，在预设定位区域较大时，采用较大的步长，如可以采用选取所述预设定位区域中的最短边的二分之一作为第二预设步长。如此，仅需运算几次就可以确定第二预设步长下的目标点为电子标签的粗略位置，以该目标点为中心再次选取第一定位区域，然后再第一定位区域中按照第一预设步长选取目标点，计算最终误差得到电子标签的精确位置为电子标签的位置。\n[0124] 一个特例中，采用第二预设步长确定第一定位区域后，再选取第二预设步长的一半作为第三预设步长，并由第三预设步长确定第二定位区域。每次选取的预设步长为上一次预设步长的一半，直至预设步长精度达到要求，此时的目标点坐标即为电子标签的坐标。\n[0125] 其中根据所述多组最终误差中的最小值确定第一定位区域具体为：获取所述多组最终误差中的最小值所对应的目标点的坐标作为中心坐标；所述坐标系为三维坐标系，以中心坐标的任一轴上的坐标加/减第二步长确定六个锁定面，所述六个锁定面围成的区域即为第一定位区域。\n[0126] 采用本方法，在预设定位区域较大时，可以有效减少运算次数，减少运算资源的占用量，兼顾定位精度和定位效率。\n[0127] 当电子标签不在预设定位区域内时，目标点的坐标无法表示电子标签的位置，故可能出现定位错误的情况，再一个实施例中，如图4所示，本方法所述步骤H之后还包括：\n[0128] M：判断所述电子标签的位置是否在所述预设定位区域的边界上，或距离所述边界小于第一预设步长，若是，则以电子标签的位置坐标作为边界判断坐标执行步骤N,若否则执行步骤Q；\n[0129] N：所述坐标系为三维坐标系，以边界判断坐标的任一轴上的坐标加/减所述第一预设步长确定六个边界面，所述边界面围成的立方体中处于所述预设定位区域外的各顶点连线的交点为边界判断点；\n[0130] O：以所述边界判断点作为目标点带入步骤D至步骤F；\n[0131] P:判断各所述边界判断点对应的最终误差是否小于所述电子标签对应的最终误差,如果大于，则执行步骤Q，如果小于则执行步骤R；\n[0132] Q：确定所述电子标签的位置；\n[0133] R：则所述电子标签在预设定位区域之外，不对所述电子标签定位。\n[0134] 可以理解的，本方法仅对预设定位区域内有效，通过定位的电子标签的位置进行边界判断，去除掉电子标签在区域外的情况。其中确定所述电子标签的位置，即确定步骤H中所确定的电子标签的位置在预设定位区域内，可以保留。通过本方法，可以明确的获得需要的电子标签的位置，有效排除不在预设定位区域内的情况，进一步适应了指定区域内定位场景。\n[0135] 下面对本方法举例进行说明：\n[0136] 建立预设定位区域三维坐标系，X轴的范围为[0,100],Y轴的范围为[0,100],Z轴考虑到定位基站的实际安装高度设置为[0,5]，其中各数值单位为米，如下长度值单位相同。\n[0137] 如在坐标系中，定位基站A的坐标为(0,0,5)，基站B坐标为(0,100,5)，基站C坐标为(100,100,5)；\n[0138] 假定电子标签的坐标为(20,30,4)\n[0139] 根据电子标签到定位基站的距离差公式计算，其中本公式中t1、t2、t3采用定位基站接收到定位信号的时间，实际测量可能有微小误差，故在实际情况中取最终误差中的最小值，最终误差并不绝对为0：\n[0140] D21＝(t2-t1)*v\n[0141] D31＝(t3-t1)*v\n[0142] D32＝(t3-t2)*v\n[0143] 得到：\n[0144] D21＝36.74\n[0145] D31＝70.24\n[0146] D32＝33.50\n[0147] 在预设定位区域内选择目标点(0、0、0)后按第一预设步长递加，X轴的最小值为0,最大值为100,Y轴的最小值为0,最大值为100,Z轴的最小值为0,最大值为5。\n[0148] 此处设定第一预设步长为1，目标点按照预设变化规则依次取值，(0,0,0),(0,0,\n1),…(0,0,5)(0,1,0)(0,1,1)…(0,1,5)…(0,100,5),(1,0,0)…(100,100,5)依次计算相应的距离差，再用得到的距离差减去上式中的D21,D31,D32，得到S21,S31,S32。\n[0149] 当目标点坐标为(0,0,0)时\n[0150] S21＝58.38\n[0151] S31＝66.27\n[0152] S32＝7.88\n[0153] 其它类推，可以得到最终S21,S31,S32的和值为0时，此时目标点的坐标为(20,30,\n4)，进而可以确定电子标签的坐标为(20,30,4)。\n[0154] 本方法还可以采用如下预设变化规则，在预设定位区域中，其中Z轴为最短，范围为[0,5]，长度为5，可取其一半长度2.5作为第二预设步长，采用第二预设步长计算得到的结果，精度有±2.5的误差，根据第二预设步长计算得到的目标点坐标结果结合误差，可确定第一定位区域为：\n[0155] X＝[17.5,22.5],Y＝[27.5,32.5],Z＝[1.5,6.5]，\n[0156] 得到第一定位区域后，可以设置第一预设步长为0.1，则定位精度即可达到±0.1，如果有更高的精度要求，可一直迭代到符合期望值即可。\n[0157] 再一个实施例中，本发明还提供了一种用于电子标签定位的服务器，包括用于电子标签定位的装置，所述装置与至少三个定位基站相连，包括：\n[0158] 获取模块，用于获取定位信号到达各定位基站的到达时间；\n[0159] 距离差计算模块，用于通过所述定位信号到达各定位基站的到达时间，计算所述电子标签对应的至少三组距离差，每组距离差是指所述电子标签到两个定位基站之间的距离之差，所述两个定位基站形成一个基站组，各组距离差对应的基站组不完全相同；\n[0160] 目标点选取模块，用于在预设定位区域内按预设选取规则选取目标点；\n[0161] 目标点距离计算模块，用于计算所述目标点到各定位基站的距离；\n[0162] 测量误差计算模块，用于根据所述目标点到各定位基站的距离，计算所述目标点对应的至少三组距离差，每组距离差是指所述目标点到两个定位基站之间的距离之差，所述两个定位基站形成一个基站组，各组距离差对应的基站组不完全相同，针对同一基站组，计算所述目标点对应的距离差与所述电子标签对应的距离差之间的测量误差，并得到至少三组测量误差\n[0163] 最终误差计算模块：用于计算最终误差，即所述至少三组测量误差之和；\n[0164] 目标点变化模块：用于按照预设变化规则更换目标点，以使所述目标点距离计算模块、所述测量误差计算模块、所述最终误差计算模块，得到多组最终误差，直至遍历预设定位区域；\n[0165] 确定模块：用于确定所述多组最终误差中最小值所对应的目标点即为所述电子标签的位置。\n[0166] 再一个实施例中，本发明还提供了一种电子标签定位系统，包括至少三个定位基站和至少一个电子标签，还包括一个和所述定位基站相连的如上所述的服务器。\n[0167] 从上述技术方案可以看出，本发明通过接收目标电子标签的定位信号，获取定位信号到达各定位基站的到达时间并计算出多组距离差，进而在定位区域中选取多个遍布定位区域的目标点，计算各位置目标点到各定位基站的多组距离差。当确定电子标签对应的多组距离差和一目标点对应的多组距离差最接近时，则判断此时目标点所对应的位置为电子标签的所在位置。在指定区域内定位场景，本方法不受定位基站设置位置的限制，简化了TODA的算法，充分利用了计算机的计算性能，定位速度更快。\n[0168] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。\n[0169] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。\n对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。