[实用新型]一种面向消防、救援等危险作业人员的无盲区定位和状态监控系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种人员跟踪定位技术，尤其涉及一种面向消防、救援等危险作业人员的无盲区定位和状态监控系统。

背景技术

虽然随着社会和科技的进步，各种危险作业移动机器人的研究如火如荼日趋深入，应用前景广阔美好，但不可否认，无法预期如何久远的未来，消防、地震、矿难等突发事故的处置还是依赖作业人员深入事故现场进行处置和救援。在此过程中，保证作业人员的生命安全、保持战斗力是首要任务。因此在作业人员深入事故现场，全身心、全力以赴进行事故处置的过程，对其所处位置、作业状态进行远程监控和指挥无疑是非常必要、亟待展开，而且也是存在诸多技术问题需要攻克。

关于定位系统，世界上发展较为成熟与精确的就是全球卫星定位系统(GPS，Global Positioning System)，GPS利用多颗GPS卫星联合对持有接收器的节点协作定位，现在GPS定位已经可以达到很高的精度了。但是在某些特定的场景下，如战场或者消防现场等情况下，GPS无法使用，这就需要利用盲区自定位的方法进行节点的自定位。

目前国内危险作业人员还没有佩戴此类的定位和监控系统，人员的生命安全无法得到有效的保证。本专利是基于MEMS、GPS、3G、Virtual Reality以及智能控制等技术实现消防、救援人员在广域危险室外环境和复杂非结构化室内环境的全地域无盲区定位和状态监测(正常、跌倒、受困等)，从事实现对救援消防作业人员的远程监控、调度和安全保障。

发明内容

本实用新型的目的是，，提供一种面向消防、救援等危险作业人员的无盲区定位和状态监控系统。本发明的技术方案如下：

一种面向消防、救援等危险作业人员的无盲区定位和状态监控系统。，包括盲区推估模块，GPS定位模块，安全监测模块，应急救援装置和上位机监控软件，盲区推估模块，GPS定位模块，安全监测模块和应急救援装置构成系统的终端，佩戴在每个作业人员的身上，盲区推估模块为系统终端的主要部分，其功能主要为在没有GPS信号的情况下，进行作业人员的位置推估，由加速度传感器，电子罗盘，陀螺仪和气压传感器完成，安全检测模块通过传感器检测人员的安全状态，并控制相应的应急救援装置，GPS模块主要是在有GPS信号时，进行定位并修正盲区推估的误差。系统终端再将位置和状态监控信息通过3G网络传送到上位机，上位机软件显示目标人员的位置状态，并构建相应环境的地图。

本实用新型同时提供一种采用权利要求所述的系统实现的无盲区定位方法，包括下列步骤：

1)当有GPS信号时，直接通过网络向上位机传送作业人员位置；

2)当GPS信号消失时，记下当前的位置，盲区推估模块开始工作；

3)盲区推估模块采用相对位置的方法，以计步功能为基础；

4)通过加速度传感器感知人员的行走，通过特定的算法将动作分为走，跑和上下楼四种类型，分别计步并测算每步行走距离，再由电子罗盘指示其方向，最后转化为GPS坐标模式，；

5)通过3G无线网络将人员的位置信息传送到上位机软件，并在上位机上显示，这样就完成了无盲区定位；

作为优选实施方式，步骤3)中，盲区推估模块采用相对位置的方法，以计步功能为基础，具体的计步方法可以是：

首先，将盲区推估模块固定在工作人员的后腰部，然后通过三轴加速度传感器记录人员行走时加速度的变化，具体方法如下：

(1)将加速度读取频率调整为100HZ，并采取平均滤波法进行滤波，公式为

(2)为了方便对加速度传感器读取的数据进行识别，我们采用时间窗法，就是将采集的数据80个点为一窗口，然后每次移动30个点。

(3)行走步数的识别通过加速度的变化规律来完成的，首先，行走开始是是从波谷开始，依次为波峰——波谷——波峰——波谷，波峰与波谷之间设定相应的阈值进行判定如果满足条件则计步；

本实用新型针对不同作业环境，快速构建相应的虚拟三维地图，实时记录人员作业位置和安全状，特别是危险作业环境下，通过上位机软件能更好的调度指挥作业人员，并能及时进行救援工作，提高危险作业人员的安全系数。通过无线3G网络进行数据传输，3G网络，是指使用支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术的第三代移动通信技术的线路和设备铺设而成的通信网络。它可以传输声音的带宽需求较大的信号，这样现场和监控中心就可以进行直接交互。

附图说明

图1盲区推估功能框图

图2系统整体架构框图

图3安全检测框图。

图4程序流程图

具体实施方式

本实用新型包含系统终端和上位机软件两部分，系统终端如图2所示为三核心架构，包含盲区推估，安全监测，GPS等功能，盲区推估模块主要由三轴加速度传感器，三轴电子罗盘，三轴陀螺仪和气压传感器组成，如图1所示，主要进行人员盲区定位的功能，当GPS消失时，盲区推估模块开始工作，系统记下此时为初始位置，利用十轴传感器采用特定的算法获得移动物体的三维方向的位移，并通过智能化位置干预和重定位消除累积误差，安全监测如图3，时刻对人员安全状态进行汇报，保障人员生命安全，系统终端和监控中心通过3G无线网络进行相连，上位机软件实时显示人员工作状态，整个系统采用微型便携式设计，以应用于军事，交通，特种行业(消防和矿井等)等领域的盲区定位与导航。