本实用新型属于导航定位领域，尤其涉及一种人员位姿监测方法和系统。
背景技术：
在危化环境中作业的人员，对其当前位置的实时跟踪和姿态的监测关系到人员的生命安全，因此，如何对这种环境中作业的人员进行有效的位姿监测，从而保障其生命安全，在安全生产领域是一项十分重要的工作。
目前，对危化环境中作业人员的位姿监测通常包括基于蓝牙技术的定位、基于超宽带(UWB，Ultra Wide Band)技术的定位和基于射频识别(Radio Frequency IDentification，RFID)技术的定位。对于基于蓝牙技术的定位和基于UWB技术的定位，在面积较大的作业区域应用需要部署大量信标或者基站设备，需要花费大量时间进行采点和地图建模，部署时性价比不高，同时增加了生产设备以外的维护成本，而且该定位方法，只实现定位，未实现人员姿态监测，而基于RFID技术的定位，其建立信号强度指纹库的工作量较大，不适用于在室外空旷区域应用。
综上，目前对危化环境中作业人员的位姿监测技术，存在成本高、功能实现不全以及应用受限等缺陷。
技术实现要素：
本实用新型提供一种人员位姿监测系统，以较低的成本，实现能够在较为空旷的区域对人员进行有效的位姿监测。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种人员位姿监测系统，所述人员位姿监测系统包括惯性传感器、卫星定位模块和中央处理器，所述惯性传感器和所述卫星定位模块分别与所述中央处理器连接；
所述惯性传感器，用于经过自身初始化后，采集人员的姿态数据；
所述卫星定位模块，用于经过自身初始化后，获取所述人员的粗略定位数据；
所述中央处理器，用于根据所述姿态数据和所述粗略定位数据，计算所述人员的定位数据。
可选地，所述中央处理器包括可信判断单元、与所述可信判断单元连接的第一计算单元、更新单元以及与所述第一计算单元和所述更新单元连接的第二计算单元；
所述可信判断单元，用于判断所述粗略定位数据是否可信；
所述第一计算单元，用于若所述粗略定位数据可信，则根据所述姿态数据和粗略定位数据计算所述人员在采集周期内的步长，所述采集周期为所述粗略定位数据的采集间隔时间；
所述更新单元，用于根据所述姿态数据和所述粗略定位数据，更新所述人员的航向；
所述第二计算单元，用于根据所述人员的航向和在所述采集周期内的步长和步数，计算所述人员的定位数据。
可选地，所述可信判断单元包括第一确定单元或第二确定单元；
所述第一确定单元，用于若精度因子小于第一预设值，或卫星数量大于第二预设值，或者卫星信噪比大于第三预设值，则确定所述粗略定位数据可信；
所述第二确定单元，用于若所述粗略定位数据与预估定位数据之间的绝对差值小于第四预设值，则确定所述粗略定位数据可信。
可选地，所述中央处理器还包括摔倒判断模块以及与所述摔倒判断模块连接的命令发送模块；
所述摔倒判断模块，用于根据所述人员的姿态数据，判断所述人员是否摔倒；
所述命令发送模块，用于若所述人员摔倒，则向报警设备发送报警命令，以使所述报警设备根据所述报警命令发出警报。
可选地，所述摔倒判断单元包括比较单元以及与所述比较单元连接的第三确定单元；
所述比较单元，用于将所述人员产生的重力加速度与预设的加速度阈值相比；
所述第三确定单元，用于若相比的结果表明所述人员在预设时间内处于非直立状态，则确定所述人员摔倒。
从上述本实用新型提供的技术方案可知，一方面，卫星定位模块参与人员位姿监测，使得在空旷的区域亦能实现对人员的定位；另一方面，中央处理器将惯性传感器获取的姿态数据和卫星定位模块获取的粗略定位数据融合，计算人员的定位数据，可在卫星定位模块定位质量较差时，达到短期内维持定位精度，修正明显漂移的卫星定位模块测量数据的目的，从而整体上提高在包括危化环境在内的空旷区域对人员位姿的有效监测。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的人员位姿监测系统的结构示意图；
图2是本实用新型另一实施例提供的人员位姿监测系统的结构示意图；
图3是本实用新型另一实施例提供的人员位姿监测系统的结构示意图；
图4-a是本实用新型另一实施例提供的人员位姿监测系统的结构示意图；
图4-b是本实用新型另一实施例提供的人员位姿监测系统的结构示意图；
图4-c是本实用新型另一实施例提供的人员位姿监测系统的结构示意图；
图5-a是本实用新型另一实施例提供的人员位姿监测系统的结构示意图；
图5-b是本实用新型另一实施例提供的人员位姿监测系统的结构示意图；
图5-c是本实用新型另一实施例提供的人员位姿监测系统的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置以及电路的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。
为了说明本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
附图1是本实用新型实施例提供的人员位姿监测系统的结构示意图，被监测人员可将包含人员位姿监测系统的设备(为了便于说明，以下简称为监测设备)佩戴于肩臂或人体其他部位。附图2示例的主要包括惯性传感器101、卫星定位模块102和中央处理器103，其中，惯性传感器101和卫星定位模块102分别与中央处理器103连接，以下详细说明：
惯性传感器101，用于经过自身初始化后，采集人员的姿态数据。惯性传感器101是可以检测和测量加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度运动的传感器件。在本实用新型实施例中，可以在监测设备开机后将监测设备直立并静止，采集惯性传感器101的零漂后作为校准值，通过这种方式对惯性传感器101进行初始化。惯性传感器101的优势在于测量自身的状态时不受环境条件影响即可以自主测量，本实用新型正是利用这种惯性传感器不受外部环境影响的优势，采集人员的姿态数据，包括人员的角加速度(后续用gy表示人员的角加速度)等数据。
卫星定位模块102，用于经过自身初始化后，获取人员的粗略定位数据。
在本实用新型实施例中，卫星定位模块102可以是美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗或欧盟的GALILEO等全球卫星导航定位系统的导航定位模块，其通过接收卫星定位信号来定位，获取人员的粗略定位数据。需要说明的是，本实用新型实施例所述的粗略定位数据，未必说明其定位数据不精确，而是相对于现有的基于UWB、RFID等定位方式而言，其定位数据精度稍差。卫星定位模块102获取的人员的粗略定位数据包括当前人员的东向坐标e、北向坐标n、高程h和速度v等数据。
中央处理器103，用于根据惯性传感器101采集的人员的姿态数据和卫星定位模块102获取的粗略定位数据，计算人员的定位数据。
从上述附图1示例的人员位姿监测系统可知，一方面，卫星定位模块参与人员位姿监测，使得在空旷的区域亦能实现对人员的定位；另一方面，中央处理器将惯性传感器获取的姿态数据和卫星定位模块获取的粗略定位数据融合，计算人员的定位数据，可在卫星定位模块定位质量较差时，达到短期内维持定位精度，修正明显漂移的卫星定位模块测量数据的目的，从而整体上提高在包括危化环境在内的空旷区域对人员位姿的有效监测。
附图1示例的中央处理器103可以包括可信判断单元201、与可信判断单元201连接的第一计算单元202、更新单元203以及与第一计算单元202和更新单元203连接的第二计算单元204，如附图2示例的人员位姿监测系统，其中：
可信判断单元201，用于判断粗略定位数据是否可信。
由于卫星定位模块102所获取的粗略定位数据的可信度在一定程度上会影响到中央处理器103最终计算得到的人员的定位数据，因此，在本实用新型实施例中，可信判断单元201可以对卫星定位模块102所获取的粗略定位数据是否可信进行判断，若不可信，则重新获取粗略定位数据。
第一计算单元202，用于若粗略定位数据可信，则根据姿态数据和粗略定位数据计算人员在采集周期内的步长，其中，采集周期为惯性传感器采集人员的姿态数据的间隔时间。
具体地，第一计算单元202根据姿态数据和粗略定位数据计算人员在采集周期内的步长可通过如下计算公式得到：
其中，Δe为东向坐标e的变化量，Δn为北向坐标n的变化量，s为采集周期内人员所移动的步数，而Δe＝Δ'e*rg+(1-rg)[s'*sl'*sin y*rs+(1-rs)*v*Δt*sin y]，Δn＝Δ'n*rg+(1-rg)[s'*sl'*cos y*rs+(1-rs)*v*Δt*cos y]，其中，Δ'e为当前采集时刻之前一次东向坐标e的变化量，Δ'n为当前采集时刻之前一次北向坐标n的变化量，rg为卫星定位模块当前获取的粗略定位数据的可信度，rs为可由大量数据统计得到的计步算法准确率的统计值，s'为当前采集时刻之前一次采集周期内人员所移动的步数，sl'为当前采集时刻之前一次人员在采集周期内的步长，y为根据卫星定位模块获取的粗略定位数据计算得到的人员的航向，v为卫星定位模块获取的人员移动的速度，Δt为采集周期，也是粗略定位数据的采集间隔时间，即卫星定位模块间隔多长时间获取一次人员的粗略定位数据，这个间隔的时间就是Δt。
更新单元203，根据姿态数据和粗略定位数据，更新人员的航向。
在本实用新型实施例中，人员的航向y可由中央处理器103根据惯性传感器101采集的人员的姿态数据和卫星定位模块102获取的粗略定位数据计算得到，具体计算公式如下：
y＝yk*rg+gy*Δt，其中，yk为卫星定位模块在第k时刻获取的人员的航向，rg为卫星定位模块当前获取的粗略定位数据的可信度，gy为惯性传感器获取的人员的姿态数据即人员的角加速度，Δt为采集周期。在中央处理器103按照公式y＝yk*rg+gy*Δt计算得到人员的航向后，更新单元203对y进行更新。
第二计算单元204，用于根据更新单元203更新的人员的航向和第一计算单元202计算得到的人员在采集周期内的步长，计算人员的定位数据。
需要说明的是，在本发明实施例中，第一计算单元202计算得到的人员在采集周期内的步长是指人员在采集周期内的一步之长，即每移动一步的距离。在得到人员的航向、在采集周期内的步长和步数即走了多少步之后，第二计算单元204可以根据这些数据相对于原始的坐标及其航向，得到计算人员最终的定位数据，包括人员步行坐标和航向等数据。
附图2示例的可信判断单元201可以包括第一确定单元301或第二确定单元302，如附图3示例的人员位姿监测系统，其中：
第一确定单元301，用于若精度因子小于第一预设值，或卫星数量大于第二预设值，或者卫星信噪比大于第三预设值，则确定卫星定位模块102获取的粗略定位数据可信；
第二确定单元302，用于若卫星定位模块102获取的粗略定位数据与预估定位数据之间的绝对差值小于第四预设值，则确定卫星定位模块102获取的粗略定位数据可信。
例如，精度因子小于1.0，表示卫星分布情况良好，或卫星数量大于4颗，或卫星信噪比大于30dB，则确定卫星定位模块102获取的粗略定位数据可信。
上述附图1至附图3任一示例的人员位姿监测系统中，中央处理器103还可以包括摔倒判断模块401以及与摔倒判断模块401连接的命令发送模块402，如附图4-a至附图4-c任一示例的人员位姿监测系统，其中：
摔倒判断模块401，用于根据惯性传感器101采集的人员的姿态数据，判断人员是否摔倒；
命令发送模块402，用于若摔倒判断模块401判断人员摔倒，则向报警设备发送报警命令，以使报警设备根据报警命令发出警报。
上述4-a至附图4-c任一示例的人员位姿监测系统中，摔倒判断模块401还可以包括比较单元501以及与比较单元501连接的第三确定单元502，如附图5-a至附图5-c任一示例的人员位姿监测系统，其中：
比较单元501，用于将人员产生的重力加速度与预设的加速度阈值相比；
第三确定单元502，用于若比较单元501相比的结果表明人员在预设时间内处于非直立状态，则确定人员摔倒。
具体地，惯性传感器101检测人员产生的重力加速度g，比较单元501将g与预设的加速度阈值g’相比，若g大于g’，并且，g大于g’的持续时间超过预设时间，则表明人员在预设时间内处于非直立状态，从而第三确定单元502确定人员摔倒。
需要说明的是，在上述本实用新型实施例中，中央处理器103可以是基于ARM926EJ-S内核的嵌入式微处理器单元，例如，AT91SAM9G25，其运行速度高达400MHz，具有16KB的数据缓存(Cache)、16KB的指令高速缓存以及存储器管理单元等特征。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
在本实用新型所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。