CN105701752A - 一种用于精神病患者的室内外无缝定位与监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于精神病患者的室内外无缝定位与监控系统，包括被监控端、监控端和网络服务部分；所述被监控端包括室外定位模块和室内定位模块，用于获取患者的位置信息，并通过无线传输链路将患者的位置信息实时上传到网络服务部分进行保存；所述网络服务部分用于监听被监控端和监控端的请求并对其作出响应；所述监控端用于对患者的位置信息进行实时定位与监控。本发明能够提高定位精度、加强抗干扰能力，并实现室内外无缝定位。

Description

一种用于精神病患者的室内外无缝定位与监控系统

技术领域

本发明涉及无线定位监控技术领域，特别是涉及一种用于精神病患者的室内外无缝定位与监控系统。

背景技术

医院中正在治疗的精神病人的生活方式与常人并不相同，鉴于精神病人的特殊性，需要给他们更多的关注。近年来，精神病患者经常从医院里擅自出逃，这种现象常常使医院监护人员防不胜防，不仅耽误了患者的治疗效果，而且这些出逃的精神病人给人们的日常生活造成了不同程度的破坏。然而，随着患者人数的持续上升，传统的人工巡查管理模式，将不能随时随地的掌握患者的状况及信息，其监控成本高，监管效率低，极易造成患者逃跑及突发事件的发生。因此，随着互联网技术的迅速发展，将新技术应用于患者的监控管理系统中，可以实现对患者的实时状态监控，保障患者安全，真正意义上实现了医院的数字化、信息化管理水平。

目前，用于患者定位的技术主要有GPS、Beidou、GLONASS、WiFi、UWB、RFID、Zigbee等，其大部分定位技术只适用于有限的环境，存在一定的局限性，如GPS定位易受遮挡，无法获取GPS卫星信号；WiFi定位易受WiFi信号区域的限制，其定位精度有限；Zigbee与RFID技术定位精度低，测量范围小，抗干扰性差，易受环境影响。然而，在医院这样一种多变的环境下，需要对精神病患者随时随地的进行定位跟踪，故单独采用一种技术不能保证患者定位的实时性与可靠性，也不能满足定位精度的要求。

此外，除上述技术不足之外，在监控端也存在一定的局限性，现有的监控系统大多数采用Web方式进行监控，即要求管理人员及护士必须在监控端前才可以对病人进行监控和管理，不能在移动环境下随时随地查看病人的信息，了解病人的运动状况，无法实时可靠的定位、监控和跟踪精神病患者，其开发成本高，便捷性和实时性不强，在实用性上存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于精神病患者的室内外无缝定位与监控系统，能够提高定位精度、加强抗干扰能力，并实现室内外无缝定位。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于精神病患者的室内外无缝定位与监控系统，包括被监控端、监控端和网络服务部分；所述被监控端包括室外定位模块和室内定位模块，用于获取患者的位置信息，并通过无线传输链路将患者的位置信息实时上传到网络服务部分进行保存；所述网络服务部分用于监听被监控端和监控端的请求并对其作出响应；所述监控端用于对患者的位置信息进行实时定位与监控。

所述室外定位模块为GPS模块，所述室内定位模块为nanoPAN5375模块。

所述nanoPAN5375模块包括四个定位基站和标签，所述标签携带在患者的身上；所述四个定位基站用于获取自身至所述标签的距离。

在室外定位时，所述GPS模块通过GPRS模块将数据传送至所述网络服务部分；在室内定位时，所述nanoPAN5375模块通过与自身匹配的数据收集器将数据传送至所述网络服务部分。

所述被监控端根据GPS模块接收的GPS卫星数和GPS卫星的DOP值选择采用室内定位、室外定位或室内室外相结合定位。

所述网络服务部分包括数据收集器、定位引擎、Web服务器、数据库和数据处理中心；所述数据收集器用于收集所述室内定位模块传输的位置信息；所述定位引擎根据收到的位置信息进行基于球面的数学运算以获取患者的位置数据；所述Web服务器用于接收所述室外定位模块的位置信息；所述数据处理中心用于对收到的位置信息进行数据处理；所述数据库用于保存患者的基本信息及位置状态信息。

所述数据处理中心采用三角定位法、卡尔曼滤波、指纹匹配法和地图匹配算法相结合的方法进行数据处理。

所述监控端为智能终端，通过HTTP方式与网络服务部分进行远程通信。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本发明当患者处于室外区域时，采用GPS技术对室外活动的患者进行独立定位；对于室内活动的患者，采用nanoPAN5375模块对其进行定位；处于室内外环境的交叉边界区域活动的患者，采用GPS与nanoPAN5375相结合的组合定位技术。nanoPAN5375模块能够弥补GPS定位在室内中的盲区，也能充分发挥GPS的高精度特点，大大提高了定位的精确性和有效性。通过对患者的智能定位，可以随时了解患者的活动范围，确保了患者的正常活动范围和安全性。

本发明根据接收到的GPS卫星数目及GPS卫星的DOP值，基于最大可用性、最大负荷、最大定位精确度等准则制定定位切块策略进行环境的判断，从而进行室内外定位切换。

本发明采用性能稳定可靠的无线传输链路传输数据到服务器端，其扩展性强，易于实现，为后期的管理提供了有力保障。

本发明采用多种算法相结合的方式，如三角定位法、卡尔曼滤波、指纹匹配法、地图匹配算法等进行人员的定位监控，提高了人员定位与监控的精度。

本发明的监控端采用了智能终端进行患者的实时定位、轨迹回放与信息查询。当患者处于室内时，可以加载室内的场景图进行人员的定位监控，在场景图上进行轨迹的实时绘制和回放；当患者处于室外时，监控端调用百度地图服务器进行人员的定位监控，这种自动切换的方式，显著提高了系统的性能，使得定位效果更加透明化，具有很好的实用性和便捷性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种用于精神病患者的室内外无缝定位与监控系统，包括被监控端、监控端和网络服务部分；所述被监控端包括室外定位模块和室内定位模块，用于获取患者的位置信息，并通过无线传输链路将患者的位置信息实时上传到网络服务部分进行保存；所述网络服务部分用于监听被监控端和监控端的请求并对其作出响应；所述监控端用于对患者的位置信息进行实时定位与监控。

如图1所示，本发明包括被监控端1，监控端3和网络服务部分2。其中，被监控端1包括室外定位GPS模块5，室内定位nanoPAN5375模块4(包括定位基站Anchor12和标签Tag13)，无线传输GPRS模块6；网络服务部分2包括数据收集器USBStick7，定位引擎8，Web服务器9，MySQL数据库11和数据处理中心10；监控端3采用Android智能手机，在Android开发平台上实现。

GPS模块与Nanotron公司开发的nanoPAN5375模块相结合实现室内外无缝定位，GPS模块在室外早已经具有非常高的精度，而nanoPAN5375模块通信距离远、定位精度高、抗干扰能力和实时性强、可靠性高。当患者处于室外区域时，采用GPS技术对室外活动的患者进行独立定位；对于室内活动的患者，采用nanoPAN5375模块对其进行定位；处于室内外环境的交叉边界区域活动的患者，采用GPS与nanoPAN5375相结合的组合定位技术。

由于精神病人的活动范围是无规律的，这就要求实时进行定位方案的切换来完成不同场合患者的定位。本发明是按照最大可用性、最大负荷以及最大定位精确度的规则原理，根据系统接收的GPS卫星数和GPS卫星的DOP值进行切换的。假设GPS卫星数目为M，DOP值为N。当M为0时，选择nanoPAN5375模块4单独定位；当M小于4时，且N值较大时，选择GPS模块5与nanoPAN5375模块4组合定位；当M大于等于4，且N值较小满足要求时，选择GPS模块5单独定位。

nanoPAN5375模块能够弥补GPS定位在室内中的盲区，也能充分发挥GPS的高精度特点，大大提高了定位的精确性和有效性。通过对患者的智能定位，可以随时了解患者的活动范围，确保了患者的正常活动范围和安全性。

当系统采用nanoPAN5375模块4进行定位时，根据患者携带的标签13获取与四个基站12之间的距离，打包发送到数据收集器USBStick7，并传输给定位引擎8进行基于球面的数学运算，从而获取患者的位置数据。

当系统采用GPS模块5进行定位时，根据患者携带的便捷的GPS模块5进行定位信息的采集，然后通过GPRS模块6将其信息传输到Web服务器9，从而获取患者的位置数据，以供管理员操作。

Web服务器9和定位引擎8接收从被监控端传来的数据，数据处理中心10需要对其数据进行处理，采用多种算法相结合的方式对数据进行多级处理，主要有三角定位法、卡尔曼滤波、指纹匹配法、地图匹配算法，其中，处理GPS模块5的数据主要用到卡尔曼滤波算法和地图匹配算法，处理nanoPAN5375模块4的数据主要用三角定位法算出病人的位置坐标，卡尔曼滤波和指纹匹配法用来提高病人的位置精度；地图匹配算法主要用于处理监控端3地图定位与被监控端1地图定位不匹配的问题。

经过数据处理中心10处理后的数据，需要保存在MySQL数据库11中，其采用JDBC技术实现Web服务器9与数据库的互联，数据库11中主要保存患者的基本信息及位置状态信息，管理员信息及护士信息等。

监控端3使用Android智能手机进行监控，通过Android技术中的布局控件进行页面的布局与设计，通过HTTP方式与服务器之间进行远程通信。当监控区域有无线WiFi信号时，则可以通过手机免费连接无线WiFi信号与服务端进行数据通信，否则，使用智能手机的3G或者4G网络与服务器进行数据交互，从而读取被监护端的定位信息。当人员处于室内时，可以加载室内的场景图进行人员的定位监控；当处于室外时，监控端3调用百度地图服务器进行人员的定位监控。

具体实施时，GPS模块5和nanoPAN5375模块4上电后，首先进行初始化，然后开始通信，根据患者携带的标签13和GPS模块5可以获取其位置信息。进一步的，在使用标签13进行定位时，上位机需要启动服务器开启数据接收器USBStick7，从而将测得的与四个基站12的距离以无线方式传送给数据接收器USBStick7。接着通过网络服务部分2进行数据的接收、提取与处理，其中处理过程主要包括位置的确定和精度的提高，结合了上述的多种定位算法，并将其存入数据库11中，最后，监控端3通过调用服务器端加载数据及室内外地图，显示在Android智能手机上，从而实现了室内外的无缝定位。

Claims (8)

1.一种用于精神病患者的室内外无缝定位与监控系统，其特征在于，包括被监控端、监控端和网络服务部分；所述被监控端包括室外定位模块和室内定位模块，用于获取患者的位置信息，并通过无线传输链路将患者的位置信息实时上传到网络服务部分进行保存；所述网络服务部分用于监听被监控端和监控端的请求并对其作出响应；所述监控端用于对患者的位置信息进行实时定位与监控。

2.根据权利要求1所述的用于精神病患者的室内外无缝定位与监控系统，其特征在于，所述室外定位模块为GPS模块，所述室内定位模块为nanoPAN5375模块。

3.根据权利要求2所述的用于精神病患者的室内外无缝定位与监控系统，其特征在于，所述nanoPAN5375模块包括四个定位基站和标签，所述标签携带在患者的身上；所述四个定位基站用于获取自身至所述标签的距离。

4.根据权利要求2所述的用于精神病患者的室内外无缝定位与监控系统，其特征在于，在室外定位时，所述GPS模块通过GPRS模块将数据传送至所述网络服务部分；在室内定位时，所述nanoPAN5375模块通过与自身匹配的数据收集器将数据传送至所述网络服务部分。

5.根据权利要求1所述的用于精神病患者的室内外无缝定位与监控系统，其特征在于，所述被监控端根据GPS模块接收的GPS卫星数和GPS卫星的DOP值选择采用室内定位、室外定位或室内室外相结合定位。

6.根据权利要求1所述的用于精神病患者的室内外无缝定位与监控系统，其特征在于，所述网络服务部分包括数据收集器、定位引擎、Web服务器、数据库和数据处理中心；所述数据收集器用于收集所述室内定位模块传输的位置信息；所述定位引擎根据收到的位置信息进行基于球面的数学运算以获取患者的位置数据；所述Web服务器用于接收所述室外定位模块的位置信息；所述数据处理中心用于对收到的位置信息进行数据处理；所述数据库用于保存患者的基本信息及位置状态信息。

7.根据权利要求5所述的用于精神病患者的室内外无缝定位与监控系统，其特征在于，所述数据处理中心采用三角定位法、卡尔曼滤波、指纹匹配法和地图匹配算法相结合的方法进行数据处理。

8.根据权利要求1所述的用于精神病患者的室内外无缝定位与监控系统，其特征在于，所述监控端为智能终端，通过HTTP方式与网络服务部分进行远程通信。