CN103700154A - 基于北斗的特种物品定位监管方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于北斗的特种物品定位监管系统，包括位置采集模块、标签检测模块、电量检测模块、运动状态检测模块、模式转换模块、电子围栏检测模块、主控制模块、LED显示模块和数据通信模块。通过采用本发明系统和方法，实现对物品的全程智能化监管，定时将外勤人员的当前位置信息回传至监管中心。

Description

基于北斗的特种物品定位监管方法和系统

技术领域

本发明属于卫星远程定位监管技术领域，具体涉及一种基于北斗的特种物品定位监管方法和系统，可应用于各种需要远程定位监管的特种物品。

背景技术

目前，在国内以GPS（Global Positioning System，全球定位系统）技术为基础的定位监控系统已被广泛应用在很多领域。虽然GPS具有技术成熟、器件价格低廉、民用频段完全免费等优点，但是由于该系统是由美国研制和维护的，一旦牵涉到国家战略利益，GPS就成为了一个重大的不安全因素。而北斗卫星导航系统是由我国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，出于安全方面的考虑，无论是军用还是民用，都有必要提供基于北斗卫星的定位监控系统。

在物品运输过程中，一般是外勤人员通过物理手段人为地对这些携带物品进行全程监管。这种传统的监管方法虽说简单易用，但不够智能、效率低，且在物品丢失或被抢时，无法保证能够被及时发现，也难以及时地获知外勤人员的位置，可能导致意外事件不能被及时有效地处理，从而造成巨大的损失。尤其是一些特种物品，如枪支，一旦丢失或被抢后，可能给社会造成巨大的影响，带来严重的后果。

发明内容

为了解决上述存在问题，本发明提供一种基于北斗的特种物品定位监管方法和系统，可以较好地实现对外勤人员及所携物品更加智能、高效的远程定位和管理。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：

一种基于北斗的特种物品定位监管系统，设置于携带待管特种物品的外勤人员身上的终端内，其特征在于：它包括：

位置采集模块，用于从北斗定位模块采集终端的当前位置数据；北斗定位模块为终端的一部分；

标签检测模块，用于判断RFID电子标签的在位状态；所述的RFID电子标签固定于待监管的特种物品上；

电量检测模块，用于检测终端电池的当前剩余电量；

运动状态检测模块，用于处理来自震动传感器的数据，并判断终端当前的运动状态；震动传感器为终端的一部分； 

模式转换模块，用于与运动状态检测模块相配合，实现终端在运行模式和休眠模式之间转换；

电子围栏检测模块，用于判断终端是否在围栏内；

主控制模块，用于接收位置采集模块、标签检测模块、运动状态检测模块、电量检测模块和电子围栏检测模块的数据并处理，判断终端状态是否异常，当异常发生时或定时地将获取及处理后的数据整合并存储；

LED显示模块，用于接收主控制模块处理后的数据，通过控制LED闪烁的频率和颜色，指示终端的工作状态和异常报警；

数据通信模块，用于将主控制模块整合的数据发送给远程服务器或远程接收设备。

一种基于上述基于北斗的特种物品定位监管系统实现的基于北斗的特种物品定位监管方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一、数据获取：

从北斗定位模块采集终端的当前位置数据； 

判断RFID电子标签的在位状态； 

检测终端电池的当前剩余电量；

处理来自震动传感器的数据，并判断终端当前的运动状态；震动传感器安装在所述的外勤人员身上，震动传感器为终端的一部分；

实现终端在运行模式和休眠模式之间转换；

判断终端是否在围栏内；

步骤二、接收步骤一获取的数据并处理，判断终端状态是否异常，当异常发生时或定时地将获取及处理后的数据整合并存储；

步骤三、根据步骤二处理后的数据，通过控制LED闪烁的频率和颜色，指示终端的工作状态和异常报警；

步骤四、将步骤二整合的数据发送给远程服务器或远程接收设备。

按上述方法，判断RFID电子标签的在位状态的具体步骤为：

a1）设定RFID采样时间T₁₁，每隔T₁₁检测一次是否能收到RFID标签发出的射频信号；

a2）设定RFID统计时间区间T₁₂，统计当前时间为止的前T₁₂内的检测数据；

a3）根据统计的检测数据计算结果：

将RFID统计时间区间T₁₂分为若干个连续的时间段，根据a2）获得每个时间段实际检测到RFID标签发出的射频信号的次数，为每个时间段设定理论检测到RFID标签发出的射频信号的次数，以及每个时间段的权重；

第n个时间段的结果为：C_实n/C_理n*W_n，其中C_实n为第n个时间段实际检测到RFID标签发出的射频信号的次数，C_理n为第n个时间段设定理论检测到RFID标签发出的射频信号的次数，W_n为第n个时间段的权重；

统计时间区间T₁₂内的总结果由各时间段内的结果相加所得；

a4）设定总结果的目标值，根据总结果进行判断，若大于目标值则可以判断RFID标签在正常区域内，否则表示RFID标签丢失。

按上述方法，处理来自震动传感器的数据，并判断终端当前的运动状态，以及实现终端在运行模式和休眠模式之间转换的具体步骤如下：

b1）终端上电后处于运行模式，设定震动采样时间T₂₁，每隔T₂₁检测一次震动传感器的震动数据，震动数据内容为有震动或无震动；

b2）设定运行模式下震动统计时间区间T₂₂，统计当前时间为止的前T₂₂内的震动次数N₁；设定震动次数休眠值N_休，若震动次数N₁< N_休则将终端从运行模式切换至休眠模式；若震动次数N₁> N_休则继续在运行模式下进行检测和统计；

b3）当终端处于休眠模式时，设定震动唤醒时间T₂₃，每隔T₂₃唤醒一次终端，清除看门狗，检测一次震动数据；

b4）设定休眠模式下震动统计时间区间T₂₄，统计当前时间为止的前T₂₄内的震动次数N₂；设定震动次数运行值N_运，若震动次数N₂> N_运则将终端从休眠模式切换至运行模式；若震动次数N₂<N_运则继续在休眠模式下进行检测和统计。

按上述方法，判断终端是否在围栏内的具体步骤如下：

c1）根据围栏的形状选定若干个点的地理坐标，将若干个点的地理坐标顺次连接构成一个封闭的多边形区域作为围栏范围，计算此多边形的面积作为围栏面积S_围；

c2）采集终端的当前位置数据，获得其地理坐标P，将P与每相邻的2个c1）中的点构成三角形，一共获得的三角形个数与点的个数相同，计算所有三角形的面积之和S_三角形；

c3）判断S_三角形与S_围的大小，若S_三角形>S_围则判断终端在围栏范围之外，若S_三角形<S_围则判断终端在围栏范围之内。

本发明的有益效果为：

1、通过采用本发明系统和方法，实现对物品的全程智能化监管，定时将外勤人员的当前位置信息回传至监管中心。

2、当发生特种物品丢失、被抢或外勤人员离岗等意外事件时，能够现场报警提醒外勤人员，同时及时通知监管中心。

3、本发明不仅保证监管中心可以全程实时地了解外勤人员的位置和物品状态，而且可以确保监管中心在最短时间内获知意外情况，便于及时处理。

附图说明

图1为本发明一实施例的系统结构框图。

图2为模式转换模块的具体流程图。

图3为标签检测模块的具体流程图。

图4为主控制模块的具体流程图。

图5为终端的硬件结构及应用框图。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提供的一种基于北斗的特种物品定位监管系统，设置于携带待管特种物品的外勤人员身上的终端内，如图1所示，它包括：位置采集模块，用于从北斗定位模块采集终端的当前位置数据；北斗定位模块为终端的一部分；标签检测模块，用于判断RFID电子标签的在位状态；所述的RFID电子标签固定于待监管的特种物品上；电量检测模块，用于检测终端电池的当前剩余电量；运动状态检测模块，用于处理来自震动传感器的数据，并判断终端当前的运动状态；震动传感器为终端的一部分； 模式转换模块，用于与运动状态检测模块相配合，实现终端在运行模式和休眠模式之间转换；电子围栏检测模块，用于判断终端是否在围栏内；主控制模块，如图4所示，用于接收位置采集模块、标签检测模块、运动状态检测模块、电量检测模块和电子围栏检测模块的数据并处理，判断终端状态是否异常，当异常发生时或定时地将获取及处理后的数据整合并存储；LED显示模块，用于接收主控制模块处理后的数据，通过控制LED闪烁的频率和颜色，指示终端的工作状态和异常报警；数据通信模块，用于将主控制模块整合的数据发送给远程服务器或远程接收设备。

本发明还提供了基于上基于北斗的特种物品定位监管系统实现的基于北斗的特种物品定位监管方法，它包括以下步骤：

步骤一、数据获取：从北斗定位模块采集终端的当前位置数据；判断RFID电子标签的在位状态；检测终端电池的当前剩余电量；处理来自震动传感器的数据，并判断终端当前的运动状态；震动传感器安装在所述的外勤人员身上，震动传感器为终端的一部分；实现终端在运行模式和休眠模式之间转换；判断终端是否在围栏内；

步骤二、接收步骤一获取的数据并处理，判断终端状态是否异常，当异常发生时或定时地将获取及处理后的数据整合并存储；

步骤三、根据步骤二处理后的数据，通过控制LED闪烁的频率和颜色，指示终端的工作状态和异常报警；

步骤四、将步骤二整合的数据发送给远程服务器或远程接收设备。

判断RFID电子标签的在位状态的具体步骤如图3所示，为：

a1）设定RFID采样时间T₁₁，每隔T₁₁检测一次是否能收到RFID标签发出的射频信号；

a2）设定RFID统计时间区间T₁₂，统计当前时间为止的前T₁₂内的检测数据；

a3）根据统计的检测数据计算结果：

将RFID统计时间区间T₁₂分为若干个连续的时间段，根据a2）获得每个时间段实际检测到RFID标签发出的射频信号的次数，为每个时间段设定理论检测到RFID标签发出的射频信号的次数，以及每个时间段的权重；

第n个时间段的结果为：C_实n/C_理n*W_n，其中C_实n为第n个时间段实际检测到RFID标签发出的射频信号的次数，C_理n为第n个时间段设定理论检测到RFID标签发出的射频信号的次数，W_n为第n个时间段的权重；

统计时间区间T₁₂内的总结果由各时间段内的结果相加所得；

a4）设定总结果的目标值，根据总结果进行判断，若大于目标值则可以判断RFID标签在正常区域内，否则表示RFID标签丢失。

处理来自震动传感器的数据，并判断终端当前的运动状态，以及实现终端在运行模式和休眠模式之间转换的具体步骤如图2所示，如下：

b1）终端上电后处于运行模式，设定震动采样时间T₂₁，每隔T₂₁检测一次震动传感器的震动数据，震动数据内容为有震动或无震动；

b2）设定运行模式下震动统计时间区间T₂₂，统计当前时间为止的前T₂₂内的震动次数N₁；设定震动次数休眠值N_休，若震动次数N₁< N_休则将终端从运行模式切换至休眠模式；若震动次数N₁> N_休则继续在运行模式下进行检测和统计；

b3）当终端处于休眠模式时，设定震动唤醒时间T₂₃，每隔T₂₃唤醒一次终端，清除看门狗，检测一次震动数据；

b4）设定休眠模式下震动统计时间区间T₂₄，统计当前时间为止的前T₂₄内的震动次数N₂；设定震动次数运行值N_运，若震动次数N₂> N_运则将终端从休眠模式切换至运行模式；若震动次数N₂<N_运则继续在休眠模式下进行检测和统计。

判断终端是否在围栏内的具体步骤如下：

c1）根据围栏的形状选定若干个点的地理坐标，将若干个点的地理坐标顺次连接构成一个封闭的多边形区域作为围栏范围，计算此多边形的面积作为围栏面积S_围；

c2）采集终端的当前位置数据，获得其地理坐标P，将P与每相邻的2个c1）中的点构成三角形，一共获得的三角形个数与点的个数相同，计算所有三角形的面积之和S_三角形；

c3）判断S_三角形与S_围的大小，若S_三角形>S_围则判断终端在围栏范围之外，若S_三角形<S_围则判断终端在围栏范围之内。

下面给出具体实例。

图5给出了终端的硬件结构及应用框图，定位追踪器（即终端）佩戴在外勤人员身上，RFID电子标签固定在被监管的特种物质（本实施例中为枪支）上；其中定位追踪器包括主控模块，以及分别与主控模块相连接的北斗定位模块、射频接收模块、无线通信模块（本实施例中为CDMA通信模块）、第一电源模块、报警模块和震动传感器；RFID电子标签包括相互连接的射频发射模块和第二电源模块；所述的射频发射模块与所述的射频接收模块通信；服务器与定位追踪器的无线通信模块进行通信。

未使用的定位追踪器和枪支配套存放在储存柜中，此时定位追踪器处于休眠模式。押运员（即外勤人员）开始出勤后，程序检测到定位追踪器开始被使用，立即将其从休眠模式转换成运行模式。定位追踪器在正常工作时，会定时将押运员的当前位置和枪支状态等信息上传至监管中心的后台服务器。上传信息主要包括定位信息、枪支状态、震动状态和电池电量。

在本实施例中，判断RFID电子标签的在位状态的具体步骤为：

a1）设定RFID采样时间T₁₁=500ms，每隔T₁₁检测一次是否能收到RFID标签发出的射频信号；

a2）设定RFID统计时间区间T₁₂=60秒，统计当前时间为止的前T₁₂内的检测数据；

a3）根据统计的检测数据计算结果：

将RFID统计时间区间T₁₂分为若干个连续的时间段，根据a2）获得每个时间段实际检测到RFID标签发出的射频信号的次数，为每个时间段设定理论检测到RFID标签发出的射频信号的次数，以及每个时间段的权重；

第n个时间段的结果为：C_实n/C_理n*W_n，其中C_实n为第n个时间段实际检测到RFID标签发出的射频信号的次数，C_理n为第n个时间段设定理论检测到RFID标签发出的射频信号的次数，W_n为第n个时间段的权重；

统计时间区间T₁₂内的总结果由各时间段内的结果相加所得；

下表为本实施例采集的结果：

表1。

a4）设定总结果的目标值，根据总结果进行判断，若大于目标值则可以判断RFID标签在正常区域内，否则表示RFID标签丢失。

本实施例中，处理来自震动传感器的数据，并判断终端当前的运动状态，以及实现终端在运行模式和休眠模式之间转换的具体步骤如下：

b1）终端上电后处于运行模式，设定震动采样时间T₂₁=1秒，每隔T₂₁检测一次震动传感器的震动数据，震动数据内容为有震动或无震动；

b2）设定运行模式下震动统计时间区间T₂₂=10分钟，统计当前时间为止的前T₂₂内的震动次数N₁；设定震动次数休眠值N_休，若震动次数N₁< N_休则将终端从运行模式切换至休眠模式；若震动次数N₁> N_休则继续在运行模式下进行检测和统计；

b3）当终端处于休眠模式时，设定震动唤醒时间T₂₃=3秒，每隔T₂₃唤醒一次终端，清除看门狗，检测一次震动数据；

b4）设定休眠模式下震动统计时间区间T₂₄=30秒，统计当前时间为止的前T₂₄内的震动次数N₂；设定震动次数运行值N_运，若震动次数N₂> N_运则将终端从休眠模式切换至运行模式；若震动次数N₂<N_运则继续在休眠模式下进行检测和统计。

判断终端是否在围栏内的具体步骤如下：

c1）根据围栏的形状选定4个点的地理坐标A、B、C、D，将若干个点的地理坐标顺次连接构成一个封闭的四边形区域作为围栏范围，计算此多边形的面积作为围栏面积S_围=S_abcd；

c2）采集终端的当前位置数据，获得其地理坐标P，将P与每相邻的2个c1）中的点构成三角形，一共获得4个三角形△PAB、△PBC、△PCD、△PDA，计算所有三角形的面积之和S_三角形=S_pab+S_pbc+S_pcd+S_pda，其中S_pab为△PAB的面积，S_pbc为△PBC的面积，S_pcd为△PCD的面积，S_pda为△PDA的面积；

c3）判断S_三角形与S_围的大小，若S_三角形>S_围则判断终端在围栏范围之外，若S_三角形<S_围则判断终端在围栏范围之内。

在执勤过程中，若出现枪支丢失、被抢或押运员偏离围栏区域等意外，定位追踪器立即声光报警提醒押运员，同时通过上报数据及时通知监管中心。声光报警分别通过控制蜂鸣器和LED实现。电子围栏检测任务则负责根据所述电子围栏算法判断押运员是否在围栏规定的区域内。

除异常报警外，LED显示模块还负责指示定位追踪器的工作状态。

执勤任务结束后，押运员将定位追踪器和枪支上交保存。此后，程序检测到定位追踪器未被使用，将其切换至休眠模式。

通过本发明实施例，监管中心可以在服务平台地图上查看当前位置、历史轨迹、枪支状态等信息，实现全程对执勤人员和枪支的实时、高效、智能化的远程管理，也能够更及时地了解并处理各种意外事件。

最后应当说明的是，上述实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的技术人员应当理解，对本发明的任何等价形式的修改均在本发明请求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种基于北斗的特种物品定位监管系统，设置于携带待管特种物品的外勤人员身上的终端内，其特征在于：它包括：

位置采集模块，用于从北斗定位模块采集终端的当前位置数据；北斗定位模块为终端的一部分；

标签检测模块，用于判断RFID电子标签的在位状态；所述的RFID电子标签固定于待监管的特种物品上；

电量检测模块，用于检测终端电池的当前剩余电量；

运动状态检测模块，用于处理来自震动传感器的数据，并判断终端当前的运动状态；震动传感器为终端的一部分； 

模式转换模块，用于与运动状态检测模块相配合，实现终端在运行模式和休眠模式之间转换；

电子围栏检测模块，用于判断终端是否在围栏内；

主控制模块，用于接收位置采集模块、标签检测模块、运动状态检测模块、电量检测模块和电子围栏检测模块的数据并处理，判断终端状态是否异常，当异常发生时或定时地将获取及处理后的数据整合并存储；

LED显示模块，用于接收主控制模块处理后的数据，通过控制LED闪烁的频率和颜色，指示终端的工作状态和异常报警；

数据通信模块，用于将主控制模块整合的数据发送给远程服务器或远程接收设备。

2.一种基于权利要求1所述的基于北斗的特种物品定位监管系统实现的基于北斗的特种物品定位监管方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一、数据获取：

从北斗定位模块采集终端的当前位置数据； 

判断RFID电子标签的在位状态； 

检测终端电池的当前剩余电量；

处理来自震动传感器的数据，并判断终端当前的运动状态；震动传感器安装在所述的外勤人员身上，震动传感器为终端的一部分；

实现终端在运行模式和休眠模式之间转换；

判断终端是否在围栏内；

步骤二、接收步骤一获取的数据并处理，判断终端状态是否异常，当异常发生时或定时地将获取及处理后的数据整合并存储；

步骤三、根据步骤二处理后的数据，通过控制LED闪烁的频率和颜色，指示终端的工作状态和异常报警；

步骤四、将步骤二整合的数据发送给远程服务器或远程接收设备。

3.根据权利要求2所述的基于北斗的特种物品定位监管方法，其特征在于：判断RFID电子标签的在位状态的具体步骤为：

a1）设定RFID采样时间T₁₁，每隔T₁₁检测一次是否能收到RFID标签发出的射频信号；

a2）设定RFID统计时间区间T₁₂，统计当前时间为止的前T₁₂内的检测数据；

a3）根据统计的检测数据计算结果：

将RFID统计时间区间T₁₂分为若干个连续的时间段，根据a2）获得每个时间段实际检测到RFID标签发出的射频信号的次数，为每个时间段设定理论检测到RFID标签发出的射频信号的次数，以及每个时间段的权重；

第n个时间段的结果为：C_实n/C_理n*W_n，其中C_实n为第n个时间段实际检测到RFID标签发出的射频信号的次数，C_理n为第n个时间段设定理论检测到RFID标签发出的射频信号的次数，W_n为第n个时间段的权重；

统计时间区间T₁₂内的总结果由各时间段内的结果相加所得；

a4）设定总结果的目标值，根据总结果进行判断，若大于目标值则可以判断RFID标签在正常区域内，否则表示RFID标签丢失。

4.根据权利要求2所述的基于北斗的特种物品定位监管方法，其特征在于：处理来自震动传感器的数据，并判断终端当前的运动状态，以及实现终端在运行模式和休眠模式之间转换的具体步骤如下：

b1）终端上电后处于运行模式，设定震动采样时间T₂₁，每隔T₂₁检测一次震动传感器的震动数据，震动数据内容为有震动或无震动；

b2）设定运行模式下震动统计时间区间T₂₂，统计当前时间为止的前T₂₂内的震动次数N₁；设定震动次数休眠值N_休，若震动次数N₁< N_休则将终端从运行模式切换至休眠模式；若震动次数N₁> N_休则继续在运行模式下进行检测和统计；

b3）当终端处于休眠模式时，设定震动唤醒时间T₂₃，每隔T₂₃唤醒一次终端，清除看门狗，检测一次震动数据；

b4）设定休眠模式下震动统计时间区间T₂₄，统计当前时间为止的前T₂₄内的震动次数N₂；设定震动次数运行值N_运，若震动次数N₂> N_运则将终端从休眠模式切换至运行模式；若震动次数N₂<N_运则继续在休眠模式下进行检测和统计。

5.根据权利要求2所述的基于北斗的特种物品定位监管方法，其特征在于：判断终端是否在围栏内的具体步骤如下：

c1）根据围栏的形状选定若干个点的地理坐标，将若干个点的地理坐标顺次连接构成一个封闭的多边形区域作为围栏范围，计算此多边形的面积作为围栏面积S_围；

c2）采集终端的当前位置数据，获得其地理坐标P，将P与每相邻的2个c1）中的点构成三角形，一共获得的三角形个数与点的个数相同，计算所有三角形的面积之和S_三角形；

c3）判断S_三角形与S_围的大小，若S_三角形>S_围则判断终端在围栏范围之外，若S_三角形<S_围则判断终端在围栏范围之内。

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