CN101803240A - 用于综合无线位置检测的系统和设备 - Google Patents

Abstract

提供了用于综合无线位置检测的设备、系统和方法。系统(200)包括位置检测(LD)发射机(214、216、218)，其分别发射以第一和第二格式的第一和第二射频信号。第一和第二LD接收机(220、222)分别接收第一和第二信号并且确定与LD发射机的位置有关的第一和第二信息。LD服务器(204)无线地接收第一和第二信息并且根据第一和第二信息中的一个计算LD发射机的位置。LD服务器可以接收指示第一和第二信息中优选的一个的信号并且根据第一和第二信息中优选的一个来计算位置。

Description

用于综合无线位置检测的系统和设备

技术领域

本公开内容一般而言涉及通信系统并且更具体地涉及用于综合(integrated)无线位置检测的系统和设备。

背景技术

在许多过程控制应用中，运行从诸如传感器、致动器以及用户接口的节点到过程控制系统的电线的成本限制了初始地部署这种节点的数量和位置。布线工程的成本和难度也会限制在已经运行的工厂中部署额外的节点。无线通信技术的最新发展-诸如蓝牙、

802.11、RFID以及其它预示了用于这种布线成本的解决方案，但是没有避免对过程控制系统的可靠性和安全性(security)引入新的挑战。

经常使用过程控制系统来管理处理机构。示例的处理机构包括制造工厂、化工厂、原油精炼厂、矿石处理工厂以及煤或其它类型的矿井。在其它操作之中，过程控制系统典型地管理阀、泵以及其它工业设备在处理机构中的使用。

人员和资产跟踪系统经常提供跟踪各种人员和资产在特定环境中的位置的能力。这些系统例行地被用作安全系统的部分，允许安全系统识别人员何时进入限制区域或者资产何时被从它们的指定位置移动。在工业机构中，这种系统被用于提高保险性(safety)、安全性以及操作效率。作为安全系统，当佩戴跟踪标记而未被授权的个人进入限制区域时、资产跟踪系统可以发送通知。作为安全保险系统，资产跟踪系统可以在意外发生时定位人员或者可以在危险过程中综合(integrate)资产的位置。此外，作为操作改进系统，资产跟踪系统可以定位资产或者提供涉及资产利用的统计数据。然而，连续的精确的实时的人员和资产跟踪系统对于覆盖诸如大型的工业机构或者其它处理机构等大型的室内或者室外区域典型地还不可行。超宽带(UWB)射频识别(RFID)跟踪技术以及其它技术的发展已经使得在非常大的机构中跟踪人员和资产成为可能。

发明内容

本公开内容提供用于综合的无线位置检测的系统和设备。

在第一实施例中，系统包括位置检测(LD)发射机、第一和第二LD接收机、以及LD服务器。LD发射机为可操作的用于发射以第一格式的第一射频(RF)信号和以第二格式的第二RF信号。第一LD接收机为可操作的用于从LD发射机接收第一RF信号并且根据第一RF信号确定与LD发射机的位置有关的第一信息。第二LD接收机为可操作的用于从LD发射机接收第二RF信号并且根据第二RF信号确定与LD发射机的位置有关的第二信息。LD服务器为可操作的用于分别从第一LD接收机和第二LD接收机无线地接收第一信息和第二信息，并且根据第一信息和第二信息中的一个来计算LD发射机的位置。

在特定的实施例中，LD服务器还为可操作的用于接收指示第一信息和第二信息中优选的一个的信号并且根据第一信息和第二信息中优选的一个来计算LD发射机的位置。

在进一步的其它实施例中，LD发射机还为可操作的用于在第一RF信号和第二RF信号的至少一个中发射标识符。LD服务器还为可操作的用于接收指示对于LD发射机第一信息和第二信息中优选的一个的信号、从第一LD接收机和第二LD接收机中的至少一个接收标识符、并且响应于该标识符而根据第一信息和第二信息中优选的一个来计算LD发射机的位置。

在第二实施例中，设备包括网络接口和位置计算器。位置计算器为可操作的用于经网络接口从第一LD接收机接收第一信息，该第一信息与LD发射机的位置有关并且根据从LD发射机接收的以第一RF格式的第一RF信号而被确定。位置计算器还为可操作的用于经网络接口从第二LD接收机接收第二信息，该第二信息与LD发射机的位置有关并且根据从LD发射机接收的以第二RF格式的第二RF信号而被确定。位置计算器还为可操作的用于根据第一信息和第二信息中的一个来计算LD发射机的位置。

在第三实施例中，方法包括从LD发射机发射以第一格式的第一RF信号并且从LD发射机发射以第二格式的第二RF信号。该方法还包括在第一LD接收机中接收第一RF信号并且根据第一RF信号确定与LD发射机的位置有关的第一信息。该方法还包括在第二LD接收机中接收第二RF信号并且根据第二RF信号确定与LD发射机的位置有关的第二信息。该方法还包括在LD服务器中无线地接收第一信息和第二信息并且根据第一信息和第二信息中的一个来计算LD发射机的位置。

根据下列附图、说明和权利要求，其它技术特征对于本领域的技术人员而言是显而易见的。

附图说明

为了更全面地理解本公开内容，现在参考与附图相结合的下列说明，其中：

图1示出用于提供位置信息的无线报告的系统；

图2示出根据本公开内容用于提供位置信息的综合的无线报告的系统；以及

图3示出根据本公开内容的综合的位置服务器。

具体实施方式

图1示出用于提供位置信息的无线报告的系统100。通信网络126将控制系统102耦合到无线网关108，该无线网关108提供到过程控制系统元件的无线通信。

通过通信网络126耦合到WiFi接入点112的WiFi位置服务器104在系统100中提供位置检测功能。WiFi位置服务器104还通过通信网络126和网关108无线地耦合到WiFi接入点120。在WiFi标签114处于WiFi接入点112的通信范围中的地方，WiFi接入点112可以从WiFi标签114接收以WiFi格式的RF信号并且根据与WiFi标签114的位置有关的信号确定信息。WiFi接入点112接着可以经通信网络126将该信息发送到WiFi位置服务器104。

在WiFi标签114也处于WiFi接入点120的通信范围中的地方，WiFi接入点120可以从WiFi标签114接收以WiFi格式的RF信号并且根据与WiFi标签114的位置有关的信号确定信息。WiFi接入点120接着可以将该信息无线地发送到网关108，网关108经通信网络126将该信息转发到WiFi位置服务器104。WiFi位置服务器104接着可以使用从WiFi接入点112和120中的一个或者两个接收到的位置信息来计算WiFi标签114的位置。

通过通信网络126耦合到超宽带(UWB)接收机110的UWB位置服务器106也在系统100中提供位置检测功能。UWB位置服务器106也通过通信网络126、网关108以及WiFi接入点120无线地耦合到UWB接收机122。UWB接收机122通过有线通信链路124耦合到WiFi接入点120。在UWB标签116处于UWB接收机110的通信范围中的地方，UWB接收机110可以从UWB标签116接收以UWB格式的RF信号并且根据与UWB标签116的位置有关的信号确定信息。UWB接收机110接着可以经通信网络126将该信息发送到UWB位置服务器106。

在UWB标签116也处于UWB接收机122的通信范围中的地方，UWB接收机122可以从UWB标签116接收以UWB格式的RF信号并且根据与UWB标签116的位置有关的信号确定信息。UWB接收机122接着会将该信息发送到WiFi接入点120，WiFi接入点120将该信息无线地发送到网关108，网关108经通信网络126将该信息转发到UWB位置服务器106。UWB位置服务器106接着可以使用从UWB接收机110和122中的一个或者两个接收到的位置信息来计算UWB标签116的位置。

UWB标签118可以位于UWB接收机110和122的通信范围之外，但在WiFi接入点112和114的通信范围中。在这种情况中，UWB位置服务器106将不能计算标签118的位置，尽管其在系统100的通信范围中。这是因为系统100的UWB和WiFi位置检测功能使用单独的(separate)基础设施来操作。

出于过程控制和其它通信的目的，WiFi接入点可以位于遍布处理机构。在被这种WiFi基础设施覆盖的区域中，可以实现WiFi位置检测而不用安装额外的硬件。UWB位置检测系统具有更高等级的精确度以及对RF杂波(clutter)较小的敏感度。然而，在需要这种更高精确度的位置，必须安装额外的基础设施以提供UWB位置检测。UWB接收机必须被安装并且有线连接被提供一到过程控制网络或者到附近的WiFi接入点。在WiFi接入点还没有位于所希望的UWB覆盖区域中，必须安装一个WiFi接入点以提供返回(back)到UWB位置服务器的通信。

图2示出根据本公开内容用于提供位置信息的综合无线报告的系统200。图2中示出的系统200的实施例仅是为了图示说明。可以使用系统200的其它实施例而不背离本公开内容的范围。

控制系统202经通信网络226以及RF网关208和209与系统200的过程控制元件(未示出)通信。控制系统202也经通信网络226与综合位置服务器204通信。基于经通信网络226接收到的信息，综合位置服务器204为可操作的用于计算综合位置标签214、216和218的位置。标签214、216和218既包括UWB发射机也包括WiFi发射机。然而，在本公开内容的其它实施例中，综合位置标签可以采用位置检测技术的其它组合。

综合位置标签216可以处于仅由UWB接收机210和UWB接收222服务的位置。UWB接收机210可以接收由标签216发送的以UWB格式的RF信号。UWB接收机210接着可以检测与标签216的位置有关的信息并且经通信网络226将该信息发送到综合位置服务器204。UWB接收机222也可以接收由标签216发送的以UWB格式的RF信号。UWB接收机222接着检测与标签216的位置有关的信息并且经到WiFi接入点220的通信链路224将该信息发送到综合位置服务器204，WiFi接入点220经RF网关208和209以及通信网络226将该信息无线地发送到综合位置服务器204。

综合位置标签218可以处于仅由WiFi接入点212和WiFi接入点220服务的位置。WiFi接入点212可以接收由标签218发送的以WiFi格式的RF信号.WiFi接入点212接着可以检测与标签218的位置有关的信息并且经通信网络226将该信息发送到综合位置服务器204。WiFi接入点220也可以接收由标签218发送的以WiFi格式的RF信号。WiFi接入点220接着可以检测与标签218的位置有关的信息并且经RF网关208和209以及通信网络226将该信息无线地发送到综合位置服务器204。

综合位置标签214可以处于由WiFi接入点220和UWB接收机222服务的位置。UWB接收机222可以接收由标签214发送的以UWB格式的RF信号。UWB接收机222接着可以检测与标签214的位置有关的信息并且经到WiFi接入点220的通信链路224将该信息发送到综合位置服务器204，WiFi接入点220经RF网关208和209以及通信网络226将该信息发送到综合位置服务器204。WiFi接入点220也可以接收由标签214发送的以WiFi格式的RF信号。WiFi接入点220接着可以检测与标签214的位置有关的信息并且经RF网关208和209以及通信网络226将该信息无线地发送到综合位置服务器204。

因而，综合位置服务器204从UWB接收机210和222以及WiFi接入点212和220接收与综合位置标签214、216和218的位置有关的信息。服务器204接着可以根据所接收到的与标签位置有关的信息的任意个或者全部来计算标签214、216和218的位置。

由于WiFi接入点220能够与RF网关208和209两者通信，两个无线通信路径在WiFi接入点220和综合位置服务器204之间建立。作为结果，两个通信路径之一的中断可能发生而不妨碍综合位置服务器204继续从WiFi接入点220和UWB接收机222接收位置信息。

尽管图2示出用于提供位置信息的综合无线报告的系统的一个示例，可以对图2进行各种改变。举例来说，系统的规划和布置可以变化，并且可以使用或者支持任何数量的标签、接入点、位置接收机、网关、网络、服务器和控制系统。虽然仅在系统200中示出了综合位置标签，将会理解的是单一格式标签(诸如在系统100中示出的那些)也可以被用在系统200中。

在本公开内容的其它实施例中，除WiFi以外的其它技术可以被用于过程控制系统和位置检测接收机、致动器、传感器和其它过程控制元件之间的双向无线通信。类似地，除WiFi和UWB以外的其它技术，诸如ZigBee，可以被用于位置检测。

同样地，根据特定需要部件可以被组合或者省略并且额外的部件可以被添加到系统200中。此外，虽然系统200的无线通信被描述为射频通信，将理解的是可以使用诸如红外线的其它类型无线通信。另外，虽然系统200被描述为被用于在工业机构中提供位置信息的无线报告，系统200可以被用于在任何其它类型的环境中提供位置信息的无线报告。

图3示出根据本公开内容的综合位置服务器300。图3中示出的装置300的实施例仅是为了图示说明。可以使用服务器300的其它实施例而不背离本公开内容的范围。同样地，为了易于解释，相对于图2的系统200来说明服务器300。节点300可以被用在任何合适的系统中。

综合位置服务器300包括位置计算器302和网络接口304。网络接口304将位置计算器302耦合到通信网络306，通信网络306可以是图2的通信网络226。

如就图2所说明的那样，综合位置服务器300可以经通信网络306从使用多个RF格式的位置检测接收机接收与位置检测标签的位置有关的信息。位置计算器302经网络接口304接收信息并且可以接着计算标签的位置。

在本公开内容的一些实施例中，位置计算器从控制系统202接收指示根据以第一格式的RF信号确定的信息(“第一格式信息”)优于根据以第二格式被接收的RF信号确定的信息(“第二格式信息”)的消息。响应于这种消息，当位置计算器302接收根据两种格式所确定的信息时，其根据所确定的第一格式信息计算标签的位置。然而，在位置计算器302仅接收第二格式信息的地方，位置计算器302可以根据第二格式信息计算标签的位置。一旦位置计算器302再次接收第一格式信息，其可以根据优选的第一格式信息来继续计算标签的位置。

在本公开内容的其它实施例中，位置检测标签发射标识标签的唯一标识符。位置计算器302可以从控制系统202接收指示优选地要根据第一格式信息来计算指定标签的位置的消息，通过标签的唯一标识符来标识该标签。响应于这种消息，当位置计算器302既接收第一格式信息也接收第二格式信息时，其根据第一格式信息来计算指定标签的位置。然而，在位置计算器302仅接收第二格式信息的地方，位置计算器302可以根据接收到的第二格式信息来计算指定标签的位置。一旦位置计算器302再次接收第一格式信息，其可以根据优选的第一格式信息来继续计算指定标签的位置。

尽管图3示出综合跟踪接收机和无线中继节点的一个示例，可以对图3进行各种改变。举例来说，节点300的规划和布置可以变化，并且可以使用或者支持任何数量的跟踪接收机、无线节点、若干数量和类型的天线。同样地，根据特定需要部件可以被组合或者省略并且额外的部件可以被添加到节点300中。

在一些实施例中，通过计算机程序来实现或者支持上文所说明的各种功能，该计算机程序由计算机可读程序代码构成并且被包含在计算机可读介质中。短语“计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，包括源代码、目标代码以及可执行代码。短语“计算机可读介质”包括能够被计算机访问的任何类型的介质，诸如只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、硬盘驱动器、压缩盘(CD)、数字视频盘(DVD)或者任何其它类型存储器。

阐述贯穿本专利文档所使用的某些词和短语的定义是有益的。术语“耦合”及其派生词指两个或更多个元件之间的任何直接或间接的通信，无论这些元件是否物理上彼此接触。术语“应用”和“程序”指适应用于以合适的计算机代码(包括源代码、目标代码或者可执行代码)实现的一个或多个计算机程序、软件构件、指令集、过程(procedure)、功能、对象(object)、类、实例(instance)、有关数据、或者其中的部分。术语“发射”、“接收”和“通信”以及其派生词既包含直接通信也包含间接通信。术语“包括”和“包含”以及其派生词意思是包括而不限制。术语“或者”是包含性的(inclusive)，意思是和/或。短语“与...相关联”和“与之相关联”以及其派生词意思可以是包括、被包括在...内、与...互连、含有、被包含在...内、连接到或者与...连接、耦合到或者与...耦合、可与...通信、与...合作、交错(interleave)、并列(juxtapose)、近似于(be proximate to)、结合到或者与...结合在一起(be bound to or with)、具有、具有...的特性等等。术语“控制器”意思是控制至少一个操作的任何装置、系统、或者其中的部分。可以用硬件、固件、软件或者相同物中的至少两个(at least two of thesame)的一些组合来实现控制器。与任何特定的控制器相关联的功能可以是集中式的或者分布式的，无论本地地或者远程地。

虽然本公开内容已经说明了某些实施例和大体上相关联的方法，这些实施例和方法的改动和置换对于本领域的技术人员将是显而易见的。因此，对示例实施例的上述说明不限定或者约束本公开内容。其它变化、替换和改动也有可能而不背离如在随附的权利要求中所定义的本公开内容的实质和范围。

Claims (10)

1.一种系统，其包含：

位置检测(LD)发射机，其为可操作的用于发射以第一格式的第一射频(RF)信号和以第二格式的第二RF信号；

第一LD接收机，其为可操作的用于：

从所述LD发射机接收所述第一RF信号；并且

根据所述第一RF信号确定与所述LD发射机的位置有关的第一信息；

第二LD接收机，其为可操作的用于：

从所述LD发射机接收第二RF信号；并且

根据所述第二RF信号确定与所述LD发射机的位置有关的第二信息；以及

LD服务器，其为可操作的用于：

分别从所述第一LD接收机和第二LD接收机无线地接收所述第一信息和第二信息；并且

根据所述第一信息和第二信息中的一个来计算所述LD发射机的位置。

2.如权利要求1所述的系统，其中：

所述LD发射机还为可操作的用于在所述第一RF信号和所述第二RF信号的至少一个中发射标识符；以及

所述LD服务器还为可操作的用于：

接收指示对于所述LD发射机所述第一信息和第二信息中优选的一个的信号；

从所述第一LD接收机和第二LD接收机中的至少一个接收所述标识符；并且

响应于所述标识符，根据所述第一信息和第二信息中优选的一个采计算所述LD发射机的位置。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述LD服务器还为可操作的用于响应于接收所述第一信息和第二信息中优选的一个的失败而根据所述第一信息和第二信息中的另一个来计算所述LD发射机的位置。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述LD服务器还为可操作的用于经多个中间节点无线地接收所述第一信息和第二信息。

5.一种设备，其包含：

网络接口；以及

位置计算器，其为可操作的用于：

经所述网络接口从第一位置检测(LD)接收机接收第一信息，所述第一信息与LD发射机的位置有关并且根据从所述LD发射机接收的以第一射频(RF)格式的第一RF信号而被确定；

经所述网络接口从第二LD接收机接收第二信息，所述第二信息与所述LD发射机的位置有关并且根据从所述LD发射机接收的以第二RF格式的第二RF信号而被确定；并且

根据所述第一信息和第二信息中的一个计算所述LD发射机的位置。

6.如权利要求5所述的设备，其中所述位置计算器还为可操作的用于：

经所述网络接口接收信号，所述信号指示所述第一信息和第二信息中优选的一个；并且

根据所述第一信息和第二信息中优选的一个来计算所述LD发射机的位置。

7.如权利要求6所述的设备，其中所述位置计算器还为可操作的用于响应于接收所述第一信息和第二信息中优选的一个的失败而根据所述第一信息和第二信息中的另一个来计算所述LD发射机的位置。

8.一种方法，其包含：

从位置检测(LD)发射机发射以第一格式的第一射频(RF)信号；

从所述LD发射机发射以第二格式的第二RF信号；

在第一LD接收机中接收所述第一RF信号并且根据所述第一RF信号确定与所述LD发射机的位置有关的第一信息；

在第二LD接收机中接收所述第二RF信号并且根据所述第二RF信号确定与所述LD发射机的位置有关的第二信息；

在LD服务器中无线地接收所述第一信息和第二信息并且根据所述第一信息和第二信息中的一个来计算所述LD发射机的位置。

9.如权利要求8所述的方法，其还包含：

在所述第一RF信号和所述第二RF信号的至少一个中发射标识符；

在所述LD服务器中接收指示对于所述LD发射机所述第一信息和第二信息中优选的一个的信号；

在所述LD服务器中从所述第一LD接收机和第二LD接收机中的至少一个接收所述标识符；

响应于所述标识符，根据所述第一信息和第二信息中优选的一个来计算所述LD发射机的位置。

10.如权利要求9所述的方法，其还包含：

响应于接收所述第一信息和第二信息中优选的一个的失败而根据所述第一信息和第二信息中的另一个来计算所述LD发射机的位置。

Images