一种人员安全复合定位系统及定位方法与流程

本发明涉及定位系统技术领域，尤其涉及一种人员安全复合定位系统及定位方法。

背景技术：

随着信息技术和人员本身安全的需要，人们对自身的定位需求越来越强烈，特别是集体行动的时候，每个人的位置和状态信息的获取是有效指挥的前提，尤其是在灾难救援活动中，冲锋在第一线的救援人员经常处于危险境地，救援人员的定位需求就显得更加迫切

目前的指挥系统由多个防爆手持电台组成，在实际的使用过程中通过通话确定救援人员的方位和状态，但是该指挥系统无法解决人员集体行动时人员定位、状态监测和指挥的问题。救援过程中救援人员无法了解自己和队员的位置等信息，在出现危急情况的时候不能及时有效地相互支援，很容易导致伤亡。同时，指挥员和现场人员不能掌握救援人员的实时位置及状况，无法立即对救援人员面对的情况做出正确判断和合理的指挥，严重影响了指挥效率。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种人员安全复合定位系统及定位方法，该系统采用多传感器向结合的方式实现有效的室内外人员定位、状态监测和指挥。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明一方面提供一种人员安全定位系统，包括：体征感知装置，所述体征感知装置具有体征感知传感器和体征感知端蓝牙电路；其中所述体征感知传感器输出端与体征感知端蓝牙电路连接，所述体征感知端蓝牙电路的供电接口连接有体征感知端电源；

携带装置，所述携带装置具有与所述体征感知端蓝牙电路匹配的携带端蓝牙电路、三轴陀螺、三轴加速度传感器、气压传感器、温湿度传感器、卫星电路、基站定位电路、声光报警器、语音通讯电路、摄像头、携带端数据传输电路和核心处理电路；其中所述携带端蓝牙电路、三轴陀螺、三轴加速度传感器、气压传感器、温湿度传感器、卫星电路、基站定位电路、声光报警器、语音通讯电路、摄像头、携带端数据传输电路与所述核心处理电路连接，所述核心电路的供电接口连接有携带端电源；

指挥装置，所述指挥装置具有与所述携带端数据传输电路进行数据传输的指挥端数据传输电路和对所传输的数据进行处理形成人员定位、人员状态监控和人员指挥信号的指挥平台。

进一步地，所述携带端数据传输电路具有携带端4G电路和携带端无线数传通讯电路，所述指挥端数据传输电路具有指挥端4G电路和指挥端无线数传通讯电路，其中指挥端4G电路与所述携带端4G电路相匹配，指挥端无线数传通讯电路与所述携带端无线数传通讯电路相匹配；所述携带装置优先选择所述携带端4G电路输送数据，当所述携带端4G电路与所述指挥端4G电路匹配异常时，所述携带装置选择所述携带端无线数传通讯电路输送数据。

进一步地，所述定位系统还包括中继装置，当所述携带端4G电路与指挥端4G电路匹配、携带端无线数传通讯电路与指挥端无线数传通讯电路的匹配均出现异常时，所述核心处理电路与所述指挥装置通过所述中继装置进行数据传输；当所述携带端4G电路与指挥端4G电路匹配、携带端无线数传通讯电路与指挥端无线数传通讯电路的匹配均出现异常时，所述核心处理电路通过所述语音通讯电路告知人员打开所述中继装置，并将所述中继装置放置在前进路上，建立与所述携带装置、指挥装置的双向通讯链路。

进一步地，所述复合定位系统还包括基准装置，所述基准装置设置在室内；所述基准装置具有与所述携带端蓝牙电路相匹配的基准装置蓝牙电路，所述基准装置蓝牙电路供电接口连接有基准装置电源。

进一步地，所述携带装置还具有ZigBee无线传感器，所述ZigBee无线传感器与所述核心处理电路连接，并与周围人员携带的ZigBee无线传感器传输信号。

进一步地，所述体征感知传感器具有心率传感器和血氧含量传感器。

本发明另一方面还提供一种人员安全复合定位方法，采用上述人员安全复合定位系统，包括人员定位、人员状态监控和人员指挥；

其中所述人员定位具体为：所述指挥装置根据卫星电路和气压传感器进行精准定位，同时根据上一时刻人员定位信息，结合三轴陀螺、三轴加速度传感器、基站定位电路和气压传感器信息进行航位推算、基站定位及RSSI场强定位对所述精准定位进行检验；当所述卫星电路无法定位时，采用所述航位推算、基站定位和RSSI场强定位方法辅助定位；所述指挥装置同时标记人员运行轨迹；

所述人员状态监控具体为：所述指挥装置通过解算三轴陀螺和三轴加速度传感器的数据，结合人体运动模态分析，推算人员的运动状态信息，然后将所述人员的运动状态信息、温湿度传感器数据和体征感知传感器数据作为人员的状态信息显示；所述指挥装置自动统计人员运动量，并结合人员前期的身体数据，综合判断人员在相同负荷下继续工作时间；

所述人员指挥具体为：所述指挥装置根据所述人员定位数据、人员运行轨迹和基准装置数据指挥人员达到目标、救援或撤离。

进一步地，当卫星电路无法定位时，所述ZigBee无线传感器向周围人员携带的ZigBee无线传感器发送信标信号，所述周围人员携带的ZigBee无线传感器计算所述信标信号的功率值，并返回所述ZigBee无线传感器，核心处理电路根据所述ZigBee无线传感器接收到的功率值，结合所述三轴陀螺、三轴加速度传感器、基站定位电路和气压传感器进行航位推算、基站定位及RSSI场强定位。

进一步地，所述指挥装置根据所述卫星电路数据对所述三轴陀螺和三轴加速度传感器进行修正，以减少所述三轴陀螺和三轴加速度传感器的累积误差，这样能够保证当卫星电路无法定位时，根据三轴陀螺、三轴加速度传感器和气压传感器进行航位推算、基准定位及RSSI场强定位更加准确。

进一步地，所述定位方法还包括人员报警，所述人员报警具体为：所述携带装置向指挥装置发送报警信息，并启动声光报警器；其中所述携带装置发送报警信息采用手动或自动方式，所述声光报警器的声音和闪光会持续进行，直至有人员主动关闭声光报警器，当指挥装置接收到报警信息后能够通过语音通讯电路与报警人员进行确认，然后安排撤离路线或营救规划。

本发明有益效果如下：

本申请人员安全复合定位系统采用多传感器相结合的方式实现室内外全方位的人员定位指挥，系统采用卫星定位，三轴陀螺、三轴加速度传感器信息、基站定位电路和气压传感器的高度信息进行航位推算、基站定位及RSSI场强定位方法辅助定位的方式进行地图匹配精准定位，不仅能够保证定位的精准，同时在卫星电路无法定位时，也能够通过航位推算、基站定位及RSSI场强定位方法进行定位。携带装置与指挥装置采用4G和无线数传两种方式进行通讯，携带装置可自动提示通讯状态，若两种方式通讯状态均为异常，可采用中继的方式进行通讯。在人员进入室内时，可通过调用已有楼宇的三维模型或自动建立楼宇三位模型的方式开展定位。指挥装置会自动统计人员上下楼梯的台阶数、平地行走的步数及距离信息，结合该人员前期的身体数据，综合判断该人员还能够在相同负荷下的工作时间。当需要到达某一具体目标时或人员遇到困难时，指挥装置通过人员的相对位置、人员运行的路径等参考信息指挥人员达到目标或进行救助。若人员需要撤离，指挥装置会设计出最便捷的撤离路线。同时，指挥装置并可远程控制携带装置的摄像头，详细观察携带装置周围的环境，以供指挥人员决策。该设备有效解决了人员集体行动时人员定位、状态监测和指挥的问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为体征感知装置组成示意图；

图2携带装置组成示意图；

图3指挥装置组成示意图；

图4基准装置组成示意图；

图5中继装置组成示意图；

图6系统构成示意图；

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本实施例提供一种人员安全复合定位系统及定位方法，包括体征感知装置、携带装置、指挥装置、基准装置和中继装置。

其中所述体征感知装置具有心率传感器、血氧含量传感器、体征感知端蓝牙电路和体征感知端电源，其中所述心率传感器、血氧含量传感器输出端通过导线与体征感知端蓝牙电路连接，体征感知端蓝牙电路的供电口连接体征感知端电源，连接关系如图1所示。

所述携带装置具有三轴陀螺、三轴加速度传感器、气压传感器、卫星电路、基站定位电路、携带端蓝牙电路、ZigBee无线传感器、携带端4G电路、声光报警器、温湿度传感器、摄像头、语音通讯电路、携带端无线数传通讯电路、核心处理电路和携带端电源；所述三轴陀螺、三轴加速度传感器、气压传感器、卫星电路、基站定位电路、携带端蓝牙电路、ZigBee无线传感器、携带端4G电路、声光报警器、温湿度传感器、摄像头、语音通讯电路、携带端无线数传通讯电路与核心处理电路连接，分别与核心处理电路传输数据信号；所述三轴陀螺、三轴加速度传感器、气压传感器、卫星电路、基站定位电路、携带端蓝牙电路、ZigBee无线传感器、携带端4G电路、声光报警器、温湿度传感器、摄像头、语音通讯电路、携带端无线数传通讯电路的供电接口均与核心处理电路对外供电接口连接，核心处理电路的供电接口与携带端电源的对外供电口连接，具体连接关系如图2所示。

其中携带端蓝牙电路能够与体征感知端蓝牙电路匹配，体征感知端蓝牙电路将心率传感器和血氧含量传感器感知到的人员心率和血氧含量信息编码后发送给携带端蓝牙电路。

指挥装置具有指挥端无线数传通讯电路、指挥端4G电路和指挥平台，其中所述指挥端4G电路、指挥端无线数传通讯电路均与指挥平台连接。所述指挥端数传通讯电路与携带端数传通讯电路匹配，所述指挥端4G电路与携带端4G电路匹配，保证了携带装置与指挥装置之间的数据传输，并且在数据传输过程中优先选择携带端4G电路和指挥端4G电路输送数据，当输送电路发生异常时，选择携带端无线数传通讯电路和指挥端无线数传通讯电路输送数据，然后指挥端4G电路和指挥端无线数传通讯电路将数据输送给指挥平台，指挥平台对数据进行处理形成人员定位、人员状态监控和人员指挥信号，然后在返回给携带装置，指挥装置的连接关系图如图3所示。

优选地，所述指挥装置还具有指挥端蓝牙电路，所述指挥端蓝牙电路用于与外界进行数据传输。

基准装置安装于室内，一般安装在室内一些关键的位置，基准装置具有基准装置蓝牙电路和用于给基准蓝牙装置蓝牙电路供电的基准装置电源，所述基准装置蓝牙电路能够与携带端蓝牙电路匹配，当人员进入装有基准装置的室内后，携带端蓝牙电路会自动搜索基准装置蓝牙电路，并与基准装置蓝牙电路匹配，然后接受基准装置蓝牙电路发送的基准装置位置、最近消防通道的位置和最便捷的撤离路线，然后携带端蓝牙电路将这些数据在发送给核心处理电路，然后核心处理电路在将数据传送给指挥装置，指挥装置能够根据基准装置的数据最对人员的位置进行修正，基准装置的连接关系如图4所示。

中继装置具有中继装置无线数传通讯电路和用于给中继装置无线数传通讯电路供电的中继装置电源，连接关系如图5所示。当所述携带端4G电路与指挥端4G电路匹配、携带端无线数传通讯电路与指挥端无线数传通讯电路的匹配均出现异常时，所述核心电路与所述指挥装置通过所述中继装置进行数据传输；当所述携带端4G电路与指挥端4G电路匹配、携带端无线数传通讯电路与指挥端无线数传通讯电路的匹配均出现异常时，所述核心处理电路通过所述语音通讯电路告知人员打开所述中继装置，并将所述中继装置放置在前进路上，建立与所述携带装置、指挥装置的双向通讯链路，连接关系如图5所示。

如图6所示，在进行集群定位系统工作前，首先对携带装置进行编号区分，每个携带装置的编号唯一，集群定位工作时，体征感知装置和携带装置通过体征感知端蓝牙电路和携带端蓝牙电路自动匹配，匹配完成后，体征感知装的心率传感器和血氧含量传感器将感知到的人体心率和血氧含量发送给体征感知端蓝牙电路，体征感知端蓝牙电路将心率和血氧含量信息编码后发送给携带端蓝牙电路。

携带端蓝牙电路将接收到的心率和血氧含量信息后，将信息发送给核心处理电路，同时核心处理电路采集三轴陀螺、三轴加速度传感器、气压传感器、卫星电路、基站定位电路、声光报警器、温湿度传感器和摄像头的数据，并进行编码处理，当编码处理完成后，核心处理电路检测携带端4G电路是否与指挥端4G电路匹配正常，如果匹配正常，则核心处理电路将处理完成后的编码通过携带端4G电路输送给指挥装置；如果携带端4G电路是否与指挥端4G电路匹配异常，则检测携带端无线数传通讯电路时候与指挥端无线数传通讯电路匹配正常，如果匹配正常，则核心处理电路将处理完成后的编码通过携带端无线数传通讯电路输送给指挥装置；如果携带端无线数传通讯电路时候与指挥端无线数传通讯电路匹配也异常，则核心处理电路通过语音通讯电路告知人员，人员打开中继装置，并将中继装置放置带前进的路线上，中继装置自动建立与携带装置、指挥装置的双向通讯链路，然后核心处理电路将处理后的编码信息通过携带端无线数传通讯电路传送给中继无线数传通讯电路，然后中继无线数传通讯电路将信息传送给指挥端无线数传通讯电路，指挥装置的指挥端4G电路、指挥端无线数传通讯电路将接受到的数据输送给指挥平台，指挥平台再对数据进行处理。

指挥平台接受到携带装置核心处理电路输送的数据后，首先判断卫星电路是否正常，如果卫星电路状态正常，则指挥平台调用自身的地图库信息，结合卫星电路的位置和气压传感器的高度信息进行地图匹配，并将携带端人员的位置标识在地图上；同时指挥平台根据三轴陀螺、三轴加速度传感器、基站定位电路和气压传感器的高度信息，并结合上一时刻人员位置进行航位推算、基站定位和RSSI场强定位方法对携带装置进行地图匹配，匹配结果能够对卫星电路的定位结果起到检验的作用，进一步保证定位的精准。

在卫星电路进行定位过程中，指挥平台根据卫星电路的数据结合三轴陀螺和三轴加速度传感器误差模型，对三轴陀螺和三轴加速度传感器误差进行估计，进而修正三轴陀螺和三轴加速度传感器的误差，从而提高三轴陀螺和三轴加速度传感器的准确性，这是因为三轴陀螺和三轴加速度传感器在使用过程中，会不断产生飘移，误差就会不断的积累，因此随着使用时间的延长，三轴陀螺和三轴加速度传感器的误差会越来越大，因此需要不断的根据卫星电路的数据进行修正。

在指挥平台检测到卫星电路无法定位时，携带装置的ZigBee无线传感器会向周边人员携带的ZigBee无线传感器发送信标信号，周围人员ZigBee无线传感器接收到信标信号后获取信标信号的功率值，并将计算的功率值和对应携带装置的编号返回给该携带装置的ZigBee无线传感器，然后核心处理电路根据所述ZigBee无线传感器接收到的功率值再输送给指挥装置，传输数据时与上述的传输方式相同，指挥平台根据ZigBee无线传感器发送来的功率值和编号、三轴陀螺、三轴加速度传感器、基站定位电路和气压传感器的高度信息，并结合上一时刻人员位置进行航位推算、基站定位和RSSI场强定位方法对携带装置进行地图匹配，在地图上进行标记，因此在定位过程中根据卫星电路对三轴陀螺和三轴加速度传感器修正能够确保在卫星电路不能定位时，也能够确保较精准的定位信息。

人员进入楼宇时，指挥平台根据人员的位置自动进行地图匹配。若该楼宇有事先绘制好的三维模型，则指挥平台自动在地图数据库中查找定位所要进入的楼宇的位置并调用楼宇的三维模型，并在指挥装置的界面上呈现出该楼宇三维模型，建立楼层结构，画出安全通道，行走通道，标记消防设备以及功能区域。指挥平台按照上述的定位方法将携带端的位置标识在具体的楼层地图上。若该楼宇没有事先绘制好的三维模型，则指挥平台自动从地图数据库中识别进入的楼宇的外框，并将该轮廓做为楼宇的外围轮廓，且根据人员的移动位置逐步向上或向下建立楼宇的三维模型，并采用透视的方式让进入的人员轨迹可见，不同人员的轨迹采用不同颜色便与可视化。指挥平台结合三轴陀螺和三轴加速度传感器信息和气压传感器的高度信息进行航位推算、基准定位及RSSI场强定位方法开展楼宇地图匹配，将携带端的位置标识在具体的楼层地图上，同时根据人员的轨迹逐步完善楼梯位置。携带端蓝牙电路定时搜索房间内基准装置蓝牙电路信号，搜索到后进行匹配，然后接收基准装置蓝牙电路返回的基准装置位置、最近消防通道的位置以及最便捷的撤离路线，并将这些数据发送给核心处理电路，核心处理电路将基准装置位置数据发送给指挥装置，指挥平台对人员的位置进行修正。

指挥平台通过解算三轴陀螺、三周加速度传感器的数据，并结合人体运动模态分析，推算出人员的运动状态信息，人员的运动状态信息优选包括行走、上楼、下楼、卧倒和停止；指挥平台然后将携带装置的编号、温湿度传感器、心率、血氧含量信息和运动状态信息作为该人员的状态信息进行显示，同时在地图上标记人员的运动轨迹；同时，指挥装置会统计人员上下楼梯的台阶数、平地行走的步数及距离信息，考虑人员的心跳、血压及负重计算出人体的消耗，结合该人员前期的身体数据，综合判断该人员还能够在相同负荷下的工作时间，是否考虑撤回休整等。

当人员面对危险时，向指挥平台发出报警信息，并启动声光报警器，向指挥装置发出报警信息可以采用手动，也可以采用自动方式，例如当人员面对危险时可以手动发送，但是当人员出现意外情况时，携带装置自动发出报警信息；启动声光报警器后声音和闪光会持续进行直至人员主动关闭声光报警器。指挥平台通过人员编号确定具体的报警人员及位置，并通过语音通讯电路和报警人员进行确认。若人员需要撤离，指挥装置会根据该人员运动的路线、人员当前的位置以及人员运动路线上遇到的基准装置信息，设计出最便捷的撤离路线，并通过指挥端4G电路或指挥端无线数传通讯电路传送给携带装置，通过语音通讯电路告知撤离人员。若人员需要救助，指挥平台通过语音通讯电路引导指挥地图上与报警人员较为接近的其他人员靠近报警人员，直至进行有效救助。指挥装置能够选择性的呈现报警人员的运动轨迹，以利于救助后的返回。

在指挥人员需要获取携带装置周围的实际环境时，指挥装置向携带装置发送环境获取命令，携带装置启动摄像头工作，并通过语音通讯的方式让携带装置将摄像头对准某些具体的位置，图像通过人员携带端4G电路或携带端无线数传通讯电路传送给指挥装置。同时指挥装置远程控制摄像头，将摄像头更改为摄像模式，并根据需要调节摄像头的焦距，以便于详细观察携带装置周围的环境。图像通过人员携带端4G电路或无线数传通讯电路传送给指挥装置，以供指挥人员决策。

优选地，携带装置还具有防护投影眼镜，防护投影眼镜能够接收通过核心处理电路传输过来摄像头拍摄的画面图像或核心处理电路计算的最优行动路线，并采用投影的方式投射在眼镜上，用于提醒人员重点关注和实时路线参考。

综上所述，本发明实施例提供了一种人员安全复合定位系统及方法，采用多传感器相结合的方式实现室内外全方位的人员精准定位，同时能够监控人员的生理状态从而保证高效的作业效率和人员人生安全；该系统能够从多方位得掌控作业的全局情况，从而做出更专业更有效的指挥，有效的解决了人员集体行动时人员定位、状态监测和指挥的问题。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。