一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)及方法，包括位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)、臨時(shí)定位站子系統(tǒng)和個(gè)人定位子系統(tǒng)，所述臨時(shí)定位站子系統(tǒng)包括多個(gè)臨時(shí)定位站；所述個(gè)人定位子系統(tǒng)包括多個(gè)個(gè)人定位模塊，所述數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)分別與位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)、臨時(shí)定位站相互連接，所述臨時(shí)定位站和個(gè)人定位模塊相互連接。本發(fā)明的空曠測(cè)距距離達(dá)到1公里，測(cè)距的精度99%的情況下，達(dá)到3厘米以內(nèi)。在室內(nèi)有效穿透三面30厘米厚的承重墻；即使在一種大型的建筑物內(nèi)，仍然能保障數(shù)據(jù)的有效傳輸。在室外的情況下，其空曠傳輸距離達(dá)到2公里，在有阻隔時(shí)，其傳輸距離達(dá)到300米以上，為保證足夠的繞射性能，在無線數(shù)據(jù)傳輸方面，采用工作在433Mhz 下的Mesh 網(wǎng)絡(luò)。
【專利說明】一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)及方法，涉及無線通信、無線測(cè)距、慣性導(dǎo)航、傳感器融合等【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在室內(nèi)無法搜索到衛(wèi)星的信號(hào)，所有，很難通過GPS或北斗等衛(wèi)星定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的定位，但室內(nèi)這種定位需求又廣泛存在?，F(xiàn)有的主流定位系統(tǒng)中，有多種技術(shù)，但在某些場(chǎng)景使用存在缺陷。下面分別進(jìn)行說明:
1、局域無線定位系統(tǒng)
局域無線定位系統(tǒng)，無論是室內(nèi)的WiFi/Zigbee/UWB/CSS/BLE等定位系統(tǒng)，還是基于衛(wèi)星的GNSS都需要先有基站，并且確定基站的位置，才能知道被定位目標(biāo)的位置。
[0003]比如，室外的GPS，必須搜到4顆衛(wèi)星，才能實(shí)現(xiàn)定位；基于3G和LTE的定位，必須有預(yù)先部署基站，否則無法定位。而室內(nèi)的定位系統(tǒng)更是如此，比如UWB和CSS若要實(shí)現(xiàn)三維定位，必須部署4個(gè)基站，才能實(shí)現(xiàn)定位。
[0004]2、廣域無線定位系統(tǒng)
除了基于局域的無線定位系統(tǒng)之外，還有基于廣域的定位系統(tǒng)，比如基于2G、3G和4G基站的定位系統(tǒng)，其定位精度在特定的時(shí)候，可以達(dá)到10米以內(nèi)，這種定位系統(tǒng)，必須依賴室外的基站或室內(nèi)分布系統(tǒng)，當(dāng)室外基站無法對(duì)室內(nèi)進(jìn)行覆蓋的時(shí)候，和GNSS —樣，無法實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位，但在很多應(yīng)急救援的時(shí)候，室內(nèi)分布系統(tǒng)同樣失效，比如火災(zāi)的時(shí)候。
[0005]3、磁場(chǎng)定位系統(tǒng)
地球是一個(gè)巨大的磁體，研宄表明，地球每個(gè)位置的磁場(chǎng)是不一樣的，只需要搜集每個(gè)位置的地磁場(chǎng)信息，就可以采集磁場(chǎng)信息，建立被定位區(qū)域的磁場(chǎng)的指紋數(shù)據(jù)，在定位的時(shí)候，獲取當(dāng)前位置的磁場(chǎng)信息，然后和磁場(chǎng)的指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，確定所在的位置。磁場(chǎng)定位的精度還比較高，可以達(dá)到I米左右。
[0006]4、慣性定位系統(tǒng)
慣性定位系統(tǒng)，主要是利用加速度計(jì)、陀螺儀或其他運(yùn)動(dòng)傳感器，來計(jì)算被定位設(shè)備在運(yùn)動(dòng)過程中的運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)加速度、運(yùn)動(dòng)角度等，來計(jì)算位置。慣性定位系統(tǒng)補(bǔ)足了無線定位系統(tǒng)和地磁等系統(tǒng)的缺陷，這種定位系統(tǒng)不需要預(yù)先部署基站，但會(huì)存在累計(jì)誤差，并隨時(shí)間的推移，誤差會(huì)越來越大。
[0007]當(dāng)前存在的主要問題有以下幾點(diǎn):
1、預(yù)處理
無論是無線定位系統(tǒng)，還是通過地磁場(chǎng)信息來實(shí)現(xiàn)定位，都有一個(gè)預(yù)處理的工廠，在無線定位系統(tǒng)中，需要提前安裝基站并準(zhǔn)確測(cè)量基站的擺放位置，任何基站數(shù)據(jù)的差異，都會(huì)導(dǎo)致定位出現(xiàn)偏差。在一些特殊的場(chǎng)景，安裝定位基站也是難于接受的，比如救援人員的所處的救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。
[0008]另外一個(gè)方面通過地磁定位，需要提起收集地磁信息，在某些特定的場(chǎng)景，比較容易獲取這些數(shù)據(jù)，但在突發(fā)事故的情況，已經(jīng)無法去預(yù)先取得地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。同時(shí)，由于磁場(chǎng)的信號(hào)比較微弱，會(huì)受到傳感器的精度、環(huán)境的影響，定位精度出現(xiàn)較大的偏差。
[0009]2、累積誤差
在慣性的定位系統(tǒng)中，可以通過動(dòng)作對(duì)人的行為進(jìn)行識(shí)別。比如，是走路、跑步、上樓等動(dòng)作，對(duì)動(dòng)作進(jìn)行分析，糾錯(cuò)。但在運(yùn)動(dòng)過程中，誤差無法通過行為的分析進(jìn)行糾錯(cuò)。導(dǎo)致累計(jì)誤差越來越嚴(yán)重，到最終是無法接受誤差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)及方法，本發(fā)明基于無線測(cè)距、九軸傳感器、無線傳輸，有效了提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，避免了現(xiàn)有技術(shù)中建筑物格擋信號(hào)的問題；采用臨時(shí)定位站與個(gè)人定位模塊、個(gè)人定位模塊相互定位的雙重測(cè)距定位方式，提高了定位信息的準(zhǔn)確度和精確率，有效的提高救援人員之間的通信速率，提高救援的效率；個(gè)人定位模塊之間的定位測(cè)距、臨時(shí)定位站與個(gè)人定位模塊之間的定位測(cè)距使得救援人員之間的通信不再基于以往的對(duì)講機(jī)，救援人員之間的位置關(guān)系更加明確，搜尋更加方便。
[0011]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)，包括位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)、臨時(shí)定位站子系統(tǒng)和個(gè)人定位子系統(tǒng)，所述臨時(shí)定位站子系統(tǒng)包括多個(gè)臨時(shí)定位站；所述個(gè)人定位子系統(tǒng)包括多個(gè)個(gè)人定位模塊，所述數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)分別與位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)、臨時(shí)定位站相互連接，所述臨時(shí)定位站和個(gè)人定位模塊相互連接，其中，
所述位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)用以處理是數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，然后通過圖形方式呈現(xiàn)出救援人員的具體位置；
所述數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)通信功能，數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)和臨時(shí)定位站子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，接收臨時(shí)定位站子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)；當(dāng)數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)接收到控制指令時(shí)，再分別發(fā)送至發(fā)送到臨時(shí)定位站子系統(tǒng)，臨時(shí)定位站子系統(tǒng)再發(fā)給個(gè)人定位子系統(tǒng)；
所述臨時(shí)定位站子系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)定位功能，由救援人員在救援現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)布置；
所述個(gè)人定位子系統(tǒng)由救援人員隨身攜帶，用以實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集，位置測(cè)距和數(shù)據(jù)傳輸功能，向臨時(shí)定位站子系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述臨時(shí)定位站子系統(tǒng)包括臨時(shí)定位站CPU以及分別與其相連接的第一數(shù)傳模塊、第二數(shù)傳模塊、第一測(cè)距模塊和電子羅盤，其中，
所述第一和第二數(shù)傳模塊作為數(shù)據(jù)的傳輸鏈路用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；
所述臨時(shí)定位站CPU用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理；
所述第一測(cè)距模塊用以完成和個(gè)人定位模塊以及其他臨時(shí)定位站之間的測(cè)距功能； 所述電子羅盤用以判定救援人員的行進(jìn)方向和臨時(shí)定位站子系統(tǒng)之間的方向差異。
[0013]所述臨時(shí)定位站子系統(tǒng)包括臨時(shí)定位站CPU以及分別與其相連接的第一數(shù)傳模塊、第二數(shù)傳模塊、第一測(cè)距模塊和電子羅盤，其中，
所述第一和第二數(shù)傳模塊作為數(shù)據(jù)的傳輸鏈路用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；
所述臨時(shí)定位站CPU用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理； 所述第一測(cè)距模塊用以完成和個(gè)人定位模塊以及其他臨時(shí)定位站之間的測(cè)距功能； 所述電子羅盤用以判定救援人員的行進(jìn)方向和臨時(shí)定位站子系統(tǒng)之間的方向差異。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述個(gè)人定位模塊包括個(gè)人定位CPU以及分別與其相連接的第三數(shù)傳模塊、第二測(cè)距模塊、數(shù)據(jù)收集模塊、九軸傳感器和氣壓傳感器，其中，
所述第三數(shù)傳模塊作為數(shù)據(jù)的傳輸鏈路用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；
所述個(gè)人定位CPU用以實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)運(yùn)算處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能；所述第二測(cè)距模塊用以完成和臨時(shí)定位站子系統(tǒng)之間的測(cè)距功能；
所述數(shù)據(jù)收集模塊用以收集來自救援人員的隨身數(shù)據(jù)，經(jīng)過個(gè)人定位CPU處理后，發(fā)送到位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)；
所述九軸傳感器用以收集運(yùn)動(dòng)信息，并進(jìn)行模糊識(shí)別；
所述氣壓傳感器用以采集氣壓信息，并進(jìn)行高度定位。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述數(shù)據(jù)收集模塊采用2.4G射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述隨身數(shù)據(jù)包括救援人員心率、血氧含量、空氣瓶的氣壓數(shù)據(jù)。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述模糊識(shí)別包括跑步、快走、連續(xù)轉(zhuǎn)身、行進(jìn)方向綜合識(shí)別。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述九軸傳感器包括三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀傳感器和三軸電子羅盤；所述九軸傳感器中還設(shè)置有PNI傳感器數(shù)據(jù)處理芯片。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述數(shù)傳模塊的傳輸頻率為433MHz，輸出功率為I瓦，采用兩路設(shè)計(jì)，形成網(wǎng)狀網(wǎng)傳輸結(jié)構(gòu)。
[0020]一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)的方法:
該方法包括如下步驟:
步驟一:所述位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)設(shè)置于建筑物外，如建筑物外停放的消防車或救援車上，也可直接設(shè)置在地面上，每位救援人員攜帶一個(gè)個(gè)人定位子模塊進(jìn)入建筑物內(nèi)；
步驟二:救援人員在進(jìn)入建筑物時(shí)首先將一個(gè)臨時(shí)定位站設(shè)置于建筑物入口處；步驟三:救援人員以步驟二中設(shè)置的臨時(shí)定位站為原點(diǎn)建立三維坐標(biāo)系，在建筑物的走廊處，每隔五十米設(shè)置一個(gè)臨時(shí)定位站，且救援人員經(jīng)過的所有轉(zhuǎn)角處都設(shè)置一個(gè)臨時(shí)定位站;
步驟四:建筑物內(nèi)的所有臨時(shí)定位站相互之間進(jìn)行定位測(cè)距，構(gòu)成一個(gè)位置關(guān)系網(wǎng)，并與數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)根據(jù)每個(gè)臨時(shí)定位站的定位信息計(jì)算出臨時(shí)定位站的坐標(biāo)及臨時(shí)定位站的位置關(guān)系，并通過位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)以坐標(biāo)圖的形式呈現(xiàn)；步驟五:每個(gè)救援人員身上攜帶的個(gè)人定位模塊通過與鄰近的臨時(shí)定位站進(jìn)行定位測(cè)距，臨時(shí)定位站將每個(gè)救援人員的位置信息發(fā)送給數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)根據(jù)接收的位置信息定位救援人員的位置，并將位置信息發(fā)送到位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)，在坐標(biāo)圖中顯示每個(gè)救援人員的坐標(biāo)位置及相互之間的位置關(guān)系；
步驟六:救援人員身上攜帶的個(gè)人定位模塊相互之間進(jìn)行定位測(cè)距，并通過與每個(gè)救援人員相距最近的臨時(shí)定位站向消防車上的數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)根據(jù)救援人員的個(gè)人定位模塊的測(cè)距信息重新標(biāo)定救援人員的坐標(biāo)信息，并對(duì)步驟五中已經(jīng)標(biāo)定的救援人員的坐標(biāo)位置及位置關(guān)系進(jìn)行修訂；
步驟七:在救援人員進(jìn)入的樓層的時(shí)候，按下臨時(shí)定位站的按鈕，該系統(tǒng)會(huì)立即廣播信號(hào)并開始和附近的救援人員測(cè)距；救援人員的個(gè)人定位模塊會(huì)記錄下當(dāng)前的氣壓值，在救援人員到達(dá)某個(gè)樓層的時(shí)候，再次啟動(dòng)這個(gè)樓層的第一個(gè)臨時(shí)定位站，記錄下此時(shí)的氣壓值，兩個(gè)氣壓值相減，轉(zhuǎn)換為高度差，通過臨時(shí)定位站發(fā)送回?cái)?shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)；
救援人員通過安全通道的樓梯上樓的過程中，通過陀螺儀，記錄救援人員在整個(gè)過程中旋轉(zhuǎn)角度的累計(jì)值；用這個(gè)角度累計(jì)值除以360度，計(jì)算出救援人員所有的轉(zhuǎn)身次數(shù)。
[0021]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，還包括如下步驟，當(dāng)位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)中的某位救援人員的坐標(biāo)長(zhǎng)時(shí)間的不再進(jìn)行更新變化，消防車中的人員向剩余的救援人員發(fā)送語音信息，對(duì)前述的救援人員進(jìn)行救助。
[0022]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:本發(fā)明采用了無線測(cè)距技術(shù)，采用Decawave的DW1000芯片，實(shí)現(xiàn)無線測(cè)距，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，其空曠測(cè)距距離達(dá)到I公里，測(cè)距的精度99%的情況下，可以達(dá)到3厘米以內(nèi)。在室內(nèi)的情況下，可以有效穿透三面30厘米厚的承重墻。測(cè)距精度也能有很好地保證。
[0023]無線傳輸部分，為了保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，采用自組網(wǎng)的433Mhz技術(shù)，提升其有效的工作距離，即使在一種大型的建筑物內(nèi)，仍然能保障數(shù)據(jù)的有效傳輸。在這里，為了保障其傳輸距離，433MHz的輸出功率達(dá)到I瓦，在室外的情況下，其空曠傳輸距離達(dá)到2公里，在有阻隔的情況下，其傳輸距離也可以達(dá)到300米以上，由于室內(nèi)有墻體的阻隔，為了保證足夠的繞射性能，在無線數(shù)據(jù)傳輸方面，采用了 433Mhz的工作頻率。
[0024]在這個(gè)系統(tǒng)中，采用了九軸傳感器，即三軸加速度傳感器，三軸陀螺儀傳感器，三軸電子羅盤。九軸傳感器，主要是對(duì)動(dòng)作進(jìn)行初步識(shí)別，再配合氣壓傳感器、UWB測(cè)距等功能模塊，完成整個(gè)定位的系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)組成示意圖；
圖2是本發(fā)明中，臨時(shí)定位站的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明中，個(gè)人定位模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是個(gè)人定位模塊與臨時(shí)定位站之間進(jìn)行測(cè)距的示意圖；
圖5是個(gè)人定位模塊相互之間的測(cè)距示意圖；
圖6是臨時(shí)定位站子系統(tǒng)中，各個(gè)臨時(shí)定位站之間的層次關(guān)系示意圖；
圖7是臨時(shí)定位站子系統(tǒng)中，各個(gè)臨時(shí)定位站之間的連接關(guān)系示意圖；
圖8是本發(fā)明中由人員運(yùn)動(dòng)方向計(jì)算人員位置的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
本發(fā)明圖如圖1所示，本發(fā)明公開一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)由四個(gè)大的組件組成:
(I)位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)1，主要處理是數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)2的數(shù)據(jù)，然后通過圖形方式呈現(xiàn)救援人員的具體位置。
[0028](2)數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)2，主要是用于通信，數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)2可以和臨時(shí)定位站子系統(tǒng)3、個(gè)人定位子系統(tǒng)4進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。接收3和4的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給位置呈現(xiàn)1，或系統(tǒng)有指令，發(fā)送到3或4。數(shù)據(jù)收發(fā)2支持雙向通信。
[0029](3)臨時(shí)定位站子系統(tǒng)3，是該定位系統(tǒng)的核心單元之一，是救援人員根據(jù)特定的規(guī)則臨時(shí)布放，也是定位的基準(zhǔn)。該子系統(tǒng)主要框圖如圖2所示:
臨時(shí)定位站CPU 3.1，是該子系統(tǒng)的核心單元，所有的數(shù)據(jù)處理都由它完成；
第一測(cè)距模塊3.2，是完成和救援人員的測(cè)距模塊之間的測(cè)距功能；
電子羅盤3.3，電子羅盤，主要是用來做方向判定，即救援人員的行進(jìn)方向和臨時(shí)定位站之間的方向差異；
第一數(shù)傳模塊3.4，第二數(shù)傳模塊3.5，都是用來做數(shù)據(jù)傳輸，在應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的時(shí)候，直接完成數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)2的數(shù)據(jù)傳輸，復(fù)雜的情況下，啟用網(wǎng)狀網(wǎng)(Mesh)的功能，確保數(shù)據(jù)的傳輸鏈路可用。
[0030](4)個(gè)人定位子系統(tǒng)4，是指救援人員身上的系統(tǒng)。傳感器數(shù)據(jù)采集，位置測(cè)距，數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。結(jié)構(gòu)說明如圖3所示，下面分別進(jìn)行描述:
個(gè)人定位CPU 4.1，是此子系統(tǒng)的核心單元，主要是數(shù)據(jù)收集，傳感器數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等功能；
第二測(cè)距模塊4.2，該系統(tǒng)的測(cè)距核心單元，與臨時(shí)定位站2和其他的個(gè)人定位子系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)距；
數(shù)據(jù)收集模塊4.3，該模塊為數(shù)據(jù)收集模塊，可以采用2.4G射頻，收集來自救援人員的隨身的其他數(shù)據(jù)，比如生命體征的心率，血氧含量，氧氣瓶的氣壓等數(shù)據(jù)，并經(jīng)過4.1處理之后，最終發(fā)送到位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)I上。
[0031]九軸傳感器4.4，該傳感器主要是收集各種運(yùn)動(dòng)信息，然后進(jìn)行模糊識(shí)別，主要有跑步、快走，連續(xù)轉(zhuǎn)身，行進(jìn)方向等綜合識(shí)別，然后再融合氣壓傳感器和測(cè)距傳感器，進(jìn)行綜合位置運(yùn)算，以確定出準(zhǔn)確位置。
[0032]第三數(shù)傳模塊4.6和4.7，都是用來做數(shù)據(jù)傳輸，在應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的時(shí)候，直接完成數(shù)據(jù)到臨時(shí)定位站子系統(tǒng)3的數(shù)據(jù)傳輸。
[0033]本發(fā)明所述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，主要分為下面幾步:
1、環(huán)境建立
在這個(gè)系統(tǒng)中，首先需要建立位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)I和數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)2。在這兩個(gè)子系統(tǒng)完成之后，才能開始數(shù)據(jù)接收功能。
[0034]位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)I是基于Windows平臺(tái)，為使用簡(jiǎn)單方便的圖形界面。
[0035]2、基準(zhǔn)位置確定
在救援人員的救援的過程中，首先要確定基準(zhǔn)位置，基準(zhǔn)位置主要是按規(guī)則進(jìn)行即可。若在一般平房或二層小樓中實(shí)時(shí)救援，可以以進(jìn)門的位置為基準(zhǔn)位置；在樓宇的情況下，基準(zhǔn)位置為每層樓樓梯口的正對(duì)的墻面位置，當(dāng)樓宇比較復(fù)雜的情況下，在每個(gè)轉(zhuǎn)角處需要設(shè)立第二個(gè)基準(zhǔn)位置。
[0036]救援人員需要在每個(gè)基準(zhǔn)位置布放臨時(shí)定位站，在這個(gè)系統(tǒng)中，以第一個(gè)基準(zhǔn)位置為系統(tǒng)的零點(diǎn)，然后再建立三維坐標(biāo)體系。
[0037]3、定位數(shù)據(jù)
在這個(gè)定位系統(tǒng)中，定位數(shù)據(jù)是通過每個(gè)個(gè)人定位模塊發(fā)出，其中包含的數(shù)據(jù)主要有:
個(gè)人坐標(biāo)位置(基于第一個(gè)基準(zhǔn)位置的三維坐標(biāo))；
個(gè)人和他人之間的距離數(shù)據(jù)；
個(gè)人的生理指標(biāo)(比如心率、體溫、血氧等)；
佩戴設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)(比如氧氣瓶的氣壓、環(huán)境參數(shù)等)
位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)I在收到這些數(shù)據(jù)之后，處理這些數(shù)據(jù)，并根據(jù)處理的結(jié)果，實(shí)施呈現(xiàn)，也可以在事后顯示軌跡等信息。
[0038]4、位置呈現(xiàn)
位置呈現(xiàn)是根據(jù)個(gè)人定位子系統(tǒng)4收到的數(shù)據(jù)，處理后進(jìn)行呈現(xiàn)，這里主要有幾個(gè)方面:
O原點(diǎn)選擇
在這個(gè)系統(tǒng)中，第一個(gè)放置的臨時(shí)定位站3為系統(tǒng)的原點(diǎn)，后面所有的臨時(shí)定位站3必須依次射頻可以測(cè)距，保證它們之間可以測(cè)距。
[0039]2)三維呈現(xiàn)
系統(tǒng)按三維進(jìn)行呈現(xiàn)，實(shí)時(shí)顯示救援人員在系統(tǒng)中的位置。救援人員之間的位置關(guān)系。
[0040]3)自動(dòng)生長(zhǎng)
在這個(gè)系統(tǒng)中，系統(tǒng)開始沒有導(dǎo)入建筑的三維地圖，因?yàn)閷?dǎo)入每個(gè)建筑的三維圖像一方面是難度非常大，另外一方面是數(shù)據(jù)收集的難度大。在這個(gè)系統(tǒng)中，根據(jù)位置關(guān)系，完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生長(zhǎng)的方式進(jìn)行位置呈現(xiàn)。
[0041]4)軌跡回放
在救援完成之后，可以根據(jù)需要，呈現(xiàn)出任何一個(gè)救援人員的軌跡，并進(jìn)行分析，提出后續(xù)的優(yōu)化措施。這樣，一方面可以提升以后的救援效率，另一方面，為以后的救援方案提出優(yōu)化的方向。
[0042]5)呈現(xiàn)事物
在這個(gè)呈現(xiàn)子系統(tǒng)中，需要呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)主要有每個(gè)臨時(shí)定位站的位置、每個(gè)救援人員的位置，救援人員的相關(guān)參數(shù)等。
[0043]本發(fā)明所公開的系統(tǒng)的先進(jìn)性具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1、簡(jiǎn)單
在該系統(tǒng)中，位置的確定，不是采用基于TDOA的定位系統(tǒng)，而是依賴于按固定規(guī)則放置的臨時(shí)定位錨點(diǎn)，擺放的時(shí)候，只需要按規(guī)則擺放即可，然后按啟動(dòng)按鈕就布放完成。在以往的定位系統(tǒng)中，還需要另外部署4個(gè)以上基站，并且，量出基站的位置關(guān)系，然后將位置信息發(fā)送到后臺(tái)服務(wù)器，要消耗大量的時(shí)間，也增加了一遍救援人員的工作量。并且，TDOA的定位系統(tǒng)在定位中，也只能局限在基站的區(qū)域內(nèi)有較好的精度。
[0044]2、精確度高
相對(duì)于其他定位系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)精度更好，工作距離更遠(yuǎn)。在慣性系統(tǒng)中，由于樓層的影響，其方向判斷的會(huì)出現(xiàn)較大偏差，無法借助其他系統(tǒng)進(jìn)行有效修正。而在這個(gè)系統(tǒng)中，則利用測(cè)距和九軸傳感器的數(shù)據(jù)相互修正，得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果。其全局定位精度在2米以內(nèi)，并且不隨時(shí)間的推移而變差。
[0045]3、相對(duì)位置計(jì)算準(zhǔn)確
在這個(gè)系統(tǒng)中，救援人員身上的個(gè)人定位子系統(tǒng)4隨時(shí)可以和臨時(shí)定位站3進(jìn)行測(cè)距之外，如圖4所示；同時(shí)，定位子系統(tǒng)之間也可以完成相互之間的測(cè)距，如圖5所示。
[0046]4、測(cè)距定位及融合
在這類應(yīng)急的定位系統(tǒng)中，第一次引入了無線測(cè)距技術(shù)，并通過測(cè)距的技術(shù)作為定位的主要依據(jù)。極大地改善了由于慣性定位導(dǎo)致的累計(jì)誤差。提升了定位精度。
[0047]傳感器數(shù)據(jù)的融合方面，在這個(gè)系統(tǒng)中，融合主要體現(xiàn)在下面幾個(gè)方面。
[0048]I)氣壓傳感和陀螺儀的融合
由于氣壓傳感器隨溫度的漂移非常大，即使精度較高的氣壓傳感器，其測(cè)量結(jié)果可能會(huì)有I米的誤差，而結(jié)合陀螺儀，可以準(zhǔn)確判斷出來樓層的變化；
2)距離和方向的融合
通過三軸電子羅盤，在樓宇中，其誤差可能有十多度，電子羅盤結(jié)合陀螺儀和距離，可以準(zhǔn)確判斷出救援人員的行走方向，并消除其誤差；
3)數(shù)據(jù)過濾
在九軸傳感器出來的原始數(shù)據(jù)，會(huì)有較多的偏差，在這個(gè)系統(tǒng)中，融合了 PNI的傳感器數(shù)據(jù)處理模塊，該處理模塊中，在硬件實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)卡爾曼濾波算法，極大地優(yōu)化了原始數(shù)據(jù)中存在的數(shù)據(jù)不穩(wěn)定性，提高了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定和精度。
[0049]5、智能學(xué)習(xí)
在這個(gè)系統(tǒng)中，采用了智能學(xué)習(xí)的過程，通過距離的檢測(cè)和救援人員的動(dòng)作分析，可以獲取到救援人員的行動(dòng)的數(shù)據(jù)，在跑動(dòng)的時(shí)候步頻，步距等信息，在沒有距離更遠(yuǎn)信號(hào)無法達(dá)到的時(shí)候，可以依據(jù)此數(shù)據(jù)做慣性導(dǎo)航，能得到更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
[0050]6、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)
由于救援現(xiàn)場(chǎng)的不確定性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法傳輸，即使無限制地加大數(shù)據(jù)傳輸射頻的是輸出功率，但依然很難保證到數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。在這個(gè)系統(tǒng)中，在兩個(gè)方面做出了優(yōu)化:I) 433MHz，I瓦的輸出功率
433MHz，相對(duì)于其他比如2.4G等頻道，有非常好的繞射性能，同時(shí)增加其輸出功率，保證多數(shù)場(chǎng)景下可以使用。但在更為復(fù)雜的環(huán)境中，需要支持Mesh。
[0051]2)網(wǎng)狀網(wǎng) Mesh
在這個(gè)系統(tǒng)中，為了保證其傳輸?shù)目煽啃?，所有的?shù)傳模塊，均采用兩路設(shè)計(jì)。分別工作在不同信道，實(shí)現(xiàn)收、發(fā)的功能，實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)。帶來的好處是即使是復(fù)雜的建筑物，仍然可以通過Mesh的多跳，傳回到位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)I。另外，雙射頻，能保證到足夠的帶寬，確保在多跳之后，性能下降到還可以接受。
[0052]7、位置圖自生長(zhǎng)
在位置呈現(xiàn)I中，呈現(xiàn)的方式采用自生長(zhǎng)的方式，不需要提前為任何一個(gè)建筑物進(jìn)行建模，避免帶來大量的工作。在系統(tǒng)每次使用的時(shí)候，通過行為控制，設(shè)置坐標(biāo)原點(diǎn)。設(shè)置完成之后，根據(jù)救援人員的行動(dòng)方向，來建立坐標(biāo)軸，根據(jù)救援人員的位置和行為，若識(shí)別是上樓中，則顯示為樓梯，若識(shí)別在樓層中運(yùn)動(dòng)，則顯示為走道，當(dāng)發(fā)生拐彎的時(shí)候，做房間判斷或走道拐彎判定，然后，根據(jù)每個(gè)人的位置，呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)位置關(guān)系。
[0053]下面列舉一個(gè)本發(fā)明的具體實(shí)施，介紹下述四個(gè)方面的實(shí)施。
[0054]一、基準(zhǔn)原點(diǎn)
對(duì)于基準(zhǔn)原點(diǎn)的確認(rèn)，主要分為下面兩個(gè)步驟，一個(gè)是臨時(shí)定位站的布放規(guī)則，另外一個(gè)是基準(zhǔn)原點(diǎn)確認(rèn)的過程。下面分別說明。
[0055]需要說明的是，這些定位站都是臨時(shí)定位站，只是在應(yīng)急救援中所扮演的角色差異，其功能完全一致。
[0056]( I)、臨時(shí)定位站I布放規(guī)則起始定位站
起始定位站即位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)，這個(gè)設(shè)備放在救援車或消防車上，或在救援車輛無法達(dá)到的時(shí)候，選擇在建筑物外的一個(gè)點(diǎn)架設(shè)(貼在墻上或直接丟在地上)，然后開啟電源即可。
[0057]進(jìn)入點(diǎn)站
在救援人員進(jìn)入建筑物的時(shí)候，在建筑物的靠近樓梯的一側(cè)貼放臨時(shí)定位站，若樓有多個(gè)進(jìn)入點(diǎn)的時(shí)候，在每個(gè)進(jìn)入點(diǎn)都貼臨時(shí)定位站。用來標(biāo)識(shí)不同的進(jìn)入點(diǎn)。
[0058]樓層起始定位站
在救援人員到達(dá)救援的樓層的時(shí)候，需要在樓層的樓梯口對(duì)應(yīng)位置安裝一個(gè)臨時(shí)定位站3，用于這個(gè)樓層的定位，樓層走廊每隔五十米設(shè)置一個(gè)臨時(shí)定位站。一方面是對(duì)人員的定位，另外一個(gè)方面是對(duì)樓層轉(zhuǎn)角的其他臨時(shí)站定位。
[0059]樓層轉(zhuǎn)角站
樓層轉(zhuǎn)角站，主要考慮到樓層在轉(zhuǎn)角之后，信號(hào)無法覆蓋。各個(gè)站點(diǎn)布置的層次關(guān)系如圖6所示。各個(gè)臨時(shí)定位站之間的連接關(guān)系過程如圖7，具體過程如下:
I)進(jìn)入點(diǎn)站位置確定過程
進(jìn)入點(diǎn)站的定位，主要是依賴兩個(gè)方面，一個(gè)是和起始站之間測(cè)距，完成距離確認(rèn)，另外通過電子羅盤，確認(rèn)其方位，由于進(jìn)入點(diǎn)基本上在一樓，其電子羅盤的精度比較高，可以通過準(zhǔn)確獲取到進(jìn)入點(diǎn)定位站的具體位置。位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)能通過以上兩個(gè)信息在地圖上進(jìn)行呈現(xiàn)。
[0060]2)樓層起始定位站位置確定過程
樓層起始定位站，主要是依賴于氣壓和九軸傳感器確定位置，進(jìn)行樓層判斷，將該臨時(shí)定位站貼在墻上的時(shí)候，該定位站開始工作，并將所在的樓層數(shù)據(jù)傳送到位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)。
[0061]3)轉(zhuǎn)角定位站位置確認(rèn)過程
轉(zhuǎn)角定位站，即樓層轉(zhuǎn)角的臨時(shí)定位站和樓層起始定位站之間通過測(cè)距和救援人員的運(yùn)動(dòng)慣性計(jì)算獲得。轉(zhuǎn)角定位站和轉(zhuǎn)角定位站之間的定位也是采用相同的方式。
[0062](2)基準(zhǔn)原點(diǎn)
在這個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)的時(shí)候，必須先確認(rèn)系統(tǒng)的起始點(diǎn)，也就是坐標(biāo)的原點(diǎn)。在這個(gè)系統(tǒng)中，有兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn):起始定位站和樓層起始定位站，起始定位站是整個(gè)系統(tǒng)的坐標(biāo)原點(diǎn)，樓層起始定位站，是這層樓的坐標(biāo)原點(diǎn)，這兩個(gè)坐標(biāo)原點(diǎn)可以進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
[0063]二、樓層計(jì)算樓層計(jì)算，主要是兩個(gè)方面進(jìn)行融合。
[0064]氣壓傳感器獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，由于氣壓傳感器相對(duì)受環(huán)境的影響因素比較大，特別是溫度等參數(shù)，在另外一個(gè)方面，氣壓傳感器之間的由于生產(chǎn)等原因，兩個(gè)氣壓傳感器之間的差值也比較大。為了減少這種誤差，其在短時(shí)間內(nèi)誤差還是相對(duì)較小，精確度也比較高。所以，在這個(gè)系統(tǒng)中，我們采用進(jìn)入點(diǎn)告知的方式。
[0065]在救援人員進(jìn)入的樓層的時(shí)候，按下臨時(shí)定位站的按鈕，該系統(tǒng)會(huì)立即廣播信號(hào)并開始和附近的救援人員測(cè)距。此時(shí)，救援人員的個(gè)人定位模塊會(huì)記錄下當(dāng)前的氣壓值。在救援人員到達(dá)某個(gè)樓層的時(shí)候，再次啟動(dòng)這個(gè)樓層的第一個(gè)臨時(shí)定位站，記錄下此時(shí)的氣壓值，兩個(gè)氣壓值相減，可以轉(zhuǎn)換為高度差。
[0066]救援人員通過安全通道的樓梯上樓的過程中，通過陀螺儀，可以記錄下上一個(gè)過程中，救援人員在整個(gè)過程中旋轉(zhuǎn)角度的累計(jì)值。用這個(gè)角度累計(jì)值除以360度，可以計(jì)算出救援人員所有的轉(zhuǎn)身次數(shù)。
[0067]在得到高度差值和轉(zhuǎn)身次數(shù)之后，可以計(jì)算出相對(duì)準(zhǔn)確的樓層值。但在實(shí)際中，還需要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)值綜合處理，因?yàn)橛械臉菍有枰D(zhuǎn)720度。
[0068]三、位置計(jì)算
在本系統(tǒng)中，位置的計(jì)算主要是依賴兩個(gè)方面，測(cè)距和方向。
[0069]測(cè)距，在這個(gè)系統(tǒng)中，是由UWB完成，采用了 UWB的雙向測(cè)距算法，此方法簡(jiǎn)單可靠，測(cè)距精度達(dá)到10厘米，其穿透能力強(qiáng)，為了避免減少阻擋，保證可靠的測(cè)距性能，在這個(gè)系統(tǒng)中，測(cè)距單元安裝在頭盔上，避免人體的阻隔。
[0070]在這個(gè)系統(tǒng)中，采用了全開放式測(cè)距，任何一個(gè)個(gè)人定位子系統(tǒng)4都可以發(fā)起測(cè)距，任何一個(gè)個(gè)人定位模塊都可以被認(rèn)為被測(cè)距。主要的處理方法是在個(gè)人定位模塊中，測(cè)距單元工作都工作在接收模式，當(dāng)它需要和其他人測(cè)距的時(shí)候，就切換到發(fā)送模式，發(fā)起測(cè)距。測(cè)距完成后，參與測(cè)距的雙方都會(huì)知道測(cè)距結(jié)果。
[0071]測(cè)距有兩種，個(gè)人定位模塊4和臨時(shí)定位站的測(cè)距，計(jì)算出救援人員和臨時(shí)定位站之間的相對(duì)距離；個(gè)人定位模塊和個(gè)人定位模塊之間的測(cè)距，計(jì)算出個(gè)人定位模塊之間的距離。
[0072]在這個(gè)系統(tǒng)中，測(cè)距的策略由位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)I做出決策，在這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，系統(tǒng)明確知道在這層參與的救援人員的ID，通過數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)2將測(cè)距的策略下發(fā)。
主要有:
1、與誰測(cè)距(其他個(gè)人定位子系統(tǒng)的ID);
2、測(cè)距的時(shí)間間隔；
測(cè)距的幾個(gè)通過個(gè)人定位子系統(tǒng)4的數(shù)據(jù)傳輸單元回傳到位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)I。
[0073]方向，在這個(gè)系統(tǒng)中，方向位置的判斷是依賴于方向的差異。在樓層中，判斷相對(duì)簡(jiǎn)單主要涉及到以下幾個(gè)方面:
1、相對(duì)于臨時(shí)定位站的方向
在救援人員完成完成樓層臨時(shí)定位站的建設(shè)之后，救援人員相對(duì)于臨時(shí)定位站的運(yùn)動(dòng)方向。這主要借助個(gè)人定位模塊中的數(shù)字羅盤來完成判定。
[0074]2、人的運(yùn)動(dòng)方向
在人的運(yùn)動(dòng)過程中，需要不斷地對(duì)行走方向進(jìn)行識(shí)別，并根據(jù)方向的變更，計(jì)算其位置。在這個(gè)系統(tǒng)中，救援人員在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，為了保證其定位精度，提高了采樣頻率，采樣頻率一般為5Hz。如圖8所示在不同的位置，根據(jù)測(cè)距結(jié)果d1、角度，計(jì)算相對(duì)位置Xi和Yi。
[0075]四、數(shù)據(jù)傳輸
射頻選擇:一般情況下，頻率越低，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，射頻的繞射性能就越好。在國家法律允許的情況下，這個(gè)系統(tǒng)中，射頻的工作頻段為433MHz。在該頻率下，至少有兩個(gè)獨(dú)立的大于200Kbps的信道。以確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
[0076]為了保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，射頻芯片必須支持CSMA機(jī)制，避免數(shù)據(jù)在發(fā)送的過程中相互干擾，保證數(shù)據(jù)的可靠性。
[0077]芯片支持AES加密，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br> [0078]網(wǎng)絡(luò)架構(gòu):在這個(gè)系統(tǒng)中，所有的有數(shù)據(jù)傳輸單元均有兩路，一路用于收數(shù)據(jù)，一路用于發(fā)數(shù)據(jù)，工作在不同頻段，避免相互干擾，實(shí)現(xiàn)頻分應(yīng)用。
[0079]五、位置呈現(xiàn)
(1)實(shí)時(shí)位置呈現(xiàn)
在這個(gè)系統(tǒng)中，位置實(shí)時(shí)呈現(xiàn)，呈現(xiàn)相互之間的位置關(guān)系。主要有幾個(gè)方面:
1、臨時(shí)站的位置及相對(duì)位置；
2、救援人員的相對(duì)于臨時(shí)站的位置；
3、救援人員的交叉相對(duì)距離；
4、救援人員周邊的環(huán)境信息；
5、救援人員生命體征信息；
(2)軌跡呈現(xiàn)
在這個(gè)系統(tǒng)中，出了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)呈現(xiàn)之外，還可以更加對(duì)歷史的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，主要有下面的幾個(gè)功能。
[0080]1、救援人員的個(gè)人軌跡回放；
2、多人的軌跡回放，從此分析出救援策略是否存在問題；
3、環(huán)境數(shù)據(jù)回放，是否存在不當(dāng)?shù)木仍胧?br> 4、救援設(shè)備的使用分析，設(shè)備的使用是否符合預(yù)期，是否存在改善的必要性。
[0081](3)自生長(zhǎng)
在進(jìn)行救援的時(shí)候，有非常大的不確定性，樓層的位置情況，樓層的結(jié)構(gòu)圖，若對(duì)所有樓宇都進(jìn)行數(shù)字建模，這種工作量比較大，也比較不現(xiàn)實(shí)。在這個(gè)系統(tǒng)中，采用自生長(zhǎng)的方式，救援人員達(dá)到哪里，就顯示哪里的位置關(guān)系。
[0082]自生長(zhǎng)主要包括下面的兩個(gè)方面:
1、樓層自生長(zhǎng)，是根據(jù)傳感器獲取的數(shù)據(jù)，顯示樓梯的數(shù)據(jù)模型；
2、樓層走道拐角自生長(zhǎng)，根據(jù)各個(gè)臨時(shí)定位站可以判斷；
除了自生長(zhǎng)只，還有就是融合，比如，救援人員從多個(gè)點(diǎn)進(jìn)入的時(shí)候，整個(gè)位置呈現(xiàn)系統(tǒng)需要對(duì)所有的進(jìn)入點(diǎn)的救援人員位置和樓宇進(jìn)行有效融合，主要體現(xiàn)在:
1)、融合所有的人和位置關(guān)系到同一個(gè)場(chǎng)景中，比如不同樓層；
2 )、多點(diǎn)進(jìn)入之后，救援人員最終達(dá)到同一個(gè)樓層，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)融合。
[0083]3)、上下樓層數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備在鏈路上進(jìn)行融合，保證數(shù)據(jù)鏈路的可靠。
[0084]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單的修改、等同替換與改進(jìn)等，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)，其特征在于:包括位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)、臨時(shí)定位站子系統(tǒng)和個(gè)人定位子系統(tǒng)，所述臨時(shí)定位站子系統(tǒng)包括多個(gè)臨時(shí)定位站；所述個(gè)人定位子系統(tǒng)包括多個(gè)個(gè)人定位模塊，所述數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)分別與位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)、臨時(shí)定位站相互連接，所述臨時(shí)定位站和個(gè)人定位模塊相互連接，其中， 所述位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)用以處理是數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，然后通過圖形方式呈現(xiàn)出救援人員的具體位置； 所述數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)通信功能，數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)和臨時(shí)定位站子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，接收臨時(shí)定位站子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)；當(dāng)數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)接收到控制指令時(shí)，再分別發(fā)送至發(fā)送到臨時(shí)定位站子系統(tǒng)，臨時(shí)定位站子系統(tǒng)再發(fā)給個(gè)人定位子系統(tǒng)； 所述臨時(shí)定位站子系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)定位功能，由救援人員在救援現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)布置； 所述個(gè)人定位子系統(tǒng)由救援人員隨身攜帶，用以實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集，位置測(cè)距和數(shù)據(jù)傳輸功能，向臨時(shí)定位站子系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)，其特征在于:所述臨時(shí)定位站子系統(tǒng)包括臨時(shí)定位站CPU以及分別與其相連接的第一數(shù)傳模塊、第二數(shù)傳模塊、第一測(cè)距模塊和電子羅盤，其中， 所述第一和第二數(shù)傳模塊作為數(shù)據(jù)的傳輸鏈路用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸； 所述臨時(shí)定位站CPU用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理； 所述第一測(cè)距模塊用以完成和個(gè)人定位模塊以及其他臨時(shí)定位站之間的測(cè)距功能； 所述電子羅盤用以判定救援人員的行進(jìn)方向和臨時(shí)定位站子系統(tǒng)之間的方向差異。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)，其特征在于:所述個(gè)人定位模塊包括個(gè)人定位CPU以及分別與其相連接的第三數(shù)傳模塊、第二測(cè)距模塊、數(shù)據(jù)收集模塊、九軸傳感器和氣壓傳感器，其中， 所述第三數(shù)傳模塊作為數(shù)據(jù)的傳輸鏈路用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸； 所述個(gè)人定位CPU用以實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)運(yùn)算處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能；所述第二測(cè)距模塊用以完成和臨時(shí)定位站子系統(tǒng)之間的測(cè)距功能； 所述數(shù)據(jù)收集模塊用以收集來自救援人員的隨身數(shù)據(jù)，經(jīng)過個(gè)人定位CPU處理后，發(fā)送到位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)； 所述九軸傳感器用以收集運(yùn)動(dòng)信息，并進(jìn)行模糊識(shí)別； 所述氣壓傳感器用以采集氣壓信息，并進(jìn)行高度定位。
4.如權(quán)利要求3所述的一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)收集模塊采用2.4G射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
5.如權(quán)利要求3所述的一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)，其特征在于:所述隨身數(shù)據(jù)包括救援人員心率、血氧含量、空氣瓶的氣壓數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求3所述的一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)，其特征在于:所述模糊識(shí)別包括跑步、快走、連續(xù)轉(zhuǎn)身、行進(jìn)方向綜合識(shí)別。
7.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)，其特征在于:所述九軸傳感器包括三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀傳感器和三軸電子羅盤；所述九軸傳感器中還設(shè)置有PNI傳感器數(shù)據(jù)處理芯片。
8.如權(quán)利要求3所述的一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)傳模塊的傳輸頻率為433MHz，輸出功率為I瓦，采用兩路設(shè)計(jì)，形成網(wǎng)狀網(wǎng)傳輸結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1-8所述的一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)的方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: 步驟一:所述位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)設(shè)置于建筑物外，每位救援人員攜帶一個(gè)個(gè)人定位子模塊進(jìn)入建筑物內(nèi)； 步驟二:救援人員在進(jìn)入建筑物時(shí)首先將一個(gè)臨時(shí)定位站設(shè)置于建筑物入口處；步驟三:救援人員以步驟二中設(shè)置的臨時(shí)定位站為原點(diǎn)建立三維坐標(biāo)系，在建筑物的走廊處，每隔五十米設(shè)置一個(gè)臨時(shí)定位站，且救援人員經(jīng)過的所有轉(zhuǎn)角處都設(shè)置一個(gè)臨時(shí)定位站; 步驟四:建筑物內(nèi)的所有臨時(shí)定位站相互之間進(jìn)行定位測(cè)距，構(gòu)成一個(gè)位置網(wǎng)，并與數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)根據(jù)每個(gè)臨時(shí)定位站的定位信息計(jì)算出臨時(shí)定位站的坐標(biāo)及臨時(shí)定位站的位置關(guān)系，并通過位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)以坐標(biāo)圖的形式呈現(xiàn)； 步驟五:每個(gè)救援人員身上攜帶的個(gè)人定位模塊通過與鄰近的臨時(shí)定位站進(jìn)行定位測(cè)距，臨時(shí)定位站將每個(gè)救援人員的位置信息發(fā)送給數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)根據(jù)接收的位置信息定位救援人員的位置，并將位置信息發(fā)送到位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)，在坐標(biāo)圖中顯示每個(gè)救援人員的坐標(biāo)位置及相互之間的位置關(guān)系； 步驟六:救援人員身上攜帶的個(gè)人定位模塊相互之間進(jìn)行定位測(cè)距，并通過與每個(gè)救援人員相距最近的臨時(shí)定位站向數(shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)發(fā)送測(cè)距數(shù)據(jù)，，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)子系統(tǒng)對(duì)步驟五中已經(jīng)標(biāo)定的救援人員的坐標(biāo)位置及位置關(guān)系進(jìn)行修訂； 步驟七:在救援人員進(jìn)入的樓層的時(shí)候，按下臨時(shí)定位站的按鈕，該系統(tǒng)會(huì)立即廣播信號(hào)并開始和附近的救援人員測(cè)距；救援人員的個(gè)人定位模塊會(huì)記錄下當(dāng)前的氣壓值，在救援人員到達(dá)某個(gè)樓層的時(shí)候，再次啟動(dòng)這個(gè)樓層的第一個(gè)臨時(shí)定位站，記錄下此時(shí)的氣壓值，兩個(gè)氣壓值相減，轉(zhuǎn)換為高度差，通過臨時(shí)定位站發(fā)送回?cái)?shù)據(jù)收發(fā)子系統(tǒng)； 救援人員通過安全通道的樓梯上樓的過程中，記錄救援人員在整個(gè)過程中旋轉(zhuǎn)角度的累計(jì)值；用這個(gè)角度累計(jì)值除以360度，計(jì)算出救援人員所有的轉(zhuǎn)身次數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的一種應(yīng)急救援的人員定位系統(tǒng)的方法，其特征在于:還包括如下步驟，當(dāng)位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)中的某位救援人員的坐標(biāo)長(zhǎng)時(shí)間的不再進(jìn)行更新變化，指揮人員根據(jù)位置呈現(xiàn)子系統(tǒng)中的距離關(guān)系，選擇其他救援人員予以協(xié)助。
【文檔編號(hào)】G01C21/16GK104457750SQ201410651139
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】王湘, 肖成海, 張慶林 申請(qǐng)人:南京沃旭通訊科技有限公司