CN102608564A - 用于检测危险状况的基于位置的无线系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测危险状况的基于位置的无线系统。提供一种用于估计便携式装置的位置的方法和设备。该方法包括：在区域内提供多个位置锚收发机和多个增强型位置锚收发机，该区域内的便携式收发机检测并测量来自该区域内的所述多个位置锚收发机和增强型位置锚收发机中的至少一些的信号的信号参数，位置引擎基于便携式收发机的信号测量结果和所述多个位置锚收发机和增强型位置锚收发机的相应预定位置确定便携式收发机的位置，位置引擎根据测量信号参数计算所述多个增强型位置锚收发机中的每一个的估计位置，并且位置引擎基于增强型位置锚收发机的估计位置和预定位置计算多个增强型位置锚收发机中的每一个的位置误差。

Description

用于检测危险状况的基于位置的无线系统

技术领域

本发明的领域涉及感测装置，且更特别涉及便携式气体检测器。

背景技术

在许多环境中，期望的是在存在危险情况之前检测潜在的危险气体的积聚。例如，工厂车间会采用包括被分布在整个车间的气体传感器的气体检测系统。这样的系统还可以包括一个或多个中央站，其从气体传感器接收信号。例如，如果气体检测器之一检测到超量的危险气体，则在该中央站触发告警状况。这样的气体检测系统还可以警告操作者以便采取动作来排除该车间内的潜在危害结果。

虽然这样的系统在固定位置中是有效的，诸如当被定位在工厂车间中的工业设备附近时，但是这些类型的系统并不是便携式的，或者不可适配于变化的状况。另外，这样的常规气体检测系统典型地不提供对有关气体检测事件的信息的快速集中式访问，所述信息包括(一个或多个)事件的位置和基于位置的气体检测历史信息。此外，如果该常规系统确实提供了集中式访问，那么需要昂贵的配线来将气体检测器连接到中央站。

在一些现有技术气体检测系统中，个人带式佩带装置可以被利用来检测特定位置内的气体浓度。这样的气体检测器可以提供与作为时间的函数的气体浓度的状态有关的信息。然而，中央站操作者不可以访问位置信息，且作为时间的函数的气体浓度信息是不可获得的，直到把该装置的每日日志传递至个人计算机的晚得多的时间为止。

基于上述，存在对改进的基于位置的无线气体检测系统和方法的需要。还存在对无线地检测与危险气体事件相关联的位置信息连同时间信息的需要，如本文更加详细地描述的。

附图说明

图1为按照本发明的所图示实施例通常示出的环境感测系统的框图。

具体实施方式

图1描绘了按照本发明的所图示实施例通常示出的气体检测系统250。包括在该气体检测系统250内的可以是多个便携式气体检测器(收发机)256。还包括在该气体检测系统250内的是连接到位置管理器模块252的多个位置锚(anchor)收发机276、278。

可以注意的是，并非所有位置锚收发机276、278都可以连接到位置管理器模块252。位置锚收发机276、278中的一些可以仅被用来提供针对位置目的的探查响应，而不被用来将信息传达到位置管器模块252。

连接到位置管理器模块252的位置锚收发机276、278可以从便携式气体检测器256无线地接收气体读数和位置信息。位置锚收发机可以将此信息转发到位置管理器。位置管理器模块252主要使用此信息来通知中央人工操作者气体检测事件的出现和位置。位置管理器模块252还可以使用气体读数和位置信息来创建跨越预定区域904的气体浓度简档。

还定位在该区域904内的是多个增强型位置锚收发机900、902。所述增强型位置锚收发机900、902与位置锚收发机276、278一起工作，主要用来监视便携式气体检测器256的位置估计的准确度。增强型位置锚收发机900、902还可以与位置锚收发机276、278一起工作以提供经由便携式气体检测器256所进行的测量的位置信息，所述位置信息被发送给位置管理器以使对该便携式气体检测器256的定位的估计便利。

气体检测器256、位置锚收发机276、278以及增强型位置锚收发机900、902进行工作以在适当的无线格式下(例如IEEE 802.11)无线地交换信息。位置锚收发机276、278中的至少一些可以作为气体检测器256和增强型位置锚收发机900、902的无线接入点而工作。

位置锚检测器276、278以及增强型位置锚检测器900、902被设置在该区域904内的已知位置处。位置管理器模块252使用位置锚检测器276、278以及增强型位置锚检测器900、902的所述已知位置，结合由气体检测器256提供的位置信息来估计该便携式气体检测器256的位置。该位置管理器还可以通过收集、记日志和显示便携装置的估计位置而进行工作。

便携式气体检测器256可以由在该区域904各处移动的人员佩带。随着佩带该便携式气体检测器256的人在该区域904内从位置到位置地移动，该气体检测器256可以定期地测量在那些位置处的气体浓度。气体检测器256可以将气体测量结果与位置信息组合成测量数据包，并通过支持接入点功能的位置锚收发机276、278将该数据包无线地传送到位置管理器模块252。

气体检测器256所收集的位置信息可以是由位置锚收发机276、278以及增强型位置锚收发机900、902传送并由气体检测器256检测到(或通过探查响应(例如MAC地址)获得)的信号的参数。为了收集位置信息和传送气体测量结果到该位置管理器模块252，在请求来自位置锚收发机276、278以及增强型位置锚收发机900、902的响应的过程中，作为第一步气体检测器256可以首先传送探查请求。

检测到来自便携式气体检测器256的探查请求的任何位置锚收发机276、278和增强型位置锚收发机900、902可以传送探查响应。该便携式气体检测器256测量从传送探查响应的任何位置锚收发机276、278和增强型位置锚收发机900、902接收到的探查响应的信号参数。

由该便携式气体检测器256测量的信号参数可以是任何适当的距离指示符(例如接收信号强度指示符(received signal strength indicator，RSSI)，渡越时间，等)。基于所测量的信号参数，该便携式气体检测器256可以选择位置锚收发机276、278之一作为接入点以便关联和发送数据。该便携式气体检测器256可以选择具有探查响应的最佳测量信号参数的位置锚收发机276、278(例如，如果使用RSSI，则是最大相对RSSI，如果使用渡越时间，则是最短相对渡越时间，等)。

一旦选择了位置锚收发机276、278，该便携式气体检测器256就编写数据包以便通过该选择的接入点276、278传输到位置管理器模块252。在此情况中，编写的数据包包括至少三个部分。第一和第二部分包括该便携式气体检测器的系统标识符和气体测量结果。第三部分包括所测量的信号参数和提供了探查响应的任何位置锚收发机276、278和增强型位置锚收发机900、902的系统标识符。

一旦已经编写了数据包且已经选择了接入点，该便携式气体检测器256就将该数据包传送到所选择的接入点276、278。所选择的接入点进而将所传送数据包转发到该位置管理器模块252。

在接收到该数据包时，位置管理器模块252保存该数据包中的气体测量结果并试图确定该便携式气体检测器256的位置。为了确定该便携式气体检测器256的位置，该位置管理器模块252将信号参数测量结果传递到位置引擎268。

位置引擎268基于信号测量结果估计该气体检测器256的位置。如果该信号测量结果是基于RSSI的，则该估计所基于的假定是该信号以与距离成比例的方式衰减。通过知道所传送信号的振幅和气体检测器256所测量的振幅，该位置引擎能够计算从该气体检测器256到位置锚收发机276、278中的每一个以及到每个增强型位置锚收发机900、902的距离。通过知道从该便携式气体检测器256到增强型位置锚收发机900、902和位置锚收发机276、278中的每一个的距离，该位置引擎268通过确定从增强型位置锚收发机900、902和位置锚收发机276、278中的每一个到该气体检测器256的距离的交叉(intersection)，来对该气体检测器256的位置作三角测量。

如果该信号测量结果是基于渡越时间的，则使用类似的过程。在此情况中，该位置引擎268基于该信号从该气体检测器256到增强型位置锚收发机900、902和位置锚收发机276、278中的每一个的渡越时间来确定距离，并以相同的方式作三角测量。

增强型位置锚收发机900、902中的至少一些还可以包括气体检测器906、908。由于一些增强型位置锚收发机900、902包括气体浓度检测器，所以增强型位置锚收发机900、902还可以定期性地测量局部气体浓度并将所测量的局部气体浓度报告给位置管理器模块252。

在这点上，具有气体检测器的增强型位置锚收发机900、902可以以类似于便携式气体检测器256的方式来操作。在增强型位置锚收发机900、902不包括气体检测器的情况中，除了在它们的传输中不会包括气体测量结果之外，增强型位置锚收发机900、902会以类似于便携式气体检测器256的方式来操作。在任一情况中，并且为了将位置信息传送到位置管理器模块252，增强型位置锚收发机900、902中的每一个(例如增强型位置锚900)会首先传送探查请求。

以类似的方式，接收到该探查请求的任何其它增强型位置锚(例如增强型位置锚902)和位置锚276、278将通过传送包括传送单元276、278、902的装置标识符的探查响应来进行响应。该增强型位置锚902接收到所述探查响应并测量来自位置锚收发机276、278和增强型位置锚收发机902中的每一个的探查响应的信号参数。该增强型位置锚收发机900以与该气体检测器256相同的方式传送气体测量结果。

在这点上，该增强型位置锚902选择一位置锚276、278作为接入点以便将数据包传送到位置管理模器块252。接下来，该增强型位置锚接收机902编写气体测量结果数据包，该气体测量结果数据包包括气体浓度测量结果以及位置锚接收机276、278和增强型位置锚接收机902中的每一个的测量信号参数。然后该增强型位置锚900通过所选择的接入点276、278把该气体测量结果数据包传送到位置管理器模块252。

位置管理器模块252从增强型位置锚接收机900接收该气体测量结果数据包并把该气体测量结果保存在数据库中。位置管理器模块252还将每个响应的增强型位置锚接收机902和位置锚接收机276、278的测量信号参数(以及系统标识符)发送到该位置引擎268。

在接收到测量信号参数时，位置引擎268计算该增强型位置锚收发机900的估计位置。该位置引擎268然后将该增强型位置锚收发机900的估计位置与该增强型位置锚收发机900的已知位置进行比较，以获得位置误差测量结果或值。

可以在一时间段内监视该位置误差测量结果或值，以检测位置准确度的逐步或快速恶化。一旦恶化超过了某阈限值，可以通知该系统的人工操作者和/或可以记录事件。

此气体测量和报告过程可以由增强型位置锚收发机900、902中的每一个来执行。在这样做时，位置引擎268获得针对增强型位置锚收发机900、902中的每一个的位置误差测量结果值。通过该位置管理器对准确度改变的检测还可以包括检测某区域中的一组恶化误差，和通知正发生恶化的区域的人工操作者。

位置误差测量结果可以用作校正因子来校正便携式气体检测器256的估计位置。例如，如果便携式气体检测器256应当提供具有与增强型位置锚收发机(例如增强型位置锚收发机900)的信号参数测量结果相同的值的位置锚收发机(例如位置锚收发机276)的信号参数测量结果，则位置引擎268可以将校正因子强加给把气体检测器256放置在距离位置锚收发机276与距离增强型位置锚收发机900相同距离处的气体检测器的估计位置(包括对位置误差测量结果的调整)。此外，考虑到若干相邻增强型位置锚收发机的位置误差，该位置引擎可以针对便携式气体检测器装置调节其位置估计。最接近的增强型位置锚的误差可能对该估计提供最大的影响。基于测量参数是更大还是更小，可以应用其它校正因子。

还可以将位置误差与位置误差阈限值进行比较。在此情况中，如果位置误差超过阈限值，则可以警告该系统250的用户系统250中出现故障的可能性。这样的故障可能是由于诸如在该区域内建造金属结构之类的环境改变引起的，或者由于增强型位置锚收发机900、902或位置锚收发机276、278中的一个或多个的信号恶化引起的。

还可以给位置管理器模块252提供显示器910，该显示器910描绘该区域904的地图912。包括在该地图上的可以是便携式气体检测器256、增强型位置锚收发机900、902以及位置锚收发机276、278中的每一个的指定位置。

在显示器910上该便携式气体检测器256的位置914周围示出的是边界框916，其指示该便携式气体检测器256的估计位置误差。例如，如果增强型位置锚收发机900、902的位置误差最接近于气体检测器收发机256的估计位置指示10英尺的误差，那么可以在该便携式气体检测器256的周围示出带有具有至少10英尺的长度的边的边界框916。由于该误差是包括x分量和y分量的矢量，因此还可能的是具有边界矩形916，在该边界矩形中边的长度至少为对应的x和y量。然而，边界框916或许不确切为误差测量结果的大小，这是因为可能存在应当考虑且可能建议该框916更大一些的其它误差源。此外，替代矩形，该误差可以被指示为围绕该估计位置的区域，在其中，该区域的形状和大小可以与误差矢量成比例。

为了图示制作和使用本发明的方式已经描述了环境监视系统的具体实施例。应当理解的是，本发明的其它变体和修改以及其各个方面的实现方式对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且本发明并不受所描述的具体实施例的限制。因此，预期的是覆盖本发明以及落入本文所公开和要求保护的基本基础原理的实质精神和范围内的任何和所有修改、变体或等价物。

Claims (15)

1.一种方法，其包括：

提供在区域内自相应预定位置工作的多个位置锚收发机和多个增强型位置锚收发机；

便携式收发机在所述区域内检测和测量来自所述多个位置锚收发机和增强型位置锚收发机中的至少一些的信号的信号参数；

位置引擎基于所述便携式收发机的信号测量结果以及所述多个位置锚收发机和增强型位置锚收发机的相应预定位置计算所述便携式收发机的估计位置；

所述多个增强型位置锚收发机中的至少一些检测和测量来自所述多个位置锚收发机和其它增强型位置锚收发机中的至少一些的信号的信号参数；

所述位置引擎基于所述增强型位置锚收发机中的至少一些的所述信号测量结果以及所述多个位置锚收发机和增强型位置锚收发机的相应预定位置计算所述多个增强型位置锚收发机中的至少一些的估计位置；以及

基于所述增强型位置锚收发机的所述估计位置和预定位置计算所述多个增强型位置锚收发机中的至少一些的位置误差。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：所述便携式收发机和所述多个增强型位置锚收发机中的至少一些传送探查请求，所述探查请求请求来自所述多个增强型位置锚收发机和位置锚收发机中检测到所述探查请求的任何位置锚收发机和增强型位置收发机的响应。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：把通过所述便携式收发机和至少一些增强型位置锚收发机中的至少一个的测量信号参数定义为接收信号强度指示。

4.如权利要求1所述的方法，还包括：基于最靠近所述便携式收发机的所述估计位置的所述多个增强型位置锚收发机中的至少一些的计算位置误差，向用户显示所述便携式收发机的所述估计位置的估计误差。

5.如权利要求4所述的方法，其中显示所述便携式收发机的所述计算位置的所述估计误差的步骤还包括在所述便携式收发机的所述估计位置周围提供边界框，其中所述边界框的边的长度是所述多个增强型位置锚收发机中最靠近所述便携式收发机的至少一些增强型位置锚收发机的计算位置误差的函数。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：在检测到所述多个增强型位置锚收发机的所述计算位置误差之一超过了阈限时生成警告。

7.如权利要求1所述的方法，还包括：所述便携式收发机测量气体浓度。

8.一种用于报告无线装置的位置的系统，所述系统包括：

多个无线装置，其包括至少一些便携式装置和至少一些固定装置，所述至少一些固定装置自相应预定位置工作；

所述至少一些便携式装置的至少一个无线收发机，其无线地测量所述固定无线装置中的至少一些的信号参数并且无线地发送包括至少测量信号参数的信息；

所述至少一些固定装置的至少一个无线收发机，其均无线地测量所述固定无线装置中的至少另一些的信号参数并且无线地发送包括至少所述测量信号参数的信息；

所述多个固定无线装置的至少一个收发机，其与所述至少一些便携式装置的所述无线收发机以及所述至少一些固定无线装置的所述无线收发机进行无线通信，以接收包括所述测量信号参数的所述信息；

至少一个位置引擎，其基于所述预定位置和由所述至少一些固定无线装置的所述无线收发机测量的所述信号参数计算所述至少一些固定无线装置的估计位置，所述至少一个位置引擎还基于所述估计位置和相应预定位置计算位置误差，所述至少一个位置引擎还接收所述至少一些便携式装置的无线收发机测量的信号参数，并基于所述预定位置和所述至少一些便携式装置测量的信号参数计算所述至少一些便携式装置的估计位置；以及

用于收集、记日志和显示所述至少一些便携式装置的所述估计位置的至少一个位置管理器。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述测量信号参数还包括接收信号强度指示。

10.如权利要求8所述的系统，其中所述测量信号参数还包括渡越时间。

11.如权利要求8所述的系统，其中所述至少一个便携式装置还包括气体检测装置。

12.一种系统，其包括：

在区域内的多个位置锚收发机，其每一个自相应预定位置工作；

在所述区域内的多个增强型位置锚收发机，其每一个自相应预定位置工作，并且其每一个测量来自所述多个位置锚收发机和其它增强型位置锚收发机中的至少一些的信号的信号参数；

位置引擎，其接收来自所述多个增强型位置锚收发机中的至少一些的测量信号参数连同所述增强型位置锚收发机的标识符和所述测量信号参数中的每一个的来源的标识符；

所述位置引擎还根据所述测量信号参数计算所述多个增强型位置锚收发机中的至少一些的估计位置，所述位置引擎基于所述增强型位置锚收发机的所述估计位置和预定位置计算所述多个增强型位置锚收发机中的至少一些的位置误差；以及

在所述区域内的便携式收发机，其检测并测量来自所述多个位置锚收发机和增强型位置锚收发机中的至少一些的信号的信号参数，且其中所述位置引擎基于所述便携式收发机的信号测量结果以及所述增强型位置锚收发机和位置锚收发机的预定位置确定所述便携式收发机的位置。

13.如权利要求12所述的系统，还包括由所述便携式收发机和由所述增强型位置和锚收发机中的至少一些传送的探查请求，所述探查请求请求来自所述多个增强型位置锚收发机和位置锚收发机中检测到所述探查的任何位置锚收发机和增强型位置锚收发机的响应。

14.如权利要求12所述的系统，其中所述测量信号参数还包括接收信号强度指示。

15.如权利要求12所述的系统，还包括显示器，其基于所述多个增强型位置锚收发机的计算位置误差向用户显示所述便携式收发机的计算位置的估计误差。

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