救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测系统、装置及跟踪监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测系统、装置及跟踪监测方法，系统包括终端设备、轨迹定位装置和识别模块；轨迹定位装置包括中央处理器Ⅱ、无线通信模块Ⅱ和轨迹定位组件，轨迹定位组件包括运动方位模块以及信息读取模块；本发明利用运动方位模块，结合信息读取模块以及分布于现场且至少记载有位置信息的识别模块，对运动方位模块所测得的位置信息进行间断校正，避免由于误差累积造成的位置信息不准确而导致的无法救援的问题，也避免了现有的射频识别卡技术的间断性导致的识别位置信息不准确的问题；可通过结合卫星定位以及合理设置识别模块，实现室外室内的定位对接，对建筑物内的救援人员能够进行精确的连续跟踪定位。
【专利说明】救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测系统、装置及跟踪监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种救灾现场安全设备，特种涉及一种救灾人员在现场运动轨迹实时定位跟踪检测系统、设备以及跟踪监测方法。
【背景技术】
[0002]灾难现场，特别是较高频率出现的火灾现场，浓烟密度大，可视性差，救援环境较为恶劣；在环境恶劣的陌生救援现场，救援人员往往无法识别最佳的进入、救援以及逃生路线，影响救援，甚至使消防救援人员无法逃生；因此，如何保证在火灾现场的救援人员(消防队员)如何确认现场情况，不被围困而选择最佳的救援及逃生路线，从而保证救援以及逃生的有效性，则是消防等救援人员需解决的问题，也是如何有效减少火灾等自然灾害对人员造成伤亡的重要问题。
[0003]而实际上，利用现有的卫星定位模块则不能适用于建筑物内的定位，因此，不能适用于建筑物的火灾、地震等灾害的建筑物内救援。
[0004]为解决上述问题，出现了利用三轴陀螺仪进行在建筑物内定位的系统和装置，但由于三轴陀螺仪本身存在误差并且该误差根据使用时间的延长而逐渐累加，导致最终的位置信息不准确，甚至相差较远；特别是在救灾过程中被掩埋的救灾人员来说，位置信息的不准确是影响救援的关键因素。还有就是利用射频识别卡识别位置信息的技术方案，由于射频识别技术中，需安装识别卡在建筑物内，而又无法密集的安装，因此，位置信息的读取和回传均是间断性的，特别是在较大的建筑物空间内，在两次数据读取之间，并不能确定救灾人员的位置。
[0005]因此，需要一种用于灾难现场救援的系统或设备，针对于卫星定位模块无法在建筑物内定位的问题进行改进，对建筑物内的救援人员能够进行精确的跟踪定位，并传输到终端设备进行监测，并根据该监测信息，掌握消防员或被困人员位置及运动轨迹，从而指导帮助救援人员或被困人员快速撤离现场。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的提供一种救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测系统、装置及跟踪监测方法，针对于卫星定位模块无法在建筑物内定位的问题进行改进，对建筑物内的救援人员能够进行精确跟踪定位，并传输到终端设备进行监测，并根据该监测信息，掌握消防员或被困人员位置及运动轨迹，从而指导帮助救援人员或被困人员快速撤离现场。
[0007]本发明的救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测系统，包括终端设备、轨迹定位装置和识别模块；
[0008]所述终端设备包括中央处理器I和与中央处理器I信号连接的无线通信模块
I；
[0009]所述识别模块分布于现场且至少记载有位置信息；
[0010]所述轨迹定位装置包括中央处理器I1、与中央处理器II信号连接的无线通信模块II和轨迹定位组件，所述轨迹定位组件包括运动方位模块以及用于采集识别模块的位置信息对运动方位模块的误差进行校正的信息读取模块；
[0011]所述无线通信模块I和无线通信模块II之间交互无线通信。
[0012]进一步，识别模块设置于或对应设置于现场的消防设施或/和疏散通道；
[0013]进一步，所述运动方位模块为三轴加速度传感器，识别模块为RFID电子标签，该RFID电子标签还储存有消防设施信息；
[0014]进一步，还包括用于终端设备和轨迹定位装置之间的对讲系统，该对讲系统由与中央处理器I信号连接的对讲模块I和与中央处理器II信号连接的对讲模块II组成；所述终端设备还包括与中央处理器I信号连接的输入、输出设备I，所述轨迹定位装置还包括与中央处理器II信号连接的输入、输出设备II ；
[0015]进一步，中央处理器I和/或中央处理器II储存有救灾现场三维地图；跟踪监测系统还包括远程指挥中心，所述远程指挥中心与终端设备或/和轨迹定位装置之间交互传输网络信号。
[0016]本发明还公开了一种救灾现场人员运动轨迹定位装置，包括轨迹定位装置和识别模块；
[0017]所述识别模块分布于现场且至少记载有位置信息；
[0018]所述轨迹定位装置包括中央处理器II和与中央处理器II信号连接的轨迹定位组件，所述轨迹定位组件包括运动方位模块以及用于采集识别模块的位置信息对运动方位模块的误差进行校正的信息读取模块。
[0019]进一步，识别模块设置于或对应设置于现场的消防设施或/和疏散通道；
[0020]进一步，所述运动方位模块为三轴加速度传感器，所述识别模块为RFID电子标签，RFID电子标签还储存有消防设施信息；
[0021]进一步，还包括与中央处理器II信号连接的无线通信模块I1、卫星定位模块II和输入、输出设备II ;所述中央处理器II储存有救灾现场三维地图。
[0022]本发明还公开了一种救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测方法，包括下列步骤:
[0023]a.终端设备从轨迹定位装置获取运动方位模块传来的数据信息；
[0024]b.利用步骤a的数据计算当前X、Y、Z轴方位，并获得运动方位模块的位置信息；
[0025]c.从轨迹定位装置获取信息读取模块传来的识别模块的位置信息；
[0026]d.利用识别模块的位置信息校正运动方位模块的位置信息；
[0027]e.获得最终的轨迹定位装置的真实位置信息。
[0028]本发明的有益效果:本发明的救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测系统、装置及跟踪监测方法，利用运动方位模块(可采用三轴加速度传感器或者三轴陀螺仪加上加速度传感器)，结合信息读取模块以及分布于现场且至少记载有位置信息的识别模块，对运动方位模块所测得的位置信息进行间断校正，校正过程可通过上述信息数据传递至终端设备，由操作人员通过终端设备将运动方位模块误差归零，避免由于误差累积造成的位置信息不准确而导致的无法救援的问题，也避免了现有的射频识别卡技术的间断性导致的识别位置信息不准确的问题；可通过结合卫星定位以及合理设置识别模块(现场入口)，实现室外室内的定位对接，对建筑物内的救援人员能够进行精确的连续跟踪定位，并传输到终端设备进行监测，并根据该监测信息，掌握消防员或被困人员位置及运动轨迹，从而指导帮助救援人员或被困人员快速撤离现场。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0030]图1为本发明的结构原理框图；
[0031]图2为本发明的流程框图。
【具体实施方式】
[0032]图1为本发明的结构原理框图，如图所示:本实施例的救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测系统，包括终端设备、轨迹定位装置和识别模块；
[0033]所述终端设备包括中央处理器I和与中央处理器I信号连接的无线通信模块I ;所述无线通信模块I用于接收无线信号并传输至中央处理器I，以及接受中央处理器I的命令信号并无线发送；
[0034]所述识别模块分布于现场且至少记载有位置信息；
[0035]所述轨迹定位装置包括中央处理器I1、与中央处理器II信号连接的无线通信模块II和轨迹定位组件，所述轨迹定位组件包括运动方位模块以及用于采集识别模块的位置信息对运动方位模块的误差进行校正的信息读取模块；
[0036]所述无线通信模块I和无线通信模块II之间交互无线通信；所述无线通信模块II用于接收无线通信模块I的无线信号并传输至中央处理器II，以及接受中央处理器II的命令信号并无线发送至无线通信模块I。
[0037]本实施例中，所述无线通信模块I和无线通信模块II为LoRa通讯模块，主要将包括初始空间坐标值和X、Y、Z方向的位移等有用信息发送给终端设备，LoRa通讯模块具有较强的信号传输和穿墙能力，特别适合在建筑物内的信号通讯传输。
[0038]本发明中，轨迹定位装置一般整体安装于一壳体中，形成紧凑的设备，用于(救灾)消防员单兵随身携带，而终端设备一般为车载的设备，用于消防车或者其他救援车辆；当救援人员由建筑物外进入建筑物内，卫星信号消失，卫星定位模块(GPS或者北斗定位模块)由定位芯片(GPS或者北斗定位芯片)和定位触发开关构成，触发开关启动时将实时获得定位芯片的经度(X轴)、纬度(Y轴)坐标，同时再将触发瞬间的重力加速度方向(Ζ轴)设置为零，则生成触发瞬间的空间坐标值(Χ，Υ，0);当然，也可根据需要，不采用卫星定位的方式而采用射频卡在现场进口发出位置信息，进行初步的校正定位，并将此空间坐标通过无线通信模块I与无线通信模块II发送给终端设备以及中央处理器I，作为火灾现场人员运动的初始空间坐标值，当然，该初始坐标值也可直接储存于中央处理器II，并进行显示；运动方位模块(可采用三轴加速度传感器或者三轴陀螺仪加上加速度传感器)一般具有积分运算器，运动方位模块实时检测轨迹定位跟踪装置X、Y、Z三个方向的加速度，通过积分运算得出三个方向的瞬时速度，再通过时间的积分计算出轨迹定位跟踪装置在X、Y、Z三个方向的移动距离，其X、Y、Z的移动距离与初始空间坐标叠加，即可得到携带轨迹定位装置的消防救火人员的运行轨迹；但是，该运动方位模块会产生累积误差，通过现场设置的识别模块进行精确定位后，将该定位信息发送至终端设备(一般为指挥车)，也可同时发送至中央处理器II，操作人员通过终端设备人为对运动方位模块的位置信息进行校正，同时，救援人员也可对轨迹定位装置进行设定，将误差归零，从而获得连续准确的位置信息；当然，也可通过终端设备自动对运动方位模块的位置信息进行对比、修改校正，使误差归零，利用现有的三轴加速度传感器或者三轴陀螺仪的信息获取程序即可实现，在此不自傲赘述。当然，并且，中央处理器I和/或中央处理器II (仅中央处理器I即能实现目的)中需要储存建筑物地图，并与前述的检测轨迹定位跟踪装置的检测轨迹方位相对比，从而获得救援人员具体的位置，为指导救援、逃生提供路线的指导依据，属于现有技术的利用地图跟踪轨迹的方式，在此不再赘述；当然，该路线根据建筑物地图储存于中央处理器I和/或中央处理器II，则可以直接显示在检测轨迹定位跟踪装置由救援人员直接读取，也可以由终端设备读取并传输给检测轨迹定位跟踪装置或者由终端设备通过语音传给救援人员均可，当然，也可以不显示而直接语音提示等等，在此不再赘述。
[0039]本实施例中，识别模块设置于或对应设置于现场的消防设施或/和疏散通道；消防设施和疏散通道是救灾人员较易于接近或者位于的部位，因而能够及时获得校正位置信肩、O
[0040]本实施例中，所述运动方位模块为三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器小巧、精度高，直接输出信号，使得整个单兵装置便于携带；识别模块为RFID电子标签，当然，读取模块则为RFID读写器，可在日常巡检过程中写入有用数据，在此不再赘述；该1^10电子标签还储存有消防设施信息；不但具有识别校正位置信息的作用，还可为救援人员提供消防设施信息以及疏散通道信息，有助于救援。
[0041]本实施例中，还包括用于终端设备和轨迹定位装置之间的对讲系统，该对讲系统由与中央处理器I信号连接的对讲模块I和与中央处理器II信号连接的对讲模块II组成；通过对讲系统实现终端设备与救援人员的实时通话，提高救援效率并减少误操作；所述终端设备还包括与中央处理器I信号连接的输入、输出设备I，所述轨迹定位装置还包括与中央处理器II信号连接的输入、输出设备II ;输入、输出设备I和输入、输出设备II一般包括命令输入单元、语音单元和显示单元，命令输入单元一般为键盘、触摸屏、麦克、摄像头等现有的输入设备，用于发出命令或者与救援人员进行交流；显示单元可及时显示救援人员轨迹，并通过语音进行提示，保证安全性；一般终端设备还应包括与中央处理器I信号连接的卫星定位模块I，用于确定终端设备(一般用于消防车或者临时指挥场所)的具体方位，并显示该方位，确定其正确位置提供依据，并可传输至总指挥中心，实现救援过程的集中管理，在此不再赘述。
[0042]本实施例中，中央处理器I和/或中央处理器II储存有救灾现场三维地图；三维地图能够与楼房的建筑物内部相适应，从而获得直观的位移和方位，利于实现有效救援或逃离；如果仅中央处理器I具有三维地图，则通过无限收发模块实现与中央处理器II的通讯，使救援人员获得具体方位；中央处理器II也储存了三维地图，则直接显示或语音提示，并参考进行救援活动，终端设备仅用于监督和校正；而三维地图是一个软件系统，该系统将城市内主要的建筑物和街道的相关属性生成三维的地图下载到中央处理器I的终端设备的中，属于现有的软件技术，当然，中央处理器II也可以储存，与轨迹定位跟踪装置发送的初始空间坐标值和X、Y、Z方向的位移位结合使用，实现火灾现场人员在建筑物内和城市街道三维定位，可追踪火灾现场人员运动轨迹。
[0043]跟踪监测系统还包括远程指挥中心，所述远程指挥中心与终端设备或/和轨迹定位装置之间交互传输网络信号，当然，需设有必要的网络模块，可采用3G/4G通信模块。
[0044]本发明还公开了一种救灾现场人员运动轨迹定位装置，包括轨迹定位装置和识别模块；
[0045]所述识别模块分布于现场且至少记载有位置信息；识别模块可采用RFID电子标签、磁卡、IC卡、NFC芯片载体、二维码载体或条码载体等，至少储存了或者可以识别的位置信息；
[0046]所述轨迹定位装置包括中央处理器II和与中央处理器II信号连接的轨迹定位组件，所述轨迹定位组件包括运动方位模块以及用于采集识别模块的位置信息对运动方位模块的误差进行校正的信息读取模块；
[0047]本装置轨迹定位装置一般整体安装于一壳体中，形成紧凑的设备，用于(救灾)消防员单兵随身携带；单独使用时，当救援人员由建筑物外进入建筑物内，卫星信号消失，卫星定位模块(GPS或者北斗定位模块)由定位芯片(GPS或者北斗定位芯片)和定位触发开关构成，触发开关启动时将实时获得定位芯片的经度(X轴)、纬度(Y轴)坐标，同时再将触发瞬间的重力加速度方向(Z轴)设置为零，则生成触发瞬间的空间坐标值(X，Y,O)；当然，也可根据需要，不采用卫星定位的方式而采用射频卡在现场进口发出位置信息，进行初步的校正定位，并将此空间坐标作为火灾现场人员运动的初始空间坐标值，可直接储存于中央处理器II，并进行显示；运动方位模块(可采用三轴加速度传感器或者三轴陀螺仪加上加速度传感器)一般具有积分运算器，运动方位模块实时检测轨迹定位跟踪装置X、Y、Z三个方向的加速度，通过积分运算得出三个方向的瞬时速度，再通过时间的积分计算出轨迹定位跟踪装置在X、Y、Z三个方向的移动距离，其X、Y、Z的移动距离与初始空间坐标叠力口，即可得到携带检测轨迹定位跟踪装置消防救火人员的运行轨迹；但是，该运动方位模块会产生累积误差，通过现场设置的识别模块进行精确定位后，将该定位信息发送至中央处理器II，救援人员也可对轨迹定位装置进行设定，将误差归零，从而获得连续准确的位置信息；当然，也可通过中央处理器II自动对运动方位模块的位置信息进行对比、修改校正，使误差归零，利用现有的三轴加速度传感器或者三轴陀螺仪的信息获取程序即可实现，在此不自傲赘述。当然，并且，中央处理器II中需要储存建筑物地图，并与前述的轨迹定位装置的真实轨迹方位相对比，从而获得救援人员自身具体的位置，为逃生提供路线的指导依据，属于现有技术的利用地图跟踪轨迹的方式，在此不再赘述。
[0048]本实施例中，识别模块设置于或对应设置于现场的消防设施或/和疏散通道。
[0049]本实施例中，所述运动方位模块为三轴加速度传感器，所述识别模块为RFID电子标签，RFID电子标签还储存有消防设施信息；消防设施信息包括消防设备、通道等信息，使救灾人员全面了解所处环境的消防设施信息。
[0050]本实施例中，还包括与中央处理器II信号连接的无线通信模块I1、与中央处理器
II信号连接的卫星定位模块II和与中央处理器II信号连接的输入、输出设备II，输入、输出设备II包括命令输入单元、语音单元和显示单元，命令输入单元一般为键盘、触摸屏、麦克、摄像头等现有的输入设备，用于发出命令或者与救援人员进行交流；显示单元可及时显示救援人员轨迹，并通过语音进行提示，保证安全性；所述中央处理器II储存有救灾现场三维地图，通过三轴加速度传感器和RFID电子标签并结合三维地图，能够清楚、准确的获知救灾人员的轨迹。
[0051]图2为本发明的流程框图，如图所示，本发明还公开了一种救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测方法，包括下列步骤:
[0052]a.终端设备从轨迹定位装置获取运动方位模块传来的数据信息；当然，首先要对运动方位模块进行归零设置，可通过GPS模块或者在进入现场的入口处设置识别模块，进行类似于校正归零设置，均能实现发明目的；也可同时由轨迹定位装置储存运动方位模块的位置信息；
[0053]b.利用步骤a的数据计算当前X、Y、Z轴方位，并获得运动方位模块的位置信息；
[0054]c.从轨迹定位装置获取信息读取模块传来的识别模块的位置信息；识别模块内的位置信息为前期写入，在此不再赘述；也可同时由轨迹定位装置储存识别模块的位置信息；
[0055]d.利用识别模块的位置信息校正运动方位模块的位置信息，将运动方位模块的位置信息归为与识别模块的位置信息相一致，消除误差；此过程由终端设备通过程序将识别模块的位置信息与运动方位模块的位置信息相对比，并对运动方位模块的位置信息进行修改，使得误差归零；当然，也可由轨迹定位装置的中央处理器II进行储存并对比，将动方位模块的位置信息进行修改，使得误差归零，由救援人员直接读取；
[0056]e.获得最终的轨迹定位装置的真实位置信息，该真实位置信息显示在终端设备(消防车上)的三位电子地图上。
[0057]本发明在使用时，在终端设备、轨迹定位装置或/和指挥中心上预先存储三维电子地图以及建筑消防设施及设施(也可以是根据需要设置)对应有RFID编码数据，同时在建筑物消防设施上安装具有建筑室内位置信息RFID电子标签(RFID的编码与终端设备、轨迹定位装置或/和指挥中心的RFID编码一一对应)；在发生火灾时，当消防员配带的轨迹定位装置进入建筑物大厅和通道时，能即时获得在大厅及通道上的消防设施(如:消防通道标牌、大厅灭火器等)的位置信息，即获得了消防员在建筑物的位置信息，消防员灭火救援过程中，由运动方位模块计算出消防员运动的轨迹，运动过程中运动方位模块存在计算累计误差，消防员在室内位置逐渐会发生偏差，但当消防员经过已安装RFID标签的消防设施时，能读取到有效且精确的建筑物室内位置数据，用读取的数据替换有计算累计误差位置信息，实现了三维定位装置精确定位校正功能，从而达到获取连续稳定的位置信息的目的。
[0058]本发明的信号连接指的是传输信号的方式进行连接；虽然图中没有表示，但无论是终端设备还是轨迹定位装置，完成上述过程需要具有电源模块，属于现有技术，在此不再赘述。
[0059]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测系统，其特征在于:包括终端设备、轨迹定位装置和识别模块； 所述终端设备包括中央处理器I和与中央处理器I信号连接的无线通信模块I; 所述识别模块分布于现场且至少记载有位置信息； 所述轨迹定位装置包括中央处理器I1、与中央处理器II信号连接的无线通信模块II和轨迹定位组件，所述轨迹定位组件包括运动方位模块以及用于采集识别模块的位置信息对运动方位模块的误差进行校正的信息读取模块； 所述无线通信模块I和无线通信模块II之间交互无线通信。
2.根据权利要求1所述的救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测系统，其特征在于:识别模块设置于或对应设置于现场的消防设施或/和疏散通道。
3.根据权利要求1所述的救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测系统，其特征在于:所述运动方位模块为三轴加速度传感器，识别模块为RFID电子标签，该RFID电子标签还储存有消防设施信息。
4.根据权利要求1至4任一权利要求所述的救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测系统，其特征在于:还包括用于终端设备和轨迹定位装置之间的对讲系统，该对讲系统由与中央处理器I信号连接的对讲模块I和与中央处理器II信号连接的对讲模块II组成；所述终端设备还包括与中央处理器I信号连接的输入、输出设备I，所述轨迹定位装置还包括与中央处理器II信号连接的输入、输出设备II。
5.根据权利要求1所述的救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测系统，其特征在于:中央处理器I和/或中央处理器II储存有救灾现场三维地图；跟踪监测系统还包括远程指挥中心，所述远程指挥中心与终端设备或/和轨迹定位装置之间交互传输网络信号。
6.一种救灾现场人员运动轨迹定位装置，其特征在于:包括轨迹定位装置和识别模块； 所述识别模块分布于现场且至少记载有位置信息； 所述轨迹定位装置包括中央处理器II和与中央处理器II信号连接的轨迹定位组件，所述轨迹定位组件包括运动方位模块以及用于采集识别模块的位置信息对运动方位模块的误差进行校正的信息读取模块。
7.根据权利要求6所述的救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测系统，其特征在于:识别模块设置于或对应设置于现场的消防设施或/和疏散通道。
8.根据权利要求7所述的救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测系统，其特征在于:所述运动方位模块为三轴加速度传感器，所述识别模块为RFID电子标签，RFID电子标签还储存有消防设施信息。
9.根据权利要求7所述的救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测系统，其特征在于:还包括与中央处理器II信号连接的无线通信模块I1、卫星定位模块II和输入、输出设备II ;所述中央处理器II储存有救灾现场三维地图。
10.一种救灾现场人员运动轨迹精确跟踪监测方法，其特征在于:包括下列步骤: a.终端设备从轨迹定位装置获取运动方位模块传来的数据信息； b.利用步骤a的数据计算当前X、Y、Z轴方位，并获得运动方位模块的位置信息； C.终端设备从轨迹定位装置获取信息读取模块传来的识别模块的位置信息；d.利用识别模块的位置信息校正运动方位模块的位置信息；e.获得最终的轨迹定位装置的真实位置信息。
【文档编号】G01S19/49GK104199050SQ201410455296
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】徐培龙, 叶敏, 徐建, 刘启帆 申请人:重庆和航安全技术服务有限公司