CN105025087B - 一种迁徙目标自主物联立体监视一体化装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种北斗广域迁徙目标自主物联立体监视一体化装置，包括传感信息采集模块、控制模块、北斗模块和供电及工作状态指示模块，传感信息采集模块采集研究对象自身的心率及所处环境参数；北斗一代模块通过短报文通信功能对存储数据进行定时、定量的传输，北斗二代模块定位研究对象，并控制整个装置的信息采集功能、通信功能和供断电情况；本发明采用一种参数简化以及动态Huffmam编码压缩算法的方法对采集到的数据进行处理，实现数据的无损压缩编码，对内存读写的次数大为减小，提高了响应速度，对字符在整个串中出现频率不均匀现象有很大压缩效果。

Description

一种迁徙目标自主物联立体监视一体化装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种迁徙目标自主物联立体监视一体化装置及其工作方法，属于北斗/GPS定位技术应用、生物行为生态学研究技术领域。
背景技术
空间属性是动物行为的重要特征,也是行为生态学研究中必须要面对的难题之一。在动物界中，随着季节变化进行的、方向确定的、有规律的和长距离的迁居活动十分常见，例如，鸟类的迁徙，昆虫的迁飞，鱼类的洄游以及哺乳动物的迁移。研究这些动物的迁居活动可以帮助我们更好地了解动物的生境选择、领域分析、迁徙路线、活动节律等。目前，研究人员进行生物行为研究的主要方法有野外观察、雷达监测、环志以及卫星跟踪等。
与野外观察、雷达监测、环志以等传统研究方法相比，卫星跟踪技术跟踪范围广、时间长，可以在短时间内准确获得跟踪对象的繁殖地、越冬地、迁徙停歇地以及迁徙过程、停歇时间等采用常规方法难以获得的大量数据。对动物迁徙的研究起到了重要推动作用。目前已有的卫星跟踪装置主要采用GPS定位，具有精度高、实时性好等优点，但是不可否认，这些装置普遍存在着采集信息单一、重量大、费用高、续航时间短等缺点，这些缺点限制了卫星跟踪技术的普及，阻碍了动物行为生态学研究的进一步发展。
发明内容
本发明公开了一种北斗广域迁徙目标自主物联立体监视一体化装置；
本发明还公开了上述装置的工作方法；
本发明能够有效避免现存方法的缺点，提高卫星定位跟踪技术的准确性和实用性。
本发明的技术方案为：
一种北斗广域迁徙目标自主物联立体监视一体化装置，包括传感信息采集模块、控制模块、北斗模块和供电及工作状态指示模块，所述传感信息采集模块、所述控制模块、所述北斗模块依次连接，所述传感信息采集模块、所述控制模块、所述北斗模块分别连接所述供电及工作状态指示模块；
所述传感信息采集模块用于采集研究对象自身的心率及所处环境的温度、湿度；所述供电及工作状态指示模块用于为所述传感信息采集模块、所述控制模块以及所述北斗模块供电，并判断本装置是否处于正常工作状态。
所述装置使用时，所述传感信息采集模块佩戴在所述研究对象上，采集研究对象自身及周边的环境信息。
根据本发明优选的，所述传感信息采集模块包括各类传感器模块及传感采集信息预处理模块，所述各类传感器模块包括若干传感器，所述传感采集信息预处理模块连接所述供电及工作状态指示模块；
所述各类传感器模块用于采集研究对象的心率以及所处环境的温度、湿度，所述传感采集信息预处理模块对通过所述各类传感器模块获得的传感器数据进行放大、A/D数模转换、量化与编码处理，所述传感器数据包括研究对象的心率以及所处环境的温度、湿度。
根据本发明优选的，所述若干传感器包括心率监测传感器、红外测温传感器、大气湿度传感器。
根据本发明优选的，所述北斗模块包含北斗一代模块、北斗二代模块、微型天线、第三串口及第四串口，所述北斗一代模块是指北斗短报文通信全功能模块，所述北斗短报文通信全功能模块集成北斗RDSS射频收发芯片、北斗专用RDSS基带电路以及功放芯片；
所述北斗二代模块用于定位研究对象，获取研究对象的位置信息、运动状态信息及时间信息，其中，位置信息包括研究对象经纬度、高度，所述运动状态信息包括研究对象速率和方位角；所述北斗一代模块用于所述装置与控制中心的短报文通信，上传研究对象的位置信息、运动状态信息、时间信息、研究对象的心率以及所处环境的温度、湿度，同时接收控制中心下发的指令信息；所述控制中心是指远程指挥中心，远程指挥中心是研究人员远程调控该装置的中心，通过卫星发送指令到该装置的控制模块，控制模块通过接收的指令控制装置的供断电、信息采集频率以及信息上传频率；所述微型天线实现对北斗二代模块获取的定位数据与各类传感器模块采集的传感器数据的接收和发送，实现所述装置与卫星的通信。
RDSS基带电路集成了10个独立的数字接收机通道和1个发射通道，完成北斗RDSS基带信号的接收和发射基带信号的生成功能；所述装置使用过程中，将所述微型天线固定在研究对象身上，并辅助整个装置固定；所述北斗二代模块采用卡尔曼滤波优化算法，在各种复杂环境下保持出色的捕获跟踪能力，输出连续可靠的定位结果。
根据本发明优选的，所述控制模块包括嵌入式处理器MCU模块，所述嵌入式处理器MCU模块包括第一串口、定位解算模块、第二串口、短报文通信编解码模块、存储模块、传感信息处理模块及供电控制模块，所述第一串口连接所述定位解算模块，所述第二串口连接所述短报文通信编解码模块，所述供电控制模块连接所述供电及工作状态指示模块；所述北斗二代模块通过第三串口与所述第一串口进行通信，所述北斗一代模块通过第四串口与所述第二串口进行通信，所述传感信息处理模块连接所述传感采集信息预处理模块；
所述第一串口用来实现北斗定位功能；所述定位解算模块用于解算北斗二代模块获取的定位数据，生成时间、位置及速度数据，并定时输送给所述存储模块；所述第二串口用来控制北斗卫星通信；所述传感信息处理模块接收所述传感采集信息预处理模块发送的数据，并对该数据进行整合，将整合后的数据与上一次存储在存储模块的数据进行比较，如果整合后的数据中，研究对象自身的心率变化率大于5％，且研究对象所处环境的温度变化幅度大于2℃，且研究对象所处环境的湿度变化率大于10％，则将整合后的数据发送至存储模块，否则，丢弃整合后的数据；所述短报文通信编解码模块用于接收存储模块处理后的所有数据，编码成短报文，通过所述北斗一代模块发送；所述短报文通信编解码模块还用于接收所述北斗一代模块发送的短报文，并进行解码及分析，得到控制中心发送的对所述装置的控制信息；所述存储模块用于存储传感信息处理模块解算处理之后的研究对象自身的心率、所处环境的温度、湿度以及所述定位解算模块解算的时间、位置及速度数据，并定时发送至短报文通信编解码模块；所述供电控制模块根据控制中心下发的指令实现对所述装置中各个模块的供电与断开。
根据本发明优选的，所述供电及工作状态指示模块包括供电模块及工作状态指示灯，所述供电模块包括电池与电源管理芯片，所述工作状态指示灯是指LED灯。
所述电源管理芯片根据控制中心下发的指令实现对所述装置中各个模块供电的输出控制；所述工作状态指示灯通过发出不同颜色的灯光来表示所述装置的工作状态。
所述供电模块中的电池续航能力强、体积小、质量小，减轻整个装置的重量，使整个所述装置轻便。
上述装置的工作方法，具体步骤包括：
(1)将所述装置固定在研究对象上；
(2)对所述装置开机供电；
(3)所述传感信息采集模块、所述控制模块、所述北斗模块初始化并自检，如果自检成功，进入步骤(4)，如果自检失败，断电重新开机，重复步骤(3)；
(4)所述北斗二代模块定位研究对象，获取研究对象的位置信息、运动状态信息及时间信息，其中，位置信息包括研究对象经纬度、高度，所述运动状态信息包括研究对象速率和方位角；所述北斗二代模块将研究对象的位置信息、运动状态信息及时间信息发送给定位解算模块，定位解算模块进行解算，生成时间、位置及速度数据，并发送至所述存储模块；
(5)所述各类传感器模块实时采集研究对象自身及周边的环境参数，即研究对象自身的心率以及所处环境的温度、湿度，并通过所述传感采集信息预处理模块依次进行放大、A/D数模转换、量化与编码处理，处理后发送至所述控制模块，所述传感信息处理模块接收所述传感采集信息预处理模块发送的数据，并对该数据进行整合，将整合后的数据与上一次存储在存储模块的数据进行比较，如果整合后的数据中，研究对象自身的心率变化率大于5％，且研究对象所处环境的温度变化幅度大于2℃，且研究对象所处环境的湿度变化率大于10％，则将整合后的数据发送至存储模块，否则，丢弃整合后的数据；
(6)所述存储模块接收步骤(4)所述时间、位置及速度数据，并与上一次接收到的时间、位置及速度数据进行对比，得到位置数据中的时间差、经度差、纬度差以及高度差，如果时间差大于T，则将位置数据中的时间差、经度差、纬度差以及高度差这四类信息与步骤(5)所述整合后的数据传送给所述短报文通信编解码模块，其中，T的取值范围为2h-4h，否则，进入步骤(4)；
(7)所述短报文通信解编码模块接收步骤(6)所述存储模块处理后的所有数据，并依次进行信息压缩、信息编码、信息存储，编码成短报文，通过北斗一代模块发送给控制中心，控制中心求取研究对象的运动速率和方位角。
信息发送完毕后，控制模块通过控制供电模块将北斗一代模块关闭，以达到省电的目的。
根据本发明优选的，所述控制中心求取研究对象的运动速率和方位角，具体步骤包括：
设定研究对象在某个时刻状态矢量记为：其中，t为时间，j为研究对象的经度，w为研究对象的纬度，h为研究对象的高度，v为研究对象的速度，c为研究对象的方位角，te为研究对象所处环境的温度，hu为研究对象所处环境的湿度，hr为研究对象的心率，设定t1、t2为相隔时间很短的两个时刻，即t2-t1无限小-∞，t1＞t2，研究对象从t1时刻的位置p1运动到t2时刻的位置p2，研究对象在t1时刻的经度、纬度及高度分别为j1，w1，h1，研究对象在t2时刻的经度、纬度及高度分别为j2，w2，h2，以位置p1为原点建立平面直角坐标系，则在该平面直角坐标系中，求取位置p2的坐标(Δe，Δn，Δu)，假设地球是半径为R的球体，求取位置p2的坐标(Δe，Δn，Δu)的计算公式如式(Ⅰ)所示：
因为t2-t1无限小-∞，因此，位置p1、位置p2距离无限小-∞，w2-w1≈0，则有如式(Ⅱ)所示：
设定相隔时间很短的两个时刻研究对象的方位角c和运动速率v保持不变，则有如式(Ⅲ)、式(Ⅳ)所示：
此处设计的优势在于，只要知道相邻状态矢量的前4个参数t，j，w，h，利用式(Ⅰ)～式(Ⅳ)就能够推出研究目标的运动速率v和方位角c，采用这种方法将状态矢量的参数由9个减少为7个，即：传输从而对传输参数进行了有效的简化，提高了数据传输效率。
根据本发明优选的，采用动态Huffmam编码算法进行信息压缩。
根据本发明优选的，采用动态Huffmam编码算法进行信息编码。
此处设计的优势在于，采用动态Huffman算法只需要一遍扫描，无需维护和传输串，对字符在传输串中出现频率不均匀现象有很大的压缩效果。
本发明的有益效果为：
1、采用北斗卫星通信技术，通过北斗一代模块短报文通信功能实现信息传递的功能，北斗一代模块的上传信息不是实时的，而是每隔一段时间集中上传一段时间内采集到并经过压缩的信息数据包，在没有信息上传的时间间隔内，北斗一代模块是处于关闭状态的，以达到省电的目的；
2、采用北斗二代卫星导航技术，通过北斗二代模块定位获取研究对象的经度、维度、速度等参数，从而获得研究对象的迁徙轨迹等重要信息，便于分析研究对象的迁徙行为；
3、采用各种低功耗、超低功耗的传感器和微处理器芯片，大大降低了系统的功耗；采用可利用太阳能充电的锂电池作为系统的供电模块，为系统提供稳定的电源，使得装置可以连续、长期、稳定地在野外工作；
4、本发明装置在封装时使用防水胶圈，具有防水措施，更有利于跟踪研究对象在野外环境下正常工作，从而保证生物行为研究长期、稳定、可靠的进行；
5、采用短报文通信方式实现远程监控，便于大量分布式部署，有利于装置的维护，具有较好的可拓展性及灵活性；
6、采用一种参数简化以及动态Huffmam编码压缩算法的方法对采集到的数据进行处理，实现数据的无损压缩编码，对内存读写的次数大为减小，提高了响应速度，对字符在整个串中出现频率不均匀现象有很大的压缩效果；
7、采用定时数据传输与远程控制相结合的数据传输方式，对传输参数进行判断后，若变化值大于指定值N，则定时传输采集到的信息。控制中心可以对装置进行远程控制，远程修改数据传输的频率和方式；
8、基于对前端研究对象的相关数据研究，地面监控中心的服务器上位机软件嵌入了多种智能算法，大大减少了数据的误差，提高了数据的拟合精度，更有利于对研究对象的生物行为进行深入的研究。
附图说明
图1是本发明所述装置的结构示意图；
图2是本发明所述装置的工作方法流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例1
一种北斗广域迁徙目标自主物联立体监视一体化装置，包括传感信息采集模块、控制模块、北斗模块和供电及工作状态指示模块，所述传感信息采集模块、所述控制模块、所述北斗模块依次连接，所述传感信息采集模块、所述控制模块、所述北斗模块分别连接所述供电及工作状态指示模块；
所述传感信息采集模块用于采集研究对象自身的心率及所处环境的温度、湿度；所述供电及工作状态指示模块用于为所述传感信息采集模块、所述控制模块以及所述北斗模块供电，并判断本装置是否处于正常工作状态。
所述装置使用时，所述传感信息采集模块佩戴在所述研究对象上，采集研究对象自身及周边的环境信息。
实施例2
根据实施例1所述装置，其区别在于，所述传感信息采集模块包括各类传感器模块及传感采集信息预处理模块，所述各类传感器模块包括若干传感器，所述传感采集信息预处理模块连接所述供电及工作状态指示模块；
所述各类传感器模块用于采集研究对象的心率以及所处环境的温度、湿度，所述传感采集信息预处理模块对通过所述各类传感器模块获得的传感器数据进行放大、A/D数模转换、量化与编码处理，所述传感器数据包括研究对象的心率以及所处环境的温度、湿度。
所述若干传感器包括心率监测传感器、红外测温传感器、大气湿度传感器。
实施例3
根据实施例1所述装置，其区别在于，所述北斗模块包含北斗一代模块、北斗二代模块、微型天线、第三串口及第四串口，所述北斗一代模块是指北斗短报文通信全功能模块，所述北斗短报文通信全功能模块集成北斗RDSS射频收发芯片、北斗专用RDSS基带电路以及功放芯片；
所述北斗二代模块用于定位研究对象，获取研究对象的位置信息、运动状态信息及时间信息，其中，位置信息包括研究对象经纬度、高度，所述运动状态信息包括研究对象速率和方位角；所述北斗一代模块用于所述装置与控制中心的短报文通信，上传研究对象的位置信息、运动状态信息、时间信息、研究对象的心率以及所处环境的温度、湿度，同时接收控制中心下发的指令信息；所述控制中心是指远程指挥中心，远程指挥中心是研究人员远程调控该装置的中心，通过卫星发送指令到该装置的控制模块，控制模块通过接收的指令控制装置的供断电、信息采集频率以及信息上传频率；所述微型天线实现对北斗二代模块获取的定位数据与各类传感器模块采集的传感器数据的接收和发送，实现所述装置与卫星的通信。
RDSS基带电路集成了10个独立的数字接收机通道和1个发射通道，完成北斗RDSS基带信号的接收和发射基带信号的生成功能；所述装置使用过程中，将所述微型天线固定在研究对象身上，并辅助整个装置固定；所述北斗二代模块采用卡尔曼滤波优化算法，在各种复杂环境下保持出色的捕获跟踪能力，输出连续可靠的定位结果。
实施例4
根据实施例1所述装置，其区别在于，所述控制模块包括嵌入式处理器MCU模块，所述嵌入式处理器MCU模块包括第一串口、定位解算模块、第二串口、短报文通信编解码模块、存储模块、传感信息处理模块及供电控制模块，所述第一串口连接所述定位解算模块，所述第二串口连接所述短报文通信编解码模块，所述供电控制模块连接所述供电及工作状态指示模块；所述北斗二代模块通过第三串口与所述第一串口进行通信，所述北斗一代模块通过第四串口与所述第二串口进行通信，所述传感信息处理模块连接所述传感采集信息预处理模块；
所述第一串口用来实现北斗定位功能；所述定位解算模块用于解算北斗二代模块获取的定位数据，生成时间、位置及速度数据，并定时输送给所述存储模块；所述第二串口用来控制北斗卫星通信；所述传感信息处理模块接收所述传感采集信息预处理模块发送的数据，并对该数据进行整合，将整合后的数据与上一次存储在存储模块的数据进行比较，如果整合后的数据中，研究对象自身的心率变化率大于5％，且研究对象所处环境的温度变化幅度大于2℃，且研究对象所处环境的湿度变化率大于10％，则将整合后的数据发送至存储模块，否则，丢弃整合后的数据；所述短报文通信编解码模块用于接收存储模块处理后的所有数据，编码成短报文，通过所述北斗一代模块发送；所述短报文通信编解码模块还用于接收所述北斗一代模块发送的短报文，并进行解码及分析，得到控制中心发送的对所述装置的控制信息；所述存储模块用于存储传感信息处理模块解算处理之后的研究对象自身的心率、所处环境的温度、湿度以及所述定位解算模块解算的时间、位置及速度数据，并定时发送至短报文通信编解码模块；所述供电控制模块根据控制中心下发的指令实现对所述装置中各个模块的供电与断开。
实施例5
根据实施例1所述装置，其区别在于，所述供电及工作状态指示模块包括供电模块及工作状态指示灯，所述供电模块包括电池与电源管理芯片，所述工作状态指示灯是指LED灯。
所述电源管理芯片根据控制中心下发的指令实现对所述装置中各个模块供电的输出控制；所述工作状态指示灯通过发出不同颜色的灯光来表示所述装置的工作状态。
所述供电模块中的电池续航能力强、体积小、质量小，减轻整个装置的重量，使整个所述装置轻便。
实施例6
根据实施例1-5任一所述装置的工作方法，具体步骤包括：
(1)将所述装置固定在研究对象上；
(2)对所述装置开机供电；
(3)所述传感信息采集模块、所述控制模块、所述北斗模块初始化并自检，如果自检成功，进入步骤(4)，如果自检失败，断电重新开机，重复步骤(3)；
(4)所述北斗二代模块定位研究对象，获取研究对象的位置信息、运动状态信息及时间信息，其中，位置信息包括研究对象经纬度、高度，所述运动状态信息包括研究对象速率和方位角；所述北斗二代模块将研究对象的位置信息、运动状态信息及时间信息发送给定位解算模块，定位解算模块进行解算，生成时间、位置及速度数据，并发送至所述存储模块；
(5)所述各类传感器模块实时采集研究对象自身及周边的环境参数，即研究对象自身的心率以及所处环境的温度、湿度，并通过所述传感采集信息预处理模块依次进行放大、A/D数模转换、量化与编码处理，处理后发送至所述控制模块，所述传感信息处理模块接收所述传感采集信息预处理模块发送的数据，并对该数据进行整合，将整合后的数据与上一次存储在存储模块的数据进行比较，如果整合后的数据中，研究对象自身的心率变化率大于5％，且研究对象所处环境的温度变化幅度大于2℃，且研究对象所处环境的湿度变化率大于10％，则将整合后的数据发送至存储模块，否则，丢弃整合后的数据；
(6)所述存储模块接收步骤(4)所述时间、位置及速度数据，并与上一次接收到的时间、位置及速度数据进行对比，得到位置数据中的时间差、经度差、纬度差以及高度差，如果时间差大于T，则将位置数据中的时间差、经度差、纬度差以及高度差这四类信息与步骤(5)所述整合后的数据传送给所述短报文通信编解码模块，其中，T的取值范围为2h-4h，否则，进入步骤(4)；
(7)所述短报文通信解编码模块接收步骤(6)所述存储模块处理后的所有数据，并依次进行信息压缩、信息编码、信息存储，编码成短报文，通过北斗一代模块发送给控制中心，控制中心求取研究对象的运动速率和方位角。
信息发送完毕后，控制模块通过控制供电模块将北斗一代模块关闭，以达到省电的目的。
实施例7
根据实施例6所述装置的工作方法，其区别在于，所述控制中心求取研究对象的运动速率和方位角，具体步骤包括：
设定研究对象在某个时刻状态矢量记为：其中，t为时间，j为研究对象的经度，w为研究对象的纬度，h为研究对象的高度，v为研究对象的速度，c为研究对象的方位角，te为研究对象所处环境的温度，hu为研究对象所处环境的湿度，hr为研究对象的心率，设定t1、t2为相隔时间很短的两个时刻，即t2-t1无限小-∞，t1＜t2，研究对象从t1时刻的位置p1运动到t2时刻的位置p2，研究对象在t1时刻的经度、纬度及高度分别为j1，w1，h1，研究对象在t2时刻的经度、纬度及高度分别为j2，w2，h2，以位置p1为原点建立平面直角坐标系，则在该平面直角坐标系中，求取位置p2的坐标(Δe，Δn，Δu)，假设地球是半径为R的球体，求取位置p2的坐标(Δe，Δn，Δu)的计算公式如式(Ⅰ)所示：
因为t2-t1无限小-∞，因此，位置p1、位置p2距离无限小-∞，w2-w1≈0，则有如式(Ⅱ)所示：
设定相隔时间很短的两个时刻研究对象的方位角c和运动速率v保持不变，则有如式(Ⅲ)、式(Ⅳ)所示：
此处设计的优势在于，只要知道相邻状态矢量的前4个参数t，j，w，h，利用式(Ⅰ)～式(Ⅳ)就能够推出研究目标的运动速率v和方位角c，采用这种方法将状态矢量的参数由9个减少为7个，即：传输从而对传输参数进行了有效的简化，提高了数据传输效率。
实施例8
根据实施例7所述装置的工作方法，其区别在于，采用动态Huffmam编码算法进行信息压缩。
实施例9
根据实施例8所述装置的工作方法，其区别在于，采用动态Huffmam编码算法进行信息编码。
此处设计的优势在于，采用动态Huffman算法只需要一遍扫描，无需维护和传输串，对字符在传输串中出现频率不均匀现象有很大的压缩效果。

Claims (9)

1.一种北斗广域迁徙目标自主物联立体监视一体化装置，其特征在于，包括传感信息采集模块、控制模块、北斗模块和供电及工作状态指示模块，所述传感信息采集模块、所述控制模块、所述北斗模块依次连接，所述传感信息采集模块、所述控制模块、所述北斗模块分别连接所述供电及工作状态指示模块；
所述传感信息采集模块用于采集研究对象自身的心率及所处环境的温度、湿度；所述供电及工作状态指示模块用于为所述传感信息采集模块、所述控制模块以及所述北斗模块供电，并判断本装置是否处于正常工作状态；
所述北斗模块包含北斗一代模块、北斗二代模块、微型天线、第三串口及第四串口，所述北斗一代模块是指北斗短报文通信全功能模块，所述北斗短报文通信全功能模块集成北斗RDSS射频收发芯片、北斗专用RDSS基带电路以及功放芯片；
所述北斗二代模块用于定位研究对象，获取研究对象的位置信息、运动状态信息及时间信息，其中，位置信息包括研究对象经纬度、高度，所述运动状态信息包括研究对象速率和方位角；所述北斗一代模块用于所述装置与控制中心的短报文通信，上传研究对象的位置信息、运动状态信息、时间信息、研究对象的心率以及所处环境的温度、湿度，同时接收控制中心下发的指令信息；所述控制中心是指远程指挥中心，远程指挥中心是研究人员远程调控该装置的中心，通过卫星发送指令到该装置的控制模块，控制模块通过接收的指令控制装置的供断电、信息采集频率以及信息上传频率；所述微型天线实现对北斗二代模块获取的定位数据与各类传感器模块采集的传感器数据的接收和发送，实现所述装置与卫星的通信。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述传感信息采集模块包括各类传感器模块及传感采集信息预处理模块，所述各类传感器模块包括若干传感器，所述传感采集信息预处理模块连接所述供电及工作状态指示模块；
所述各类传感器模块用于采集研究对象的心率以及所处环境的温度、湿度，所述传感采集信息预处理模块对通过所述各类传感器模块获得的传感器数据进行放大、A/D数模转换、量化与编码处理，所述传感器数据包括研究对象的心率以及所处环境的温度、湿度。
3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述若干传感器包括心率监测传感器、红外测温传感器、大气湿度传感器。
4.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述控制模块包括嵌入式处理器MCU模块，所述嵌入式处理器MCU模块包括第一串口、定位解算模块、第二串口、短报文通信编解码模块、存储模块、传感信息处理模块及供电控制模块，所述第一串口连接所述定位解算模块，所述第二串口连接所述短报文通信编解码模块，所述供电控制模块连接所述供电及工作状态指示模块；所述北斗二代模块通过第三串口与所述第一串口进行通信，所述北斗一代模块通过第四串口与所述第二串口进行通信，所述传感信息处理模块连接所述传感采集信息预处理模块；
所述第一串口用来实现北斗定位功能；所述定位解算模块用于解算北斗二代模块获取的定位数据，生成时间、位置及速度数据，并定时输送给所述存储模块；所述第二串口用来控制北斗卫星通信；所述传感信息处理模块接收所述传感采集信息预处理模块发送的数据，并对该数据进行整合，将整合后的数据与上一次存储在存储模块的数据进行比较，如果整合后的数据中，研究对象自身的心率变化率大于5％，且研究对象所处环境的温度变化幅度大于2℃，且研究对象所处环境的湿度变化率大于10％，则将整合后的数据发送至存储模块，否则，丢弃整合后的数据；所述短报文通信编解码模块用于接收存储模块处理后的所有数据，编码成短报文，通过所述北斗一代模块发送；所述短报文通信编解码模块还用于接收所述北斗一代模块发送的短报文，并进行解码及分析，得到控制中心发送的对所述装置的控制信息；所述存储模块用于存储传感信息处理模块解算处理之后的研究对象自身的心率、所处环境的温度、湿度以及所述定位解算模块解算的时间、位置及速度数据，并定时发送至短报文通信编解码模块；所述供电控制模块根据控制中心下发的指令实现对所述装置中各个模块的供电与断开。
5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述供电及工作状态指示模块包括供电模块及工作状态指示灯，所述供电模块包括电池与电源管理芯片，所述工作状态指示灯是指LED灯；
所述电池与电源管理芯片根据控制中心下发的指令实现对所述装置中各个模块供电的输出控制；所述工作状态指示灯通过发出不同颜色的灯光来表示所述装置的工作状态。
6.一种根据权利要求4所述装置的工作方法，其特征在于，具体步骤包括：
(1)将所述装置固定在研究对象上；
(2)对所述装置开机供电；
(3)所述传感信息采集模块、所述控制模块、所述北斗模块初始化并自检，如果自检成功，进入步骤(4)，如果自检失败，断电重新开机，重复步骤(3)；
(4)所述北斗二代模块定位研究对象，获取研究对象的位置信息、运动状态信息及时间信息，其中，位置信息包括研究对象经纬度、高度，所述运动状态信息包括研究对象速率和方位角；所述北斗二代模块将研究对象的位置信息、运动状态信息及时间信息发送给定位解算模块，定位解算模块进行解算，生成时间、位置及速度数据，并发送至所述存储模块；
(5)所述各类传感器模块实时采集研究对象自身及周边的环境参数，即研究对象自身的心率以及所处环境的温度、湿度，并通过所述传感采集信息预处理模块依次进行放大、A/D数模转换、量化与编码处理，处理后发送至所述控制模块，所述传感信息处理模块接收所述传感采集信息预处理模块发送的数据，并对该数据进行整合，将整合后的数据与上一次存储在存储模块的数据进行比较，如果整合后的数据中，研究对象自身的心率变化率大于5％，且研究对象所处环境的温度变化幅度大于2℃，且研究对象所处环境的湿度变化率大于10％，则将整合后的数据发送至存储模块，否则，丢弃整合后的数据；
(6)所述存储模块接收步骤(4)所述时间、位置及速度数据，并与上一次接收到的时间、位置及速度数据进行对比，得到位置数据中的时间差、经度差、纬度差以及高度差，如果时间差大于T，则将位置数据中的时间差、经度差、纬度差以及高度差这四类信息与步骤(5)所述整合后的数据传送给所述短报文通信编解码模块，其中，T的取值范围为2h-4h，否则，进入步骤(4)；
(7)所述短报文通信解编码模块接收步骤(6)所述存储模块处理后的所有数据，并依次进行信息压缩、信息编码、信息存储，编码成短报文，通过北斗一代模块发送给控制中心，控制中心求取研究对象的运动速率和方位角。
7.根据权利要求6所述工作方法，其特征在于，所述控制中心求取研究对象的运动速率和方位角，具体步骤包括：
设定研究对象在某个时刻状态矢量记为：其中，t为时间，j为研究对象的经度，w为研究对象的纬度，h为研究对象的高度，v为研究对象的速度，c为研究对象的方位角，te为研究对象所处环境的温度，hu为研究对象所处环境的湿度，hr为研究对象的心率，设定t1、t2为相隔时间很短的两个时刻，即t2-t1无限小-∞，t1＜t2，研究对象从t1时刻的位置p1运动到t2时刻的位置p2，研究对象在t1时刻的经度、纬度及高度分别为j1，w1，h1，研究对象在t2时刻的经度、纬度及高度分别为j2，w2，h2，以位置p1为原点建立平面直角坐标系，则在该平面直角坐标系中，求取位置p2的坐标(Δe，Δn，Δu)，假设地球是半径为R的球体，求取位置p2的坐标(Δe，Δn，Δu)的计算公式如式(Ⅰ)所示：
因为t2-t1无限小-∞，因此，位置p1、位置p2距离无限小-∞，w2-w1≈0，则有如式(Ⅱ)所示：
设定相隔时间很短的两个时刻研究对象的方位角c和运动速率v保持不变，则有如式(Ⅲ)、式(Ⅳ)所示：
8.根据权利要求6所述工作方法，其特征在于，采用动态Huffmam编码算法进行信息压缩。
9.根据权利要求6所述工作方法，其特征在于，采用动态Huffmam编码算法进行信息编码。
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