CN103713305A - 一种定位颈圈及定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种定位颈圈和定位方法，所述定位方法是通过固套于定位目标颈部的定位颈圈进行的，所述定位颈圈包括单片机控制电路和定位单元，所述定位单元包括定位模式选择模块、第一定位模块、第二定位模块和第三定位模块；在卫星定位信号不可用时，仍然可以采用其他定位方式进行补足定位，定位误差小，算法简单实用；同时由于采用了太阳能电池和高效的电池电能管理系统，大大延长了定位设备的续航时间和提高了定位设备的业务能力；另外由于采用了可控颈圈开关，大大降低了定位目标为珍稀动物时受到伤害的概率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于珍稀动物的定位颈圈及定位方法，尤其是一种可以对华南虎进行定位和监测的颈圈设备及定位保护方法。
背景技术
华南虎亦称“中国虎”，是中国特有的历史最悠久的虎亚种，生活在中国中南部，是世界公认的珍惜动物，由于生育率低、生活环境要求较高等因素，1996年被国际自然保护联盟列为极度濒危的十大物种之一。现存的华南虎基本都是人工饲养，原华南虎分布的地区已经多年不见华南虎的踪迹，很多专家都认为华南虎的自然种群已经灭绝，甚至国际自然保护联盟濒危物种的红色名录已经将其列为“野外灭绝(EW)”。基于这种现状，出现周正龙造假野生华南虎照片的闹剧也就不足为奇了。
虽然目前我国已建立了中国华南虎苏州培育基地、粤北华南虎驯养繁殖研究中心、福建龙岩梅花山华南虎繁育基地等多家人工饲养基地，但由于圈养造成种群基因多样性逐渐下降而近交繁殖系数却不断增加的结果，华南虎的数量仍处于逐渐减少的局面，长此下去终将难以避免灭绝的悲剧。而为了改变华南虎即将灭绝的命运，必须将华南虎放出牢笼，进行有效的繁育，使濒临灭绝的华南虎种群恢复基因的多样性，并且野化以恢复野性，从而最终重新引进中国的野外，在中国本土面积较大而又安全的栖息地上逐渐增加种群数量。而如何让华南虎安全、顺利的度过野化过程则成为了一个亟待研究解决的问题。
在野化工作后期可以借助行为学方面知识，了解观察华南虎行为的变化，来对华南虎野化工作进行评估。与此同时，还需要对华南虎在培训区域活动规律进行监测和评估。例如了解华南虎在某区域的停留频率，从而推测出华南虎喜欢停留的地区。因此需要借助定位系统来获取华南虎的活动行迹。
现有技术中对野外移动物体的定位大多是采用诸如GPS(全球定位系统)的卫星导航定位系统，其基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据计算出接收机的精确位置。但是卫星定位导航系统的使用也有其具体局限性，例如其容易受到直视(line of sight，例如山谷、森林、丘壑、洞穴等)、卫星信号微弱、或者气候环境等因素影响，这会导致终端无法获取卫星信号，从而无法完成定位，不便于监控和管理，在对华南虎进行管理时因为无法定位可能无法给华南虎进行及时救援。
为了获取华南虎每天的行动轨迹，需要进行多次定位，每次定位可能会持续一小段时间，在此期间，可能会出现如下情形：启动定位测量时，华南虎正好处于卫星信号的盲区，或者定位测量过程中，华南虎进入卫星信号的盲区，当发生上述情形时，将无法完成对华南虎的定位和行迹记录，也就无法实施潜在的救援行动。
其次，现有技术中的宠物颈圈基本上都采用普通的电池或电源系统，当对定位精度、类型和时间都要求较高时，尤其是野外长期跟踪和观测时，现有的电池系统很难满足要求，也就无法实现对华南虎长期和复杂的定位需求。
另外，现有技术中的宠物颈圈大多是人工佩戴后无法自行解锁，其本意是可以防止宠物挣脱逃走，但是当安装在华南虎身上时，出于对华南虎的保护，这可能会带来一些预料不到的伤害，例如，华南虎在树林中疾速穿梭时可能会使颈圈钩挂于树枝等位置，当华南虎无法挣脱时，会给华南虎带来伤害。
发明内容
本发明正是针对现有技术中的上述缺陷，提出一种可以对如华南虎这种珍惜动物进行保护的全面综合的定位颈圈及其定位方法。
根据本发明的一种实施方式，公开了一种定位方法，所述定位方法是通过固套于定位目标颈部的定位颈圈进行的，所述定位颈圈包括单片机控制电路和定位单元，所述定位单元包括定位模式选择模块、第一定位模块、第二定位模块和第三定位模块；第一定位模块包括卫星定位导航单元，第二定位模块包括动态侦测单元，第三定位模块包括磁场识别模块、角运动检测模块、海拔测量模块以及3D加速度测量模块；所述定位模式选择模块根据单片机控制电路发出的指令，启动其中一个定位模块，获取定位信息，其特征在于，所述定位步骤如下：
1)监控管理中心向定位颈圈发送指令启动定位测量；
2)单片机控制电路接收指令后，通过定位模式选择模块启动第一定位模块，判断是否可以接收卫星定位导航信号；
3)当判断可以接收卫星信号时，第一定位模块根据接收的卫星定位数据计算得到定位目标的位置信息，然后单片机控制电路控制无线通信单元将定位目标的位置信息发送至监控管理中心；
4)当判断无法正常接收卫星信号时，单片机控制电路通过定位模式选择模块启动第二定位模块，所述第二定位模块和监控管理中心利用预先设置在保护区内的多个无线定点侦测监测点，根据定位目标经过所述多个无线定点侦测监测点时测量的位置信息计算获取当前位置信息；
5)当采用第一定位模块获取定位目标的位置信息和行迹信息时，卫星信号突然不可用时，单片机控制电路通过定位模式选择模块启动第三定位模块，所述第三定位模块根据第一定位模块最后获得的位置信息，继续获取定位目标的立体空间位置信息，然后单片机控制电路控制无线通信单元将定位目标的位置信息发送至监控管理中心；
6)定位测量结束。
所述第二定位模块和监控管理中心利用预先设置在保护区内的多个无线定点侦测监测点，根据定位目标经过所述多个无线定点侦测监测点时记录的位置信息计算获取当前位置信息具体包括：
4-1)监控管理中心提前获取并存储保护区内的无线定点侦测节点位置信息、节点间接收信号强度指示值查询表以及固定多点接收信号强度指示值查询表；其中每三个无线定点侦测节点形成一个三角形监测区域；所述节点间接收信号强度指示值查询表记录上述每个三角形监测区域的指示分量记为
所述y1，y2，y3表示三角形监测区域三条边对应的三条链路的接收信号强度指示值；固定多点接收信号强度指示值查询表记录在所述三角形监测区域内多个固定点测量的接收信号强度指示值对应的指向分量，记为
所述x1，x2，x3分别表示每个固定点到作为三角形监测区域三个顶点的无线定点侦测节点的三个接收信号强度指示值；
4-2)启动第二定位模块进行测量时，当定位目标进入距离最近定点侦测节点的覆盖范围时，第二定位模块的动态侦测单元读取最近定点侦测节点的指示标签，获知定点侦测节点的编号，作为定位目标的第一位置信息；
4-3)将获取的第一位置信息发送至监控管理中心；
4-4)监控管理中心根据第一位置信息获取定位目标附近的多个由定点侦测节点组成的三角形区域并进行监控，当定位目标进入其中三个定点侦测节点组成的三角区域范围内时，定点侦测节点的指向分量
的接收信号强度指示值y1，y2，y3会发生较大波动，从而判断目标进入该定点侦测节点的三角监测区域；
4-5)第二定位模块测量上述实际接收信号强度指示值的指向分量
，并传送至监控管理中心，其中所述r1，r2，r3分别表示定位目标实际位置点到三角形监测区域三个顶点的无线定点侦测节点的三个接收信号强度指示值，监控管理中心通过计算
取指向分量p，其中
且使得e最小，则将使得e最小时的指向分量p所对应的位置作为定位目标的相对位置；
4-6)根据步骤4-1)中存储的固定多点接收信号强度指示值查询表，确定定位目标对于所述三角形区域的第二位置信息。
所述第三定位模块根据第一定位模块最后获得的位置信息，继续获取定位目标的立体空间位置信息，具体包括：
5-1)根据磁场识别模块标识的南北极方向建立坐标系，以失去卫星信号的位置作为坐标原点；
5-2)获取失去卫星信号时定位目标的移动速度；
5-3)自动校准磁场识别模块，使其原始位置与定位目标的运动方向一致；
5-4)取从坐标原点到位置f1的一小段距离，将定位目标在这一小段距离内做的运动近似为直线运动，由磁场识别模块读出其经度偏移角度；
5-5)由3D加速度测量模块读出定位目标在位置f1的加速度值，结合失去卫星信号前的运动速度及这一小段距离的运动时间，得出定位目标实际运动距离，再结合坐标原点的经纬度信息，计算出位置f1的经纬度信息；
5-6)依据角运动检测模块和磁场识别模块的测量结果判断终端是否做近似直线运动，在做近似直线运动过程中，角运动检测模块不断检测定位目标与原运动方向的偏向，作为一个随时间递增的累积角度偏移量，磁场识别模块不断检测终端与地理南北极的偏向，根据原运动方向计算得到定位目标与原运动方向的偏向，作为一个随时间变化的瞬态角度偏移量，当累积角度偏移量和瞬态角度偏移量同时达到一定阀值时，判定定位目标不再做近似直线运动；
5-7)将被判断为不再做近似直线运动的位置f2作为下一小段距离近似直线运动的起点，定位目标在位置f1到位置f2之间运动仍为近似直线运动，根据步骤5-1到5-5所记载的步骤计算出位置f2的经纬度信息；
5-8)以位置f2作为坐标原点建立同样的坐标系，根据步骤5-1到5-7所记载的步骤，直到计算获得失去卫星信号过程中定位目标所有位置的经纬度信息为止；
5-9)由海拔测量模块采集定位目标所处环境的大气压强，以海平面作为参考点，计算得到定位目标所处的海拔高度信息；
5-10)计算获得定位目标的经纬度和高度的立体空间信息。
根据本发明的另一种实施方式，公开了一种定位颈圈，所述定位颈圈包括：颈圈环带，其具有分开/闭合结构，可套固在定位目标颈部；颈圈开关，与颈圈连接，用于开启套固在定位目标身上的颈圈；单片机控制电路，定位单元，监测单元，无线通信单元，存储单元，以及电源；
所述颈圈环带外侧设置小型太阳能电池板，用于接收太阳能，并转为电能储存于电源中；
所述颈圈开关是电子开关，可以根据单片机控制电路接收的指令打开；所述电子开关包括拉力感应器和第一报警单元，当颈圈环带或颈圈开关收到外力拉拽时，拉力感应器检测拉力大小，当达到预先设置的第一阈值时，第一报警单元会向单片机控制电路发送请求，并通过无线通信单元向监控管理中心发送报警信号，监控管理中心接收报警后，会向定位颈圈发送开锁指令，颈圈开关接收指令后打开开关，颈圈脱落；当拉力感应器检测到拉力大小超过预先设置的第二阈值时，会直接由单片机控制电路向颈圈开关发送开锁指令；其中第二阈值高于第一阈值；
所述定位单元包括定位模式选择模块、第一定位模块、第二定位模块和第三定位模块，其中第一定位模块包括卫星定位导航单元，第二定位模块包括动态侦测单元，第三定位模块包括磁场识别模块、角运动检测模块、海拔测量模块以及3D加速度测量模块；所述定位模式选择模块根据单片机控制电路发出的指令，启动其中一个定位模块，获取定位信息；
监测单元包括温度传感器、湿度传感器以及第二报警单元，用于采集定位目标活动区域的温度和湿度参数；并通过无线通信模块将上述参数传送至监控管理中心，当定位目标所处的环境温度或湿度参数异常时，第二报警单元会通过无线通信模块将报警信号传送至监控管理中心，由监控管理中心根据报警信号内容进行后续处理；
无线通信单元，包括无线收发模块和天线；所述无线通信单元采用3G通信标准；
所述存储单元可以存储定位或监测测量信息；
电源包括锂聚合物可充电电池、休眠管理控制器以及电池电量管理单元，所述电池采用太阳能电池板进行充电；所述休眠管理控制器根据定位颈圈的实际工作状态切换定位颈圈的休眠状态；所述电池电量管理单元对电池充放电和电量进行管理；
所述定位单元采用前述基于定位颈圈的定位目标定位方法进行定位。
所述休眠管理控制器根据定位颈圈的实际工作状态切换定位颈圈的休眠状态具体包括：检测定位颈圈是否处于信号收发状态，当超过第一预定时间长度未收发信号时，休眠管理控制器会向单片机管理单元发送第一休眠请求，由单片机管理单元控制定位单元、检测单元、颈圈开关进入第一休眠状态；当超过第二预定时间长度未收发信号时，休眠管理控制器会向单片机管理单元发送第二休眠请求，由单片机管理单元控制定位颈圈其余部件进入第二休眠状态；其中第二预定时间长度大于第一预定时间长度；当休眠管理控制器检测到有信号到来，或者所述第一和第二报警单元需要发送报警信号时，向单片机管理单元发送第一唤醒请求，由单片机管理单元控制颈圈开关、无线通信单元、电源进行第一唤醒状态，开始收发信号；当接收到指令需要进行定位或监测测量时，休眠管理控制器向单片机管理单元发送第二唤醒请求，由单片机管理单元控制定位颈圈其余部件进入第二唤醒状态，开始全面工作；
电池电量管理单元对电池充放电和电量进行管理具体包括：接收太阳能电池板的电力存储于可充电电池；如果定位颈圈正处于休眠状态，当电池电量低于预先设定的第一阈值时，则电池电量管理设备会发送第一低电量请求至单片机管理单元，启动电源的太阳能电池板进行充电；如果定位颈圈正处于定位或监测状态，当电池电量低于预先设定的第一阈值时，电池电量管理设备通过单片机管理单元向监控管理中心发送第二低电量请求，请求降低定位或监测测量频率和时间长度，并通过单片机管理单元启动太阳能电池板进行充电，当电池电量低于预先设定的第二阈值时，电池电量管理设备通过单片机管理单元向监控管理中心发送第三低电量请求，请求暂停定位或监测测量，以便电池电力恢复。
本发明的有益效果是，在卫星定位信号不可用，仍然可以采用其他定位方式进行补足定位，定位误差小，算法简单实用，同时由于采用了太阳能电池和高效的电能管理系统，大大延长了定位设备的续航时间和提高了定位设备的业务能力，另外由于采用了可控颈圈开关，大大降低了定位目标如珍稀动物华南虎受到伤害的概率。
附图说明
附图1是根据本发明一个实施方式的对定位目标进行定位的方法流程图；
附图2是附图1所示的定位流程图中采用第二定位模块进行定位的流程图；
附图3是附图1所示的定位流程图中采用第三定位模块进行定位的流程图；
附图4是根据本发明的另一实施方式的对定位目标进行保护的定位颈圈结构示意图。
具体实施方式
根据本发明的一种实施方式，公开了一种定位方法，参见附图1所示，所述定位方法是通过固套于定位目标颈部的定位颈圈进行的，所述定位颈圈包括单片机控制电路和定位单元，所述定位单元包括定位模式选择模块、第一定位模块、第二定位模块和第三定位模块；第一定位模块包括卫星定位导航单元，例如美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统，第二定位模块包括动态侦测单元，第三定位模块包括磁场识别模块、角运动检测模块、海拔测量模块以及3D加速度测量模块；所述定位模式选择模块根据单片机控制电路发出的指令，启动其中一个定位模块，获取定位信息，其特征在于，所述定位步骤如下：
101、监控管理中心向定位颈圈发送指令启动定位测量；
102、单片机控制电路接收指令后，通过定位模式选择模块启动第一定位模块，判断是否可以接收卫星定位导航信号；
103、当判断可以接收卫星信号时，第一定位模块根据接收的卫星定位数据计算得到定位目标的位置信息，然后单片机控制电路控制无线通信单元将定位目标的位置信息发送至监控管理中心；
104、当判断无法正常接收卫星信号时，单片机控制电路通过定位模式选择模块启动第二定位模块，所述第二定位模块和监控管理中心利用预先设置在保护区内的多个无线定点侦测监测点，根据定位目标经过所述多个无线定点侦测监测点时测量的位置信息计算获取当前位置信息；
105、当采用第一定位模块获取定位目标的位置信息和行迹信息时，卫星信号突然不可用时，单片机控制电路通过定位模式选择模块启动第三定位模块，所述第三定位模块根据第一定位模块最后获得的位置信息，继续获取定位目标的立体空间位置信息，然后单片机控制电路控制无线通信单元将定位目标的位置信息发送至监控管理中心；所述第三定位模块进行的定位是对第一定位模块的补足定位；
106、定位测量结束。
参见附图2所示，所述第二定位模块和监控管理中心利用预先设置在保护区内的多个无线定点侦测监测点，根据定位目标经过所述多个无线定点侦测监测点时记录的位置信息计算获取当前位置信息具体包括：
104-1、监控管理中心提前获取并存储保护区内的无线定点侦测节点位置信息、节点间接收信号强度指示值查询表以及固定多点接收信号强度指示值查询表；其中每三个无线定点侦测节点形成一个三角形监测区域；所述节点间接收信号强度指示值查询表记录上述每个三角形监测区域的指示分量记为所述y1，y2，y3表示三角形监测区域三条边对应的三条链路的接收信号强度指示值；固定多点接收信号强度指示值查询表记录在所述三角形监测区域内多个固定点测量的接收信号强度指示值对应的指向分量，记为所述x1,x2,x3分别表示每个固定点到作为三角形监测区域三个顶点的无线定点侦测节点的三个接收信号强度指示值；上述查询表中的测量值可以是多次测量后取平均值作为最终的参考至存储在所述查询表中。
104-2、启动第二定位模块进行测量时，当定位目标进入距离最近定点侦测节点的覆盖范围时，第二定位模块的动态侦测单元读取最近定点侦测节点的指示标签，获知定点侦测节点的编号，作为定位目标的第一位置信息，即模糊位置信息；
104-3、将获取的第一位置信息发送至监控管理中心；
104-4、监控管理中心根据第一位置信息获取定位目标附近的多个定点侦测节点，以及由这些定点侦测节点组成的多个三角形区域并进行监控，当定位目标进入由其中三个定点侦测节点组成的三角区域范围内时，定点侦测节点的指向分量
的接收信号强度指示值y1，y2，y3会发生较大波动，从而判断目标进入所述三个定点侦测节点组成的三角监测区域；
104-5、第二定位模块测量上述实际接收信号强度指示值的指向分量并传送至监控管理中心，其中
所述r1,r2,r3分别表示定位目标实际位置点到三角形监测区域三个顶点的无线定点侦测节点的三个接收信号强度指示值，监控管理中心通过计算
取指向分量p，其中且使得e最小，则将使得e最小时的指向分量p所对应的位置作为定位目标的相对位置；所述e最小时，意味着此时确定的位置点与定位目标的实际位置最接近，理想情况下，e为零时，即此时确定的位置点与定位目标的实际位置重合；
104-6、根据步骤104-1中存储的固定多点接收信号强度指示值查询表，查询104-5中确定的用于指示定位目标相对位置的指向分量p，确定定位目标在所述三角形区域的第二位置信息，即精确位置信息。
参见附图3所示，所述第三定位模块根据第一定位模块最后获得的位置信息，继续获取定位目标的立体空间位置信息，具体包括：
105-1、根据磁场识别模块标识的南北极方向建立坐标系，以失去卫星信号的位置作为坐标原点；例如，x轴作为地理经度，y轴作为地理纬度。
105-2、获取失去卫星信号时定位目标的移动速度，该移动速度可以是失去卫星信号之前测量的定位目标的平均移动速度；
105-3、自动校准磁场识别模块，使其原始位置与定位目标的运动方向一致；所述原始位置是指磁场识别模块原始南北极方向，这样，当定位目标运动方向改变时，磁场识别模块可以得出其运动方向与地理南北极的角度信息；
105-4、取从坐标原点到位置f1的一小段距离，将定位目标在这一小段距离内做的运动近似为直线运动，由磁场识别模块读出其经度偏移角度；
105-5、由3D加速度测量模块读出定位目标在位置f1的加速度值，结合失去卫星信号前的运动速度及这一小段距离(即原点到位置f1)的运动时间，得出定位目标实际运动距离，再结合坐标原点的经纬度信息，计算出位置f1的经纬度信息；
105-6、依据角运动检测模块和磁场识别模块的测量结果判断终端是否做近似直线运动，在做近似直线运动过程中，角运动检测模块不断检测定位目标与原运动方向的偏向，作为一个随时间递增的累积角度偏移量n1，磁场识别模块不断检测终端与地理南北极的偏向，根据原运动方向计算得到定位目标与原运动方向的偏向，作为一个随时间变化的瞬态角度偏移量n2，当累积角度偏移量和瞬态角度偏移量同时达到一定阀值时，例如设定为10度，判定定位目标不再做近似直线运动；
105-7、将被判断为不再做近似直线运动的临界位置f2作为下一小段距离近似直线运动的起点，定位目标在位置f1到位置f2之间运动仍为近似直线运动，根据步骤105-1到105-5所记载的步骤计算出位置f2的经纬度信息；
105-8、以位置f2作为坐标原点建立同样的坐标系，根据步骤105-1到105-7所记载的步骤，直到计算获得失去卫星信号过程中定位目标所有位置的经纬度信息为止；
105-9、由海拔测量模块采集定位目标所处环境的大气压强，以海平面作为参考点，计算得到定位目标所处的海拔高度信息；
105-10、计算获得定位目标的经纬度和高度的立体空间信息。
根据本发明的另一种实施方式，公开了一种定位颈圈，参见附图4所示，所述定位颈圈包括：颈圈环带(未示出)，其具有分开/闭合结构，可套固在定位目标颈部；颈圈开关，与颈圈连接，用于开启套固在定位目标身上的颈圈；单片机控制电路，定位单元，监测单元，无线通信单元，存储单元，以及电源。
所述颈圈环带外侧设置小型太阳能电池板，用于接收太阳能，并转为电能储存于电源中；
所述颈圈开关是电子开关，可以根据单片机控制电路接收的指令打开；所述电子开关包括拉力感应器和第一报警单元，当颈圈环带或颈圈开关收到外力拉拽时，拉力感应器检测拉力大小，当达到预先设置的第一阈值时，第一报警单元会向单片机控制电路发送请求，并通过无线通信单元向监控管理中心发送报警信号，监控管理中心接收报警后，会向定位颈圈发送开锁指令，颈圈开关接收指令后打开开关，颈圈脱落；当拉力感应器检测到拉力大小超过预先设置的第二阈值时，会直接由单片机控制电路向颈圈开关发送开锁指令；其中第二阈值高于第一阈值，第一和和第二阈值可以根据实际情况设定，例如，第一阈值可设定为定位目标体重的一半，第二阈值可设为定位目标的体重；
所述定位单元包括定位模式选择模块、第一定位模块、第二定位模块和第三定位模块，其中第一定位模块包括卫星定位导航单元，第二定位模块包括动态侦测单元，第三定位模块包括磁场识别模块、角运动检测模块、海拔测量模块以及3D加速度测量模块；所述定位模式选择模块根据单片机控制电路发出的指令，启动其中一个定位模块，获取定位信息；
监测单元包括温度传感器、湿度传感器以及第二报警单元，用于采集定位目标活动区域的温度和湿度参数；并通过无线通信模块将上述参数传送至监控管理中心，当定位目标所处的环境温度或湿度参数异常时，第二报警单元会通过无线通信模块将报警信号传送至监控管理中心，由监控管理中心根据报警信号内容进行后续处理；
无线通信单元，包括无线收发模块和天线；所述无线通信单元采用3G通信标准；
所述存储单元可以存储定位或监测测量信息；
电源包括锂聚合物可充电电池、休眠管理控制器以及电池电量管理单元，所述电池采用太阳能电池板进行充电；所述休眠管理控制器根据定位颈圈的实际工作状态切换定位颈圈的休眠状态；所述电池电量管理单元对电池充放电和电量进行管理；
所述定位单元采用前述基于定位颈圈的定位目标定位方法进行定位。
所述休眠管理控制器根据定位颈圈的实际工作状态切换定位颈圈的休眠状态具体包括：检测定位颈圈是否处于信号收发状态，当超过第一预定时间长度未收发信号时，休眠管理控制器会向单片机管理单元发送第一休眠请求，由单片机管理单元控制定位单元、检测单元、颈圈开关进入第一休眠状态；当超过第二预定时间长度未收发信号时，休眠管理控制器会向单片机管理单元发送第二休眠请求，由单片机管理单元控制定位颈圈其余部件进入第二休眠状态；其中第二预定时间长度大于第一预定时间长度；第二休眠状态是比第一休眠状态更深层次的休眠，当设备处于第二休眠状态时，整个设备基本处于全部断电状态；当休眠管理控制器检测到有信号到来，或者所述第一和第二报警单元需要发送报警信号时，向单片机管理单元发送第一唤醒请求，由单片机管理单元控制颈圈开关、无线通信单元、电源进行第一唤醒状态，开始收发信号；当接收到指令需要进行定位或监测测量时，休眠管理控制器向单片机管理单元发送第二唤醒请求，由单片机管理单元控制定位颈圈其余部件进入第二唤醒状态，开始全面工作；
电池电量管理单元对电池充放电和电量进行管理具体包括：接收太阳能电池板的电力存储于可充电电池；如果定位颈圈正处于休眠状态，当电池电量低于预先设定的第一阈值时，则电池电量管理设备会发送第一低电量请求至单片机管理单元，启动太阳能电池板进行充电；如果定位颈圈正处于定位或监测状态，当电池电量低于预先设定的第一阈值时，电池电量管理设备通过单片机管理单元向监控管理中心发送第二低电量请求，请求降低定位或监测测量频率和时间长度，并通过单片机管理单元启动太阳能电池板进行充电，当电池电量低于预先设定的第二阈值时，电池电量管理设备通过单片机管理单元向监控管理中心发送第三低电量请求，请求暂停定位或监测测量，以便电池电力恢复；当定位颈圈处于第三定位测量模式或行迹连续测量时，功率需求会相应增大，电池电量管理相应增大电力供应。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种定位方法，所述定位方法是通过固套于定位目标颈部的定位颈圈进行的，所述定位颈圈包括单片机控制电路和定位单元，所述定位单元包括定位模式选择模块、第一定位模块、第二定位模块和第三定位模块；第一定位模块包括卫星定位导航单元，第二定位模块包括动态侦测单元，第三定位模块包括磁场识别模块、角运动检测模块、海拔测量模块以及3D加速度测量模块；所述定位模式选择模块根据单片机控制电路发出的指令，启动其中一个定位模块，获取定位信息，其特征在于，所述定位步骤如下：
1)监控管理中心向定位颈圈发送指令启动定位测量；
2)单片机控制电路接收指令后，通过定位模式选择模块启动第一定位模块，判断是否可以接收卫星定位导航信号；
3)当判断可以接收卫星信号时，第一定位模块根据接收的卫星定位数据计算得到定位目标的位置信息，然后单片机控制电路控制无线通信单元将定位目标的位置信息发送至监控管理中心；
4)当判断无法正常接收卫星信号时，单片机控制电路通过定位模式选择模块启动第二定位模块，所述第二定位模块和监控管理中心利用预先设置在保护区内的多个无线侦测监测点，根据定位目标经过所述多个无线侦测监测点时测量的位置信息计算获取当前位置信息；
5)当采用第一定位模块获取定位目标的位置信息和行迹信息时，卫星信号突然不可用时，单片机控制电路通过定位模式选择模块启动第三定位模块，所述第三定位模块根据第一定位模块最后获得的位置信息，继续获取定位目标的立体空间位置信息，然后单片机控制电路控制无线通信单元将定位目标的位置信息发送至监控管理中心；
6)定位测量结束。
2.一种如权利要求1所述的定位方法，所述步骤4)中第二定位模块和监控管理中心利用预先设置在保护区内的多个无线侦测监测点，根据定位目标经过所述多个无线侦测监测点时记录的位置信息计算获取当前位置信息，具体包括：
4-1)监控管理中心提前获取并存储保护区内的多个定点侦测节点位置信息、节点间接收信号强度指示值查询表以及固定多点接收信号强度指示值查询表；其中每三个无线定点侦测节点形成一个三角形监测区域；所述节点间接收信号强度指示值查询表记录上述每个三角形监测区域的指示分量
，记为
所述y1，y2，y3表示三角形监测区域三条边对应的三条链路的接收信号强度指示值；固定多点接收信号强度指示值查询表记录在所述三角形监测区域内多个固定点测量的接收信号强度指示值对应的指向分量，记为
所述x1，x2，x3分别表示每个固定点到作为三角形监测区域三个顶点的无线定点侦测节点的三个接收信号强度指示值；
4-2)启动第二定位模块进行测量时，当定位目标进入距离最近定点侦测节点的覆盖范围时，第二定位模块的动态侦测单元读取最近定点侦测节点的指示标签，获知定点侦测节点的编号，作为定位目标的第一位置信息；
4-3)将获取的第一位置信息发送至监控管理中心；
4-4)监控管理中心根据第一位置信息获取定位目标附近的多个由定点侦测节点组成的三角形区域并进行监控，当定位目标进入其中三个定点侦测节点组成的三角区域范围内时，定点侦测节点的指向分量
的接收信号强度指示值y1，y2，y3会发生较大波动，从而判断目标进入该定点侦测节点的三角监测区域；
4-5)第二定位模块测量实际接收信号强度指示值的指向分量
，并传送至监控管理中心，其中
所述r1，r2，r3分别表示定位目标实际位置点到三角形监测区域三个顶点的无线定点侦测节点的三个接收信号强度指示值，监控管理中心通过计算
取指向分量p，其中
且使得e最小，则将使得e最小时的指向分量p所对应的位置作为定位目标的相对位置；
4-6)根据步骤4-1中存储的固定多点接收信号强度指示值查询表，确定定位目标对于所述三角形区域的第二位置信息。
3.一种如权利要求1所述的对定位目标保护的定位方法，所述步骤5)中第三定位模块根据第一定位模块最后获得的位置信息，继续获取定位目标的立体空间位置信息，具体包括：
5-1)根据磁场识别模块标识的南北极方向建立坐标系，以失去卫星信号的位置作为坐标原点；
5-2)获取失去卫星信号时定位目标的移动速度；
5-3)自动校准磁场识别模块，使其原始位置与定位目标的运动方向一致；
5-4)取从坐标原点到位置f1的一小段距离，将定位目标在这一小段距离内做的运动近似为直线运动，由磁场识别模块读出其经度偏移角度；
5-5)由3D加速度测量模块读出定位目标在位置f1的加速度值，结合失去卫星信号前的运动速度及这一小段距离的运动时间，得出定位目标实际运动距离，再结合坐标原点的经纬度信息，计算出位置f1的经纬度信息；
5-6)依据角运动检测模块和磁场识别模块的测量结果判断终端是否做近似直线运动，在做近似直线运动过程中，角运动检测模块不断检测定位目标与原运动方向的偏向，作为一个随时间递增的累积角度偏移量，磁场识别模块不断检测终端与地理南北极的偏向，根据原运动方向计算得到定位目标与原运动方向的偏向，作为一个随时间变化的瞬态角度偏移量，当累积角度偏移量和瞬态角度偏移量同时达到一定阀值时，判定定位目标不再做近似直线运动；
5-7)将被判断为不再做近似直线运动的位置f2作为下一小段距离近似直线运动的起点，定位目标在位置f1到位置f2之间运动仍为近似直线运动，根据步骤5-1到5-5所记载的步骤计算出位置f2的经纬度信息；
5-8)以位置f2作为坐标原点建立同样的坐标系，根据步骤5-1到5-7所记载的步骤，直到计算获得失去卫星信号过程中定位目标所有位置的经纬度信息为止；
5-9)由海拔测量模块采集定位目标所处环境的大气压强，以海平面作为参考点，计算得到定位目标所处的海拔高度信息；
5-10)计算获得定位目标的经纬度和高度的立体空间信息。
4.一种定位颈圈，所述定位颈圈包括：颈圈环带，其具有分开/闭合结构，可套固在定位目标颈部；颈圈开关，与颈圈连接，用于开启套固在定位目标身上的颈圈；单片机控制电路，定位单元，监测单元，无线通信单元，存储单元，以及电源；
所述颈圈环带外侧设置小型太阳能电池板，用于接收太阳能，并转为电能储存于电源中；
所述颈圈开关是电子开关，可以根据单片机控制电路接收的指令打开；所述电子开关包括拉力感应器和第一报警单元，当颈圈环带或颈圈开关收到外力拉拽时，拉力感应器检测拉力大小，当达到预先设置的第一阈值时，第一报警单元会向单片机控制电路发送请求，并通过无线通信单元向监控管理中心发送报警信号，监控管理中心接收报警后，会向定位颈圈发送开锁指令，颈圈开关接收指令后打开开关，颈圈脱落；当拉力感应器检测到拉力大小超过预先设置的第二阈值时，会直接由单片机控制电路向颈圈开关发送开锁指令；其中第二阈值高于第一阈值；
所述定位单元包括定位模式选择模块、第一定位模块、第二定位模块和第三定位模块，其中第一定位模块包括卫星定位导航单元，第二定位模块包括动态侦测单元，第三定位模块包括磁场识别模块、角运动检测模块、海拔测量模块以及3D加速度测量模块；所述定位模式选择模块根据单片机控制电路发出的指令，启动其中一个定位模块，获取定位信息；
监测单元包括温度传感器、湿度传感器以及第二报警单元，用于采集定位目标活动区域的温度和湿度参数；并通过无线通信模块将上述参数传送至监控管理中心，当定位目标所处的环境温度或湿度参数异常时，第二报警单元会通过无线通信模块将报警信号传送至监控管理中心，由监控管理中心根据报警信号内容进行后续处理；
无线通信单元，包括无线收发模块和天线；
所述存储单元可以存储定位或监测测量信息；
电源包括锂聚合物可充电电池、休眠管理控制器以及电池电量管理单元，所述电池采用太阳能电池板进行充电；所述休眠管理控制器根据定位颈圈的实际工作状态切换定位颈圈的休眠状态；所述电池电量管理单元对电池充放电和电量进行管理；
所述定位单元根据如权利要求1-3其中之一所述的定位方法进行定位。
5.一种如权利要求4所述的定位颈圈，其中所述休眠管理控制器根据定位颈圈的实际工作状态切换定位颈圈的休眠状态具体包括：
检测定位颈圈是否处于信号收发状态，当超过第一预定时间长度未收发信号时，休眠管理控制器会向单片机管理单元发送第一休眠请求，由单片机管理单元控制定位单元、检测单元、颈圈开关进入第一休眠状态；
当超过第二预定时间长度未收发信号时，休眠管理控制器会向单片机管理单元发送第二休眠请求，由单片机管理单元控制定位颈圈其余部件进入第二休眠状态，其中第二预定时间长度大于第一预定时间长度；
当休眠管理控制器检测到有信号到来，或者所述第一和第二报警单元需要发送报警信号时，向单片机管理单元发送第一唤醒请求，由单片机管理单元控制颈圈开关、无线通信单元、电源进行第一唤醒状态，开始收发信号；
当接收到指令需要进行定位或监测测量时，休眠管理控制器向单片机管理单元发送第二唤醒请求，由单片机管理单元控制定位颈圈其余部件进入第二唤醒状态，开始全面工作。
6.一种如权利要求5所述的定位颈圈，其中电池电量管理单元对电池充放电和电量进行管理具体包括：
接收太阳能电池板的电力存储于可充电电池；
如果定位颈圈正处于休眠状态，当电池电量低于预先设定的第一阈值时，则电池电量管理设备会发送第一低电量请求至单片机管理单元，启动电源的太阳能电池板进行充电；
如果定位颈圈正处于定位或监测状态，当电池电量低于预先设定的第一阈值时，电池电量管理设备通过单片机管理单元向监控管理中心发送第二低电量请求，请求降低定位或监测测量频率和时间长度，并通过单片机管理单元启动太阳能电池板进行充电，当电池电量低于预先设定的第二阈值时，电池电量管理设备通过单片机管理单元向监控管理中心发送第三低电量请求，请求暂停定位或监测测量，以便电池电力恢复。
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| COR | Change of bibliographic data | ||
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Effective date of registration: 20160818 Address after: 519090, room 65, training building, 3-111 Zhuhai Avenue, Hongqi Town, Guangdong, Zhuhai Applicant after: Zhuhai Dingfeng Interactive Technology Co.,Ltd. Address before: Yinzhou District Heng Jie Heng Jie Zhen Road 315181 No. 50 Zhejiang city of Ningbo Province Applicant before: Li Qinghua |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 519090 Room 352, No. 3 Workshop of Xihua Xinrong Industrial Park, Shuanghu Road, North of Zhuhai Avenue, Hongqi Town, Jinwan District, Zhuhai City, Guangdong Province Patentee after: Zhuhai Dingfeng Interactive Technology Co.,Ltd. Address before: 519090, room 65, training building, 3-111 Zhuhai Avenue, Hongqi Town, Guangdong, Zhuhai Patentee before: Zhuhai Dingfeng Interactive Technology Co.,Ltd. |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160928 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |