[发明专利]海上作业场人员安全状态监测和预警系统

权利要求书

1.海上作业场的人员安全状态监测和预警系统，其特征在于：该系统包括北斗信号接收器，GPS信号接收器，UWB定位基站，UWB定位标签和数据处理器；北斗信号接收器，GPS信号接收器和UWB定位标签集成于可穿戴式装置，统一UWB所在的直角坐标系和GPS信号接收器-北斗信号接收器所在的地理坐标系，UWB定位标签输出的坐标为直角坐标系下的坐标，UWB定位标签集成有信号增强天线。比如，信号增强天性使用小型全向垂直极化天线或小型圆极化天线，使UWB定位标签与UWB定位基站的信号传输距离能够覆盖整根室内工作区域。

2.如权利要求1所述的海上作业场的人员安全状态监测和预警系统，其特征在于：统一直角坐标系和地理坐标系执行以下操作：测量作业场的室内区域的范围，获得室内区域的经度范围(X_max,X_min)和纬度范围(Y_max,Y_min)；布置UWB定位基站，使室内区域完全位于UWB定位基站的信号覆盖区域内；计算室内区域在经度方向的最大距离与经度差的比例关系K₁，计算室内区域在纬度方向的最大距离与纬度差的比例关系K₂；获得室内区域水平线与经度方向的夹角θ，直角坐标系与地理坐标系的转换关系为其中，(x_z,y_z)表示UWB定位标签输出的坐标，(x_d,y_d)表示GPS信号接收器或北斗信号接收器输出的坐标。

3.如权利要求2所述的海上作业场的人员安全状态监测和预警系统，其特征在于：建立理想室内坐标系，以经度方向作为室内坐标系的X轴，以纬度方向作为室内坐标系的Y轴；测量室内区域在经度方向的实际最大距离△X和室内区域在纬度方向的实际最大距离△Y；计算在地球坐标系下的经度差对应的实际距离Lx和在地球坐标系下的纬度差对应的实际距离L_y；计算经度方向的比例关系Lx/△X，计算纬度方向的比例关系Ly/△Y。

4.如权利要求1所述的海上作业场的人员安全状态监测和预警系统，其特征在于：建立室内区域的直角坐标系，直角坐标系的原点与理想室内坐标系的原点为同一点，直角坐标系以作业场的水平线为X轴，以高度方向为Y轴；计算直角坐标系的X轴与经度方向的夹角θ，计算局部直角坐标系和局部坐标系之间的旋转变换矩阵

UWB定位标签输出其在直角坐标系下的坐标(x_z,y_z)，将局部直角坐标系下的坐标转换为理想室内坐标系下的坐标(x_L,y_L)，再根据局部坐标与世界坐标系的经纬度的比例关系换算成北斗-GPS的世界坐标系下的经度、纬度坐标。

5.如权利要求1所述的海上作业场的人员安全状态监测和预警系统，其特征在于：采集装置以便于随身携带的方式穿戴于被监测人员身上。

6.如权利要求5所述的海上作业场的人员安全状态监测和预警系统，其特征在于：利用伪距进行北斗-GPS信号解算经度差和、或纬度差对应的实际距离，选取采集装置能够观测到的全部卫星中的n颗来进行伪距测量(i＝1,2,3,…,n)，建立方程组：

方程组(1)中ρ₁～ρ_n表示采集装置分别获得n颗卫星的伪距观测值，(x_i,y_i,z_i)是第i颗卫星的坐标，(x_u,y_u,z_u)是采集装置的坐标，t_u表示采集装置与卫星之间的时差。

根据最小二乘法，可获得方程组(1)的解(x_u,y_u,z_u)和t_u。将上述方程组转换为矩阵形式AX＝Y，其中A为线性方程系数矩阵，X为未知量的向量表示(x_u，y_u，z_u，t_u，)，Y为伪距的向量表示。