CN104869633A - 应急演练人员定位及跟踪系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应急演练人员定位及跟踪系统，它包括多个有源电子标签、多个传感器、网络交换机和上位机；所述的有源电子标签设置于应急演练人员身上，所述的传感器的信号覆盖整个监控区域，所述的上位机为导入整个监控区域多维地图的上位机；所述的传感器的接收端接收来自有源电子标签发送的信号并对其进行解码，所述的传感器的发送端将解码得到的数据通过网络交换机发送至上位机，上位机将得到的数据进行拟合并给出判定结果。本发明在应急演练人员身上安装有源电子标签，通过传感器对有源电子标签进行定位之后，将数据上传至上位机进行拟合，实现定位及跟踪，具有快速、精确、简单等优点。

Description

应急演练人员定位及跟踪系统
技术领域
本发明涉及一种应急演练人员定位及跟踪系统。
背景技术
全世界各大产油国几乎都含有H2S气藏,含硫化氢气井的开采是具有高度危险性的作业,在含硫气井开采过程中,井喷事故的发生层出不穷。不管是国内还是国外公众利益也在油气开发生产过程中需要得到充分保护。因此在保证人员安全的前提条件下尽可能的模拟真实事故的产生、处置、及后续工作安排过程是至关重要的。
应急演练人员定位及跟踪系统可以训练指事故处置人员，发现应急处置过程中存在的问题；检验和评估应急预案的可操作性和实用性，使得应急演练科学化、智能化。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种快速、精确、简单的应急演练人员定位及跟踪系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：应急演练人员定位及跟踪系统，它包括多个有源电子标签、多个传感器、网络交换机和上位机；所述的有源电子标签设置于应急演练人员身上，所述的传感器的信号覆盖整个监控区域，所述的上位机为导入整个监控区域多维地图的上位机，所述的上位机为导入多个传感器的位置数据、仰角数据和偏角数据的上位机；所述的传感器的接收端接收来自有源电子标签发送的信号并对其进行解码，所述的传感器的发送端将解码得到的数据通过网络交换机发送至上位机，上位机将得到的数据进行拟合并给出判定结果；所述的解码得到的数据包括有源电子标签的二维角度，包括方位角和仰角。
所述的多个传感器包括一个主传感器和三个从传感器，所述的从传感器的时间同步接口通过时间同步线与主传感器的时间同步接口连接，所述的从传感器的以太网数据传送接口和主传感器的以太网数据传送接口均通过网线连接至网络交换机；所述的传感器的发送端还将时间差数据通过网络交换机发送至上位机。
所述的网络交换机为POE交换机。
所述的多个传感器的位置数据为包括以其中一台传感器为坐标原点、确定一个横向方向为X轴、面向横向方向的为Y轴、垂直于水平面方向为Z轴的所建立的坐标系，以及所有传感器在所述坐标系所处的坐标。
应急演练人员定位及跟踪系统还包括一个DHCP服务器，所述的DHCP服务器用于给传感器动态分配IP地址，并且分配和上位机相同的子网和子网掩码，所述的DHCP服务器与网络交换机连接。
所述的位置数据通过激光测距仪进行测算，所述的激光测距仪将测到的数据导入上位机。
所述的上位机将得到的数据进行拟合为对定位数据与逃生路径进行拟合，采用由整体到局部的平面曲线部分匹配算法；在整体匹配中采用子矩阵算法，而在局部匹配中采用比较曲率图的方法，并在保证准确性的基础上, 提高曲线拟合的速度。
所述的整体到局部的平面曲线部分匹配算法包括：
S1：整体匹配：首先提取两条路径的特征点，获取路径的整体信息，利用特征点之间的距离矩阵进行匹配，确定候选的匹配区域；
S2：局部匹配：然后通过比较曲线段的曲率进行精确匹配；
S3：转换：最后根据匹配的对应点集计算变换矩阵；
对于特征点较少的路径，采用局部线性搜索法实现路径的部分匹配。
所述的有源电子标签为发送超宽带无线电脉冲的有源电子标签；所述的有源电子标签包括用于识别的LED灯、用于激活标签的震动传感器和用于触发事件的按钮。
所述的传感器为高精度超宽带传感器，所述的传感器包括一组天线阵列和一个超宽带无线接收器；所述的传感器与网络交换机之间通过超5类网线连接。
本发明的有益效果是：（1）本发明在应急演练人员身上安装有源电子标签，通过传感器对有源电子标签进行定位之后，将数据上传至上位机进行拟合，实现定位及跟踪；（2）采用主传感器与从传感器配合使用的蜂窝系统，一个小的单元由几个协同工作的传感器组成，大的区域由多个类似的小单元构成，数千个传感器可集成到系统中用于监控广阔的区域中存在的成千上万个标签，并且传感器可通过不同的方式连接到一起，满足设备成本及定位精度；（3）当传感器连接到POE交换机后，大多数POE交换机支持软开关功能，这对管理传感器供电来讲将会很方便，对于供电不是很方便的环境如仓库屋顶就可以采用POE 交换机供电，工程部署将会很方便；（4）主从传感器结构相同，使得在购买的时候更加方便；（5）采用激光测距仪测量坐标位置，更加快速精确；（6）采用超宽频的标签和传感器，而使用超宽频可以从反射信号中识别出直接的路径信号，使得精确的定位脉冲变得简单。
附图说明
图1为本发明结构方框图；
图2为上位机拟合数据的流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：
如图1所示，应急演练人员定位及跟踪系统，它包括多个有源电子标签、多个传感器、网络交换机和上位机；所述的有源电子标签设置于应急演练人员身上，所述的传感器的信号覆盖整个监控区域，所述的上位机为导入整个监控区域多维地图的上位机，所述的上位机为导入多个传感器的位置数据、仰角数据和偏角数据的上位机；所述的传感器的接收端接收来自有源电子标签发送的信号并对其进行解码，所述的传感器的发送端将解码得到的数据通过网络交换机发送至上位机，上位机将得到的数据进行拟合并给出判定结果；所述的解码得到的数据包括有源电子标签的二维角度，包括方位角和仰角。
所述的多个传感器包括一个主传感器和三个从传感器，所述的从传感器的时间同步接口通过时间同步线与主传感器的时间同步接口连接，所述的从传感器的以太网数据传送接口和主传感器的以太网数据传送接口均通过网线连接至网络交换机；所述的传感器的发送端还将时间差数据通过网络交换机发送至上位机。每个在注册过的标签，进入传感器范围的时候，标签发出的信号会被一个或多个传感器接收。即蜂窝状。
主传感器和从传感器其实硬件上是一样的，有传感器配置属性设定。主传感器通过时间同步线连接到每台从传感器，每台从传感器接收主传感器的时间同步信号。
时间同步线是连接主传感器和从传感器之间的电缆，一条时间同步线有效距离是100m，超过这个距离可能不会工作。采用星型结构，这样能够容纳更多的单元。采用超5 类或以上优质屏蔽线，尽量减低电缆长度。非屏蔽线可能可以使用，但是在信号干扰比较严重的环境如工厂、变电站等应用环境受影响比较严重。最好不要使用手工制作的屏蔽双绞线，最好是采用工厂制作出来的工业用线。如果采用手工制作屏蔽线最好使用测线仪全部测试通过。
所述的网络交换机为POE交换机。
传感器还支持通过原有的以太网数据传输线供电，这种供电模式需要带POE 功能的网络交换机支持。POE 交换机必须支持802.3af 供电标准，每台传感器会在7w 功率下运行，需要检查下POE 交换机的每个端口的供电情况和合计供电额度。当传感器连接到POE交换机后，传感器就会开始运行。大多数POE交换机支持软开关功能，这对管理传感器供电来讲将会很方便。对于供电不是很方便的环境如仓库屋顶就可以采用POE 交换机供电，工程部署将会很方便。
所述的多个传感器的位置数据为包括以其中一台传感器为坐标原点、确定一个横向方向为X轴、面向横向方向的为Y轴、垂直于水平面方向为Z轴的所建立的坐标系，以及所有传感器在所述坐标系所处的坐标。
所述的位置数据通过激光测距仪进行测算，所述的激光测距仪将测到的数据导入上位机。
传感器的位置需要确保绝对精确到5厘米从而保证系统的最佳性能，最佳的测距方法是采用激光测距仪测量坐标位置，这样可以快速精确地测量传感器位置。首先选择一个坐标原点，确定一个横向方向为坐标X 轴，面向这个方向的则为Y轴，上下位置则为Z轴，利用这个建立的坐标系标出传感器的坐标位置。并且要测量出每台传感器相对于原点的仰角和偏角，需要注意每台传感器所在的位置。
应急演练人员定位及跟踪系统还包括一个DHCP服务器，所述的DHCP服务器用于给传感器动态分配IP地址，并且分配和上位机相同的子网和子网掩码，所述的DHCP服务器与网络交换机连接。
上位机需要连接在系统网络中，需要处于同一个子网中。需要有支持IGMP V2 或V3模式的路由器，支持广播传输传感器和路由器之间的信息。需要一个DHCP 服务器用来动态分配传感器的IP 地址，DHCP 服务器的需要分配和服务器相同的子网和子网掩码，并且确保路由器和网关是允许通过的，传感器在没有正确DHCP服务器配置下将无法正常工作。
如图2所示，所述的上位机将得到的数据进行拟合为对定位数据与逃生路径进行拟合，采用由整体到局部的平面曲线部分匹配算法；在整体匹配中采用子矩阵算法，而在局部匹配中采用比较曲率图的方法，并在保证准确性的基础上, 提高曲线拟合的速度。
所述的整体到局部的平面曲线部分匹配算法包括：
S1：整体匹配：首先提取两条路径的特征点，获取路径的整体信息，利用特征点之间的距离矩阵进行匹配，确定候选的匹配区域；
S2：局部匹配：然后通过比较曲线段的曲率进行精确匹配；
S3：转换：最后根据匹配的对应点集计算变换矩阵；
对于特征点较少的路径，采用局部线性搜索法实现路径的部分匹配。
所述的有源电子标签为发送超宽带无线电脉冲的有源电子标签；所述的有源电子标签包括用于识别的LED灯、用于激活标签的震动传感器和用于触发事件的按钮。
当没有按下触发键的时候，标签的指示灯会长亮，表面此时的标签正在深度睡眠。要唤醒标签，需要按下触发按钮，这时候灯会灭掉。这时候绿灯将会不停地闪烁，这表面标签正在寻找传感器。过了一段时间后，红灯也会闪亮起来，这表明标签被传感器找到。现在你就可以通过此标签来校准传感器单元。
所述的传感器为高精度超宽带传感器，所述的传感器包括一组天线阵列和一个超宽带无线接收器；所述的传感器与网络交换机之间通过超5类网线连接。
传感器使用传统的双向收发2.4GHz无线技术支持与标签之间的双向控制和遥测通信。双向通信是可以动态管理标签刷新率、发送反馈给用户（通过标签LED灯显示）、电池状态信息查询、及检测标签按键信息并可以以无线的方式对标签编程以启用新的功能。
本发明使用的频率范围约7.2千兆赫，左右波动为1.75千兆赫，功率约1毫瓦（ 约为一部移动电话的1 / 100），不会干扰未来的超宽带通信应用。
传统的镭射信号在建筑物间的反射干扰了直接的路径信号，使精确的定位脉冲变得困难。而使用超宽频可以从反射信号中识别出直接的路径信号，使得精确的定位脉冲变得简单。

Claims (10)

1.应急演练人员定位及跟踪系统，其特征在于：它包括多个有源电子标签、多个传感器、网络交换机和上位机；所述的有源电子标签设置于应急演练人员身上，所述的传感器的信号覆盖整个监控区域，所述的上位机为导入整个监控区域多维地图的上位机，所述的上位机为导入多个传感器的位置数据、仰角数据和偏角数据的上位机；所述的传感器的接收端接收来自有源电子标签发送的信号并对其进行解码，所述的传感器的发送端将解码得到的数据通过网络交换机发送至上位机，上位机将得到的数据进行拟合并给出判定结果。
2.根据权利要求1所述的应急演练人员定位及跟踪系统，其特征在于：所述的多个传感器包括一个主传感器和三个从传感器，所述的从传感器的时间同步接口通过时间同步线与主传感器的时间同步接口连接，所述的从传感器的以太网数据传送接口和主传感器的以太网数据传送接口均通过网线连接至网络交换机；所述的传感器的发送端还将时间差数据通过网络交换机发送至上位机；所述的传感器靠近天花板，高度越高越好，并且处于绝对水平位置。
3.根据权利要求1所述的应急演练人员定位及跟踪系统，其特征在于：所述的网络交换机为POE交换机。
4.根据权利要求1所述的应急演练人员定位及跟踪系统，其特征在于：所述的多个传感器的位置数据为包括以其中一台传感器为坐标原点、确定一个横向方向为X轴、面向横向方向的为Y轴、垂直于水平面方向为Z轴的所建立的坐标系，以及所有传感器在所述坐标系所处的坐标。
5.根据权利要求1所述的应急演练人员定位及跟踪系统，其特征在于：它还包括一个DHCP服务器，所述的DHCP服务器用于给传感器动态分配IP地址，并且分配和上位机相同的子网和子网掩码，所述的DHCP服务器与网络交换机连接。
6.根据权利要求4所述的应急演练人员定位及跟踪系统，其特征在于：所述的位置数据通过激光测距仪进行测算，所述的激光测距仪将测到的数据导入上位机。
7.根据权利要求1所述的应急演练人员定位及跟踪系统，其特征在于：所述的上位机将得到的数据进行拟合为对定位数据与逃生路径进行拟合，采用由整体到局部的平面曲线部分匹配算法；在整体匹配中采用子矩阵算法，而在局部匹配中采用比较曲率图的方法，并在保证准确性的基础上, 提高曲线拟合的速度。
8.根据权利要求7所述的应急演练人员定位及跟踪系统，其特征在于：所述的整体到局部的平面曲线部分匹配算法包括：
S1：整体匹配：首先提取两条路径的特征点，获取路径的整体信息，利用特征点之间的距离矩阵进行匹配，确定候选的匹配区域；
S2：局部匹配：然后通过比较曲线段的曲率进行精确匹配；
S3：转换：最后根据匹配的对应点集计算变换矩阵；
对于特征点较少的路径，采用局部线性搜索法实现路径的部分匹配。
9.根据权利要求1所述的应急演练人员定位及跟踪系统，其特征在于：所述的有源电子标签为发送超宽带无线电脉冲的有源电子标签；所述的有源电子标签包括用于识别的LED灯、用于激活标签的震动传感器和用于触发事件的按钮。
10.根据权利要求1所述的应急演练人员定位及跟踪系统，其特征在于：所述的传感器为高精度超宽带传感器，所述的传感器包括一组天线阵列和一个超宽带无线接收器；所述的传感器与网络交换机之间通过超5类网线连接。
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