[发明专利]一种消防员室内外3D无缝定位及姿态检测系统及方法

权利要求书

1.一种消防员室内外3D无缝定位及姿态检测系统，包括一基于STM32单片机的主控制电路板，一基于Sim-900的GPRS数据传输模块，一GPS定位模块，一远程监控客户端以及分别佩戴于使用者的腰部及大腿外侧的惯性导航模块I和惯性导航模块II；其特征在于，所述主控制电路板通过串口分别与所述GPRS数据传输模块、GPS定位模块以及惯性导航模块I和惯性导航模块II相连；所述GPRS数据传输模块利用GPRS网络采用基于TCP的Socket通信技术与绑定的远程监控客户端连接通信。

2.如权利要求1所述的一种消防员室内外3D无缝定位及姿态检测系统，其特征在于，该系统还包括连接于主控制电路板的电源。

3.如权利要求1所述的一种消防员室内外3D无缝定位及姿态检测系统，其特征在于，所述主控制电路板包括STM32单片机，以及分别与STM32单片机连接的液晶显示模块、存储模块EEPROM24C256、按键、温度传感器、烟雾传感器和扩展I/O口。

4.如权利要求1所述的一种消防员室内外3D无缝定位及姿态检测系统，其特征在于，所述惯性导航模块I和惯性导航模块II均包括一三轴加速度计，一三轴磁力计，一三轴陀螺仪，所述惯性导航模块I还包括气压计。

5.权利要求1所述的系统的检测方法，其特征在于，步骤如下：

1）上电初始化；

2）接收GPS信号，进行GPS定位；

3）楼层高度和运动姿态识别：利用气压计的数据进行楼层高度的判别，对惯性导航模块I和惯性导航模块II各个传感器三轴加速度计、三轴磁力计、三轴陀螺仪的数据融合之后输出的角度及加速度信息，通过查表法估计当前被测对象的运动状态；若当前运动状态为行走则转入步骤4），否则转入步骤5）；

4）行人航迹推算定位信息：根据主控制电路板中存储的步长及步频参数，利用惯性导航模块I的加速度及偏航角信息进行行人航迹推算定位；

5）远程监控客户端接收消防员定位及姿态检测装置上传的信息，将GPS定位结果和行人航迹推算定位结果进行融合，并通过调用卫星地图的接口函数将最终定位结果标定在地图上，同时远程监控客户端完成当前消防员的运动状态以及火场内部环境温度各类信息的提示功能。

6.如权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述步骤2）中GPS定位具体方法如下：

21）判断GPS定位是否为有效定位：判断搜星个数是否大于4，再判断水平精度因子是否小于3，若两个条件均符合则为有效定位并转入步骤22），否则为无效定位并转入步骤23）；

22）判断GPS定位是否为可信定位：首先，解算相邻两帧间GPS经纬度相隔距离，若所述距离小于2m则判断为可信定位，将GPS定位信息作为最终的定位结果，转入步骤23）；否则为不可信定位，转入步骤3）；

23）根据GPS判断结果标记相应标志位或者清0，所述标志位包括：GPS有效标志位，GPS可信标志位。

7.如权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述步骤3）中消防员的运动状态包括：行走、站立、弯腰、趴下、坐下、躺下、爬行。

8.如权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述步骤4）中步长及步频参数的具体存储方法如下：

4a）进入步长训练模式，通过GPS接收机接收并记录刚进入步长训练模式时的经纬度信息；

4b）使用者以固定步频行走一段距离；

4c）通过惯性导航模块I的加速度计的输出加速度信息实现步频探测功能，记录使用者所走步数；

4d）退出步长训练模式，记录此时GPS接收机接收到的经纬度信息；

4e）根据训练初始时刻的经纬度信息和训练结束时刻的经纬度信息，求出使用者所走距离S₁；步长的计算公式为S＝S₁/n，式中S为步长，S₁为所走的设定距离，n为步频探测结果即所走的步数并询问是否将步长和步频写入主控制电路板的存储模块中保存；

依次循环4a）~4e）则可以得到多组不同步频下对应的步长信息，并能将上述训练的结果存入主控制电路板的存储模块中保存，方便掉电后再次使用。