CN102854492A - 一种电力隧道红外和超声双监实现人员定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力隧道红外和超声双监实现人员定位的方法，包括如下步骤：系统初始化；在线人体探测；人体探测定位分为红外探测人员定位和超声波探测人员定位两部分；通信链路的建立；终端信息上传；人员定位；通信链路的拆除。本发明的通过项目的实施，可以对进入隧道的人员进行准确定位，对不动或者运动缓慢的人体也能准确探测，能确定人体与探头的相对位置。当有突发事件发生的时候，能实现快速定位并启动相关的处置预案。本方法针对性强，定位措施全面，可靠性高。

Description

一种电力隧道红外和超声双监实现人员定位的方法

技术领域

本发明涉及一种人员定位方法，尤其涉及一种电力隧道红外和超声双监实现人员定位的方法。 

背景技术

目前，公知的红外线、超声波双监探头由红外线传感器、超声波发射传感器、超声波接收传感器和周边电路构成，其中红外线传感器用于感知人体发出的特定频段的红外线辐射，超声波发射传感器、接收传感器利用多普勒效应探测人体与传感器的相对运动。周边电路将红外线和超声波的探测结果进行综合后输出结果，即红外探头和超声波探头均显示有人的情况下，才向监控平台上报有人。 

上述这种红外线、超声波双监探头存在的主要问题有：1、仅能给出监控防区内人体的有和无，无法给出距离；2、对不动或者运动缓慢的人体，超声波的多普勒效应不明显，会造成误判；3、多普勒效应需要连续发射和接收超声波，消耗的功率大；4、环境温度和人体温度相近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成失灵。 

发明内容

为了克服现有红外线、超声波双监探头及隧道环境的各种不足, 本发明提供一种红外线、超声波人体双监探头，该探头能探测防区内人体的有无，还具有以下优势：1、能确定人体与探头的相对位置；2、对不动或者运动缓慢的人体也能准确探测；3、降低功耗70%以上；4、当上报有人时，监控平台能够自动跳转到对应监测终端所在的位置，并能显示出该终端的详细信息，如人体与监测终端间的准确距离。本发明具有定位准确，实用性强，可靠性好的优点。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。 

一种电力隧道红外和超声双监实现人员定位的方法，包括如下步骤： 

（1）系统初始化；

（2）在线人体探测；人体探测定位分为红外探测人员定位和超声波探测人员定位两部分；

（3）通信链路的建立；

（4）终端信息上传；

（5）人员定位；

（6）通信链路的拆除。

所述步骤（1）中，在实际的工程施工中，隧道内每隔一定距离会安装一台应急通信人员定位终端，每台终端自带一个写在FLASH ROM里的唯一编号，也就是终端的编号，监控平台根据自己所监视线路安装终端的情况，录入终端的唯一编号，这样在监控中心就可以建立并维护一张终端编号和终端安装位置一一对应的对照表。 

所述步骤（2）中，终端经过初始化以后，进入正常的工作状态，人体红外探测探头和超声模块都进入正常的工作状态，在超声和红外的监测范围内，只要有人员出现，终端就会自动捕捉“有人”状态，准备上传有人信息。终端在线人体探测有3种不同的工作方式可选：红外模式、超声模式、红外—超声模式，具体模式的选择可以根据用户的要求通过平台发送命名来实现选择。超声和红外共同使用，可以实现当其中一个出现故障时，即终端可以改变工作方式，确保终端正常工作。 

所述步骤（3）中，应急中心人员定位终端实时通过人体红外和超声进行探测，当终端检测到有人时，终端自动建立相关通信链路，当应急通信主机巡检应急通信人员定位终端时，终端准备上传数据信息。 

所述步骤（4）中，终端探测到有人以后，建立通信链路，等待应急通信主机巡检，当主机巡检到该终端时，终端根据探测结果，给监控主机上报“红外有人”或者“超声有人”，同时上报终端的编号。 

所述步骤（5）中，监控平台接收到应急通信主机上报的“红外有人”或者“超声有人”信息以后，在平台显示“红外有人”或者“超声有人”，同时平台显示告警信息，工作人员可以根据终端编号在GIS图上找到报警终端的精确位置，实现人员的定位。 

所述步骤（6）中，监控平台对定位信息进行确认处理以后，如果是正常的工作人员进入，将取消报警，并且下行发送命令给应急通信主机，应急通信主机下行给该报警终端发送“通信链路拆除”命令，这样终端将解除报警状态，恢复到正常的“在线人体探测”状态，实时监测终端所能监测范围内人员的活动情况。 

所述应急通信人员定位终端人体探测定位分为红外探测人员定位和超声波探测人员定位两部分。 

所述步骤（3）中，红外探测人员定位，就是应急通信人员定位终端连接红外探头，此探头是被动式的人体红外探头，通过终端给探头供电，终端和探头之间通过单总线实现数据和命令的传输。当工作人员进入红外探头所监测的角度和距离范围内时，探头的输出信号给单片机，终端通过红外探头感知到人员的存在，应急通信人员定位终端将“红外有人”信息和终端编号通过应急通信主机上报给监控平台，平台通过已经保存的终端编号在GIS图上找到报警终端的精确位置，从而实现了对该终端范围内的工作人员的定位。 

所述步骤（3）中，超声波探测人员定位，是在应急通信人员定位终端内置超声模块，终端和超声模块进行实时通信。超声波探测部分利用回波法，通过测量超声波脉冲的反射时间来计算人体距离探头的位置，本部分由超声波换能器、回波接收处理电路、脉冲变压器组成，发射的超声波脉冲信号由单片机输出到脉冲变压器的原边，经变压器的副边输出到超声波换能器，超声波脉冲遇到人体产生反射，回波由超声波换能器接收，送到接收处理电路进行放大和整形，然后送到单片机的输入口，单片机根据超声波脉冲从发射到接收所用时间，可计算出人体的存在以及人体与终端的相对位置。当工作人员进入超声模块所监测的角度和距离范围内时，终端通过超声模块感知到人员的存在，应急通信人员定位终端将“超声有人”信息和终端编号通过应急通信主机上报给监控平台，平台通过已经保存的终端编号在GIS图上找到报警终端的精确位置，从而实现了对该终端范围内的工作人员的定位。 

所述超声波探测，传统的超声波探测采用多普勒效应进行人体探测，需要不间断地发射超声波，用于超声波发射的功耗占总体功耗的80%以上。本发明采用脉冲回波法进行人体探测，脉冲宽度小于1毫秒，发射脉冲的时间间隔不小于50毫秒，仅就发射功耗而言，相对于不间断发射超声波节约功耗98%；就总体功耗而言，节约功耗：80% × 98% = 78.4%。 

所述步骤（5）中所述的根据终端编号在GIS图上找到报警终端的精确位置，实现人员的定位，具体步骤如下： 

a.加载地图：电子地图包含有多种形式，由第三方提供的jpg格式的航拍图或png格式的三维图，以及自己绘制的隧道三维效果图或者工程图；加载之前的电子地图单独存在，需要将电子地图的每一图层按照256*256大小分割成若干片段，并按照图层序号从小到大依次加载，保证地图可以多级缩放。

b.标识终端：是指将代表终端的图标放置在电子地图对应的位置上，并由平台将各终端的位置记录到数据库中，且使终端的图标在电子地图的各图层均能看到，并且在电子地图缩放过程中，始终保持在正确的位置，由此建立各自终端与系统的位置关系。 

c.电子定位：当有活动人员靠近隧道内的监测终端时，监测终端能够通过红外和超声双监探测方式上报此终端是否有人状态给监控平台，监控终端通过分析得出该终端位于电子地图上的地理坐标，从而可以完成活动人员的电子定位。同时监测终端上报给平台的状态还包括红外监测状态、超声监测状态，超声监测距离，超声监测范围等信息。 

d.地图显示：当监控平台检测到隧道内有人出现状况出现时，会以告警的形式出现，并将地图自动跳转到该监测终端所在的位置，并以闪烁的方式呈现给维护人员，以期得到关注，并作出应急处理。 

本发明的电力隧道红外和超声双监实现人员定位的方法可以通过在隧道内安装的应急通信人员定位终端并结合监控平台配置的相关电子地图来实现人员的定位。 

所述应急通信人员定位终端，可以通过红外和超声结合来实现人员的准确探测。对不动或者运动缓慢的人体，超声波的多普勒效应不明显，会造成误判，结合红外探测将能实现对不动或者运动缓慢的人体也能准确探测。从而保证了进入隧道的工作人员定位的安全性，保证了定位的可靠性。 

本发明的有益效果是，通过项目的实施，可以对进入隧道的人员进行准确定位，对不动或者运动缓慢的人体也能准确探测，能确定人体与探头的相对位置。当有突发事件发生的时候，能实现快速定位并启动相关的处置预案。同时降低功耗70%以上。本方法针对性强，定位措施全面，可靠性高。 

附图说明

图1：本发明的电力隧道应急通信人员定位方法的实施流程图； 

图2：红外探测和超声探测的实现原理框图；

图3：监控平台人员及终端定位实施流程图；

其中：1.系统初始化；2.在线人体探测，3.通信链路的建立，4.终端信息上传，5.人员定位，6.通信链路的拆除，7.单片机，8. 人体红外探头，9. 脉冲变压器，10. 信号接收处理电路，11. 超声波换能器，12.加载地图，13.标识终端，14.电子定位，15.地图显示。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。 

图1 ，系统初始化1，在实际的工程施工中，隧道内每隔一定距离会安装一台应急通信人员定位终端，每台终端自带一个写在FLASH ROM里的唯一编号，也就是终端的编号，监控平台根据自己所监视线路安装终端的情况，录入终端的唯一编号，这样在监控中心就可以建立并维护一张终端编号和终端安装位置一一对应的对照表。 

在线人体探测2，终端经过初始化以后，进入正常的工作状态，人体红外探测探头和超声模块都进入正常的工作状态，在超声和红外的监测范围内，只要有人员出现，终端就会自动捕捉“有人”状态，准备上传有人信息。终端在线人体探测有3种不同的工作方式可选：红外模式、超声模式、红外—超声模式，具体模式的选择可以根据用户的要求通过平台发送命名来实现选择。超声和红外共同使用，可以实现当其中一个出现故障时，即终端可以改变工作方式，确保终端正常工作。目前实现的超声人员定位：方向角30°±15°，检测范围0.2m-3m(反射)，分辨率10mm。红外人员定位：感应角度0~120°圆锥角，感应距离7~8m。 

通信链路的建立3，应急中心人员定位终端实时通过人体红外和超声进行探测，当终端检测到有人时，终端自动建立相关通信链路，当应急通信主机巡检应急通信人员定位终端时，终端准备上传数据信息。 

终端信息上传4，终端探测到有人以后，建立通信链路，等待应急通信主机巡检，当主机巡检到该终端时，终端根据探测结果，给监控主机上报“红外有人”或者“超声有人”，同时上报终端的编号。 

人员定位5，监控平台接收到应急通信主机上报的“红外有人”或者“超声有人”信息以后，在平台显示“红外有人”或者“超声有人”，同时平台显示告警信息，工作人员可以根据终端编号在GIS图上找到报警终端的精确位置，实现人员的定位。 

通信链路的拆除6，监控平台对定位信息进行确认处理以后，如果是正常的工作人员进入，将取消报警，并且下行发送命令给应急通信主机，应急通信主机下行给该报警终端发送“通信链路拆除”命令，这样终端将解除报警状态，恢复到正常的“在线人体探测2”状态，实时监测终端所能监测范围内人员的活动情况。 

图2，人体红外探测实施：人体红外探头8，它有三个引脚，1脚为地，与电路板的工作地相连；2脚为信号输出，与单片机7的相应输入口相连；3脚为电源，与电路板的+5V相连。人体红外探头8的信号输出为高有效，即：无人时，输出脚为低电平；当有人体进入探测区域时，输出脚为高电平。 

超声波发射：由单片机7的相应输出口在程序的控制下产生频率为40KHz的方波，该方波由单片机7的输出口送到脉冲变压器9的原边，经脉冲变压器9升压后由脉冲变压器9的副边送到超声波换能器11，超声波换能器11发出测量用的频率为40KHz超声波波束。 

超声波接收处理：经人体反射回来的超声波回波，由超声波换能器11接收并转换为电信号，该信号由超声波换能器11送到信号处理电路10的输入脚，经信号处理电路10的放大处理后，经信号处理电路10的输出脚送到单片机7的输入脚。 

计时与距离计算：单片机1根据超声波发出到接收到反射回波的时间T，根据下式可计算出人体与探头的距离D； 

D = (T*V)/2

式中：D—人体与探头的距离，单位：米；

       T—超声波从发射到返回所用时间，单位：秒；

       V—超声波在空气中传播速度，单位：米/秒。速度与气温、大气压等相关，常温常压下通常取值为：340米/秒。

结果输出：单片机1将探测结论-人的有无及人体与探头的距离按约定的编码输出。 

图3：加载地图12：电子地图包含有多种形式，由第三方提供的jpg格式的航拍图或png格式的三维图，以及自己绘制的隧道三维效果图或者工程图；加载之前的电子地图单独存在，需要将电子地图的每一图层按照256*256大小分割成若干片段，并按照图层序号从小到大依次加载，保证地图可以多级缩放。 

标识终端13：是指将代表终端的图标放置在电子地图对应的位置上，并由平台将各终端的位置记录到数据库中，且使终端的图标在电子地图的各图层均能看到，并且在电子地图缩放过程中，始终保持在正确的位置，由此建立各自终端与系统的位置关系。 

电子定位14：当有活动人员靠近隧道内的监测终端时，监测终端能够通过红外和超声双监探测方式上报此终端是否有人状态给监控平台，监控终端通过分析得出该终端位于电子地图上的地理坐标，从而可以完成活动人员的电子定位。同时监测终端上报给平台的状态还包括红外监测状态、超声监测状态，超声监测距离，超声监测范围等信息。 

地图显示15：当监控平台检测到隧道内有人出现状况出现时，会以告警的形式出现，并将地图自动跳转到该监测终端所在的位置，并以闪烁的方式呈现给维护人员，以期得到关注，并作出应急处理。 

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。 

  

Claims (10)

1.一种电力隧道红外和超声双监实现人员定位的方法，包括如下步骤：

（1）系统初始化；

（2）在线人体探测；人体探测定位分为红外探测人员定位和超声波探测人员定位两部分；

（3）通信链路的建立；

（4）终端信息上传；

（5）人员定位；

（6）通信链路的拆除。

2.如权利要求1所述的电力隧道红外和超声双监实现人员定位的方法，其特征是，所述步骤（1）中，在实际的工程施工中，隧道内每隔一定距离会安装一台应急通信人员定位终端，每台终端自带一个写在FLASH ROM里的唯一编号，也就是终端的编号，监控平台根据自己所监视线路安装终端的情况，录入终端的唯一编号，这样在监控中心就能够建立并维护一张终端编号和终端安装位置一一对应的对照表。

3.如权利要求1所述的电力隧道红外和超声双监实现人员定位的方法，其特征是，所述步骤（2）中，终端经过初始化以后，进入正常的工作状态，人体红外探测探头和超声模块都进入正常的工作状态，在超声和红外的监测范围内，只要有人员出现，终端就会自动捕捉“有人”状态，准备上传有人信息；终端在线人体探测有3种不同的工作方式能够选择：红外模式、超声模式、红外—超声模式，具体模式的选择能够根据用户的要求通过平台发送命名来实现选择；超声和红外共同使用，能够实现当其中一个出现故障时，即终端能够改变工作方式，确保终端正常工作。

4.如权利要求1所述的电力隧道红外和超声双监实现人员定位的方法，其特征是，所述步骤（3）中，应急中心人员定位终端实时通过人体红外和超声进行探测，当终端检测到有人时，终端自动建立相关通信链路，当应急通信主机巡检应急通信人员定位终端时，终端准备上传数据信息。

5.如权利要求1所述的电力隧道红外和超声双监实现人员定位的方法，其特征是，所述步骤（4）中，终端探测到有人以后，建立通信链路，等待应急通信主机巡检，当主机巡检到该终端时，终端根据探测结果，给监控主机上报“红外有人”或者“超声有人”，同时上报终端的编号。

6.如权利要求1所述的电力隧道红外和超声双监实现人员定位的方法，其特征是，所述步骤（5）中，监控平台接收到应急通信主机上报的“红外有人”或者“超声有人”信息以后，在平台显示“红外有人”或者“超声有人”，同时平台显示告警信息，工作人员能够根据终端编号在GIS图上找到报警终端的精确位置，实现人员的定位。

7.如权利要求6所述的电力隧道红外和超声双监实现人员定位的方法，其特征是，所述步骤（5）中所述的根据终端编号在GIS图上找到报警终端的精确位置，实现人员的定位，具体步骤如下：

a.加载地图：电子地图包含有多种形式，由第三方提供的jpg格式的航拍图或png格式的三维图，以及自己绘制的隧道三维效果图或者工程图；加载之前的电子地图单独存在，需要将电子地图的每一图层按照256*256大小分割成若干片段，并按照图层序号从小到大依次加载，保证地图能够多级缩放；

b.标识终端：是指将代表终端的图标放置在电子地图对应的位置上，并由平台将各终端的位置记录到数据库中，且使终端的图标在电子地图的各图层均能看到，并且在电子地图缩放过程中，始终保持在正确的位置，由此建立各自终端与系统的位置关系；

c.电子定位：当有活动人员靠近隧道内的监测终端时，监测终端能够通过红外和超声双监探测方式上报此终端是否有人状态给监控平台，监控终端通过分析得出该终端位于电子地图上的地理坐标，从而能够完成活动人员的电子定位；同时监测终端上报给平台的状态还包括红外监测状态、超声监测状态，超声监测距离，超声监测范围等信息；

d.地图显示：当监控平台检测到隧道内有人出现状况出现时，会以告警的形式出现，并将地图自动跳转到该监测终端所在的位置，并以闪烁的方式呈现给维护人员，以期得到关注，并作出应急处理。

8.如权利要求1所述的电力隧道红外和超声双监实现人员定位的方法，其特征是，所述步骤（6）中，监控平台对定位信息进行确认处理以后，如果是正常的工作人员进入，将取消报警，并且下行发送命令给应急通信主机，应急通信主机下行给该报警终端发送“通信链路拆除”命令，这样终端将解除报警状态，恢复到正常的“在线人体探测”状态，实时监测终端所能监测范围内人员的活动情况。

9.如权利要求1所述的电力隧道红外和超声双监实现人员定位的方法，其特征是，所述步骤（3）中，红外探测人员定位，就是应急通信人员定位终端连接红外探头，此探头是被动式的人体红外探头，通过终端给探头供电，终端和探头之间通过单总线实现数据和命令的传输；当工作人员进入红外探头所监测的角度和距离范围内时，探头的输出信号给单片机，终端通过红外探头感知到人员的存在，应急通信人员定位终端将“红外有人”信息和终端编号通过应急通信主机上报给监控平台，平台通过已经保存的终端编号在GIS图上找到报警终端的精确位置，从而实现了对该终端范围内的工作人员的定位。

10.如权利要求1所述的电力隧道红外和超声双监实现人员定位的方法，其特征是，所述步骤（3）中，超声波探测人员定位，是在应急通信人员定位终端内置超声模块，终端和超声模块进行实时通信；超声波探测部分利用回波法，通过测量超声波脉冲的反射时间来计算人体距离探头的位置，本部分由超声波换能器、回波接收处理电路、脉冲变压器组成，发射的超声波脉冲信号由单片机输出到脉冲变压器的原边，经变压器的副边输出到超声波换能器，超声波脉冲遇到人体产生反射，回波由超声波换能器接收，送到接收处理电路进行放大和整形，然后送到单片机的输入口，单片机根据超声波脉冲从发射到接收所用时间，能够计算出人体的存在以及人体与终端的相对位置；当工作人员进入超声模块所监测的角度和距离范围内时，终端通过超声模块感知到人员的存在，应急通信人员定位终端将“超声有人”信息和终端编号通过应急通信主机上报给监控平台，平台通过已经保存的终端编号在GIS图上找到报警终端的精确位置，从而实现了对该终端范围内的工作人员的定位。

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