CN105785352A - 一种防丢失监控方法及定位装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防丢失监控方法及定位装置,本防丢失监控方法其基于行人航迹推算获得监控者与被监控者的第一相对距离及基于RSSI算法获得两者的第二相对距离,然后进行判断分析获得两者的当前相对距离,若当前相对距离超出预设安全范围,则发出警报,便于提醒监控者并防止危险事故的发生。本方法简单方便、易于实现、安全距离可调、精度高、反应快且可自动报警。

Description

-种防丢失监控方法及定位装置

技术领域

[0001] 本发明设及定位导航领域,特别是设及了一种防丢失监控方法及定位装置。

背景技术

[0002] 现实中经常有一位家长带领一个或多个2~10岁的孩子逛商场,逛公园。家长如何 确定自己与孩子的相对距离和方向是个难题。孩子的活动范围既包括室内也包括室外,室 内由于无法接收GPS信号,不能使用即使能使用也容易出现定位不准确的问题。室内外可同 时定位的技术主要是蜂窝网移动定位技术,但该技术目前仍然无法找到在各种条件下普遍 适用的抗非直达波影响的算法,定位精度约为150米。而市场上现有的蓝牙防丢贴片,定位 范围无遮挡情况下仅为20米,且蓝牙稳定性差,经常连不上,非视距干扰严重。室内无线定 位技术,则要求所有的基站位置事先设定好,一旦环境改变或网络覆盖范围发生变化,最终 得到的定位结果就会出现严重误差。由于孩子是一个移动群体,且室内外所在地点环境时 刻发生改变,如何在不依赖固定基站环境下实现儿童群定位一直是一个亟待解决的问题。

发明内容

[0003] 为了解决上述现有技术的不足,本发明提供了一种防丢失监控方法,其基于行人 航迹推算获得监控者与被监控者的第一相对距离及基于RSSI算法获得两者的第二相对距 离,然后进行判断分析获得两者的当前相对距离,若当前相对距离超出预设安全范围,则发 出警报,便于提醒监控者并防止危险事故的发生。本方法简单方便、易于实现、安全距离可 调、精度高、反应快且可自动报警。本发明还提供了一种定位装置。

[0004] 本发明所要解决的技术问题通过W下技术方案予W实现: 一种防丢失监控方法,其包括W下步骤: (1) 监控者定位装置和至少一被监控者定位装置获得各自的当前位置坐标,监控者定 位装置接收每一被监控者定位装置发送的位置坐标信号并计算获得两者的第一相对距离 和方位; (2) 监控者定位装置根据接收到的信号强弱计算两者的第二相对距离,其基于RSSI测 距算法获得; (3) 判断第二相对距离是否超过预定阔值;若低于预定阔值,则将第一相对距离和第二 相对距离进行加权计算获得两者的当前相对距离与所述方位一并发送至智能终端,且进入 步骤(4);若超过预定阔值,则将第一相对距离作为两者的当前相对距离与所述方位一并发 送至智能终端,且进入步骤(4); (4) 判断当前相对距离是否超过预设安全范围,若不超出预设安全范围,则返回步骤 (1);若超出预设安全范围,则监控者定位装置和被监控者定位装置均发出警报。

[0005] 在本发明中,所述步骤(1)具体包括W下步骤: (1.1)监控者定位装置与至少一被监控者定位装置相互绑定,每一被监控者定位装置 获取的当前位置坐标实时发送至监控者定位装置; (1.2)监控者和被监控者分别穿戴监控者定位装置与被监控者定位装置,监控者定位 装置与被监控者定位装置获取对应穿戴者的当前位置坐标,具体步骤如下: (2.1) 基于超声波收发模块和无线电收发模块进行TDOA测距,获得行走周期内两脚之 间的实时距离; (2.2) 基于双磁罗盘进行航向角检测; (2.3) 基于步骤(2.1)、(2.2)获得行人航迹的步幅繩和运算航向角壤 (2.4) 将步骤(2.3)的的步幅餐和运算航向角弯代入行人航迹推算的计算公式即北向 坐标:

Figure CN105785352AD00051

家向坐标:

Figure CN105785352AD00052

,即当前行人位置坐标;其中, (¾嚴表示行人的初始位置,i表示第i个行走周期,n表示行走n个行走周期; (1.3)被监控者定位装置发送当前位置坐标至监控者定位装置,监控者定位装置接收 被监控者的当前位置坐标并计算获得两者的相对距离和方位,即第一相对距离和方位。

[0006] 在本发明中,所述预定阔值为5~15m,也可根据实际情况如硬件条件和应用环境做 适当调整。

[0007] 在本发明步骤(3)中,进行加权计算时,所述第一相对距离的加权比重为0~50%,所 述第二相对距离的加权比重为50~100%。

[000引在本发明中,所述每一被监控者定位装置包括左右脚环;所述左脚环作为信号发 送端,包括第一主控制器,与所述第一主控制器连接的无线电发射模块、超声波发射模块、 第一磁罗盘,所述第一主控制器主要用于控制各模块及负责同时发送无线电信号和超声波 信号;所述右脚环作为信号接收处理端,包括第二主控制器,与所述第二主控制器连接的无 线电接收模块、超声波接收模块、第二磁罗盘、无线通信模块及警报模块,所述第二主控制 器主要用于控制各模块及负责接收无线电信号和超声波信号、处理信号并计算获得行人航 迹的行人位置坐标; 所述监控者定位装置与被监控者定位装置不同之处在于:所述第二主控制器还包括数 据处理模块、RSSI测距模块、第一判断模块、第二判断模块;所述数据处理模块用于根据监 控者定位装置的当前位置坐标与接收到的被监控者定位装置的当前位置坐标计算获得两 者的第一相对距离和方位、还用于根据第一判断模块发送的判断结果获得两者的当前相对 距离;所述RSSI测距模块用于根据接收信号的强弱计算监控者定位装置与被监控者定位装 置之间的第二相对距离;所述第一判断模块与所述RSSI测距模块及数据处理模块连接,用 于判断所述第二相对距离是否超出预定阔值且将判断结果发送至数据处理模块;所述第二 判断模块与所述数据处理模块连接,用于判断所述第一相对距离是否超出预设安全范围。

[0009] 在本发明中,所述超声波发射模块和超声波接收模块组成超声波收发模块;将所 述左右脚环穿戴在脚踩上时,所述超声波收发模块朝向两脚内侧,双磁罗盘朝向人行走的 正前方。

[0010] 在本发明中,所述无线电发射模块设置在所述第一环状承载体的弧形顶部处,所 述超声波发射模块靠近所述无线电发射模块;所述无线电接收模块设置在所述第二环状承 载体的弧形顶部处,所述超声波接收模块靠近所述无线电接收模块。

[0011] 在本发明中,所述无线电发射模块和无线电接收模块在穿戴时要相互对准。

[0012] 在本发明中,所述超声波发射模块和超声波接收模块组成超声波收发模块;所述 超声波收发模块的水平面收发角度为100~180°,竖直面收发角度为100~180°。

[0013] -种定位装置,其包括左右脚环;所述左脚环作为信号发送端,包括第一主控制 器,与所述第一主控制器连接的无线电发射模块、超声波发射模块、第一磁罗盘,所述第一 主控制器主要用于控制各模块及负责同时发送无线电信号和超声波信号;所述右脚环作为 信号接收处理端,包括第二主控制器,与所述第二主控制器连接的无线电接收模块、超声波 接收模块、第二磁罗盘、无线通信模块及警报模块,所述第二主控制器主要用于控制各模块 及负责接收无线电信号和超声波信号、处理信号并计算获得行人航迹的行人位置坐标。

[0014] 在本发明中,所述第二主控制器还包括数据处理模块、RSSI测距模块、第一判断模 块、第二判断模块;所述数据处理模块用于根据本定位装置的当前位置坐标与接收到的其 他定位装置的当前位置坐标计算获得两者的第一相对距离和方位、还用于根据第一判断模 块发送的判断结果获得两者的当前相对距离;所述RSSI测距模块用于根据接收信号的强弱 计算本定位装置与其他定位装置之间的第二相对距离;所述第一判断模块与所述RSSI测距 模块及数据处理模块连接,用于判断所述第二相对距离是否超出预定阔值且将判断结果发 送至数据处理模块;所述第二判断模块与所述数据处理模块连接,用于判断所述第一相对 距离是否超出预设安全范围。

[0015] 在本发明中,所述超声波收发模块为一组超声波收发模块或多组超声波收发模 块。

[0016] 本发明具有如下有益效果: (1) 防丢失监控方法,其基于行人航迹推算获得监控者与被监控者的第一相对距离及 基于RSSI算法获得两者的第二相对距离,然后进行判断分析获得两者的当前相对距离,若 当前相对距离超出预设安全范围,则发出警报,便于提醒监控者并防止危险事故的发生。本 方法简单方便、易于实现、安全距离可调、精度高、反应快且可自动报警; (2) 本方法的行人定位装置为方便穿戴在监控者和被监控者身上的脚环,即将硬件集 成在脚环上,方便拆装且携带方便、抗干扰能力强、可靠性高、稳定性强,且通用性高,无需 复杂的安装连接,直接拆装适用于任何人,特别是针对儿童及老人;解决了现有定位方法硬 件安装复杂、不便于携带、拆装不便,且干扰性较强、稳定性较弱及无法实现通用性的问题; 同时,无惯性漂移的问题,不依赖固定基站,无非视距干扰,可实现室内外自主定位,解决了 现有室内外无缝定位时依赖固定基站、惯性漂移及干扰性强的难题,实现了不依赖固定基 站环境下对人群进行准确定位;跟踪范围仅受限于Zigbee的通信范围,一般为1km,远优于 现有的20m~50m,故当被监控者超出了预设的安全范围,仍然能进行有效的跟踪定位。

附图说明

[0017] 图1为本发明防丢失监控方法的流程示意图; 图2为本发明防丢失监控方法的原理示意图,其行人定位装置为可记录轨迹坐标的脚 环; 图3为本发明被监控者定位装置左脚环的结构示意图; 图4为图3的侧视图; 图5为本发明被监控者定位装置右脚环的结构示意图; 图6为本发明超声波收发模块的水平收发角度示意图; 图7为本发明超声波收发模块的竖直收发角度示意图; 图8为本发明行人定位装置定位方法的流程示意图; 图9为本发明行人定位装置定位方法中航向角计算的示意图; 图10为本发明行人定位装置定位方法中步幅变化曲线的示意图; 图11为本发明防丢失监控系统的原理框图。

具体实施方式

[0018]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

[0019]实施例1 如图1所示,一种防丢失监控方法,其包括W下步骤: (1)监控者和至少一个被监控者分别通过自身所穿戴的监控者定位装置和至少一被监 控者定位装置获得各自的当前位置坐标,监控者定位装置接收每一被监控者定位装置发送 的位置坐标信号并计算获得两者的第一相对距离和方位;所述两者为监控者与每一被监控 者。

[0020] (2)监控者定位装置根据接收到的信号的RSSI(接收信号强度指示)值计算的相对 距离信息,即两者的第二相对距离,其基于RSSI测距算法获得; 基于RSSI测距算法获得第二相对距离为现有技术,在此不再寶述。

[0021] (3)判断第二相对距离是否超过预定阔值,若低于预定阔值,则将第一相对距离和 第二相对距离进行加权计算获得两者的当前相对距离并将该当前相对距离和所述方位发 送至智能终端,且进入步骤(4);若超过预定阔值,则将第一相对距离作为两者当前相对距 离并将该当前相对距离和所述方位发送至智能终端,且进入步骤(4); 所述预定阔值优选但不限定为5~15米,可根据实际情况如硬件条件和应用环境做适当 调整。当第二相对距离低于预定阔值时,则监控者与被监控者相距很近,且中间无障碍物遮 挡,此时基于RSSI测距算法测得的第二相对距离可信度高,则将第一相对距离和第二相对 距离进行加权计算获得两者当前相对距离,同时把当前相对距离、方位及各自的当前位置 坐标发送在监控者的智能终端上显示及作为历史纪录储存。优选地,进行加权计算时,所述 第一相对距离的加权比重为0~50%,所述第二相对距离的加权比重为50~100%,更优选地,所 述第一相对距离的加权比重为10~30%,所述第二相对距离的加权比重为70~90%,最优选地, 所述第一相对距离的加权比重为20%,所述第二相对距离的加权比重为80%。

[0022] (4)判断当前相对距离是否超过预设安全范围,若不超出预设安全范围,则返回步 骤(1);若超出预设安全范围,则监控者定位装置和被监控者定位装置均发出警报。

[0023] 值得注意的是,监控者定位装置接收到的监控者和被监控者的当前位置坐标及计 算获得的当前相对距离和所述方位均发送至智能终端,显示监控者及被监控者的相对距离 和方位W及各自的行走轨迹。当监控者接收到警报后,可在监控者的智能终端上获得两者 的当前相对距离及被监控者的当前位置坐标,W实现对被监控者进行有效地安全地实时监 控,防止其超出安全范围发生危险事故。当被监控者接收到警报后,可选择在停止在当前位 置等监控者到来,也可W朝向靠近监控者的方向移动W回到安全范围内,采取的方式不局 限于此。所述安全范围可在智能终端自行修改设定W满足不同环境情况,安全范围的修改 替换为现有技术,在此不再寶述。

[0024] 所述监控者定位装置和被监控者定位装置可W是WIFI定位装置、蓝牙定位装置、 Zigbee定位装置、移动通信网络定位装置、依靠 GPS/北斗信号室内转发装置定位装置等,还 可W是基于行人航迹推算PDR算法设计的实时定位装置,但不局限于此。本发明优选基于行 人航迹推算PDR算法设计的实时定位装置,优选地,采用的定位装置为可记录轨迹坐标的脚 环,基于该脚环而实现防丢失监控方法的原理如图2所示。

[0025] W下对基于行人航迹推算PDR算法设计的实时定位装置做进一步说明: 所述每一被监控者定位装置包括分别穿戴在其左右脚踩上的左脚环和右脚环。

[00%]如图3、4所示,所述左脚环作为信号发送端,其包括:第一环状承载体1,和设置在 所述第一环状承载体1上的无线电发射模块11、超声波发射模块12、第一磁罗盘13、第一主 控制器14、第一电池模块15;所述第一环状承载体1具有一开口,俯视状态下呈C形状,但不 局限于此;通过该开口穿戴在左脚踩上,所述开口相对处为环状承载体的弧形顶部,所述无 线电发射模块11设置在所述第一环状承载体1的弧形顶部处,所述超声波发射模块12靠近 所述无线电发射模块11,所述第一磁罗盘13相对所述无线电发射模块11垂直安装在所述第 一环状承载体1 一侧;所述第一主控制器14分别与所述无线电发射模块11、超声波发射模块 12、第一磁罗盘13及第一电池模块15通信连接,主要用于控制各模块及负责同时发送无线 电信号和超声波信号; 如图5所示,所述右脚环作为信号接收处理端,其包括:第二环状承载体2,和设置在所 述第二环状承载体2上的无线电接收模块21、超声波接收模块22、第二磁罗盘23、第二主控 制器24、第二电池模块25、警报模块(图未显示)及Zigbee通信模块26。所述第二环状承载体 2具有一开口,俯视状态下呈C形状,但不局限于此;通过该开口穿戴在右脚踩上,所述开口 相对处为环状承载体的弧形顶部,所述无线电接收模块21设置在所述第二环状承载体2的 弧形顶部处,所述超声波接收模块22靠近所述无线电接收模块21,所述第二磁罗盘23相对 所述无线电接收模块21垂直安装在所述第二环状承载体2-侧;所述第二主控制器24分别 与所述无线电接收模块21、超声波接收模块22、第二磁罗盘23、第二电池模块25、警报模块 (图未显示)及Zigbee通信模块26通信连接,主要用于控制各模块及负责接收无线电信号和 超声波信号、处理信号并计算获得行人航迹的行人位置坐标。

[0027]所述监控者定位装置与被监控者定位装置不同之处在于:第二主控制器还包括数 据接收模块、数据处理模块、RSSI测距模块、第一判断模块、第二判断模块;所述数据接收模 块分别与每一被监控者定位装置和数据处理模块通信连接,用于接收被监控者的当前位置 坐标并发送至所述数据处理模块;所述数据处理模块用于将监控者的当前位置坐标与接收 到的被监控者当前位置坐标进行计算获得第一相对距离和方位、还用于根据第一判断模块 发送的判断结果获得两者的当前相对距离,若判断结果为不超出预定阔值则将第一相对距 离和第二相对距离加权融合作为两者当前相对距离,若判断结果为超出预定阔值则将第一 相对距离作为两者当前相对距离;所述RSSI测距模块用于根据接收到的信号的RSSI(接收 信号强度指示)值计算两者的相对距离信息,即两者的第二相对距离;所述第一判断模块与 所述RSSI测距模块及数据处理模块连接,用于判断所述第二相对距离是否超出预定阔值且 将判断结果发送至数据处理模块;所述第二判断模块与所述数据处理模块连接,用于判断 所述第一相对距离是否超出预设安全范围。

[00%]值得注意的是,为了提高检测精度,降低干扰,将所述左右脚环穿戴在脚踩上时, 要求所述超声波发射模块和超声波接收模块朝向两脚内侧,第一磁罗盘和第二磁罗盘朝向 人行走的正前方即朝向人脚趾头方向,更优选地,分别套在两脚踩的两脚环上的无线电发 射模块和无线电接收模块在穿戴时要相互对准。

[0029] 需要说明的是,请参考图6、7,超声波收发模块(发射模块和接收模块)具有方向性 强,发射角度有限的特点,本发明超声波收发模块的收发角度优选为水平面收发角度为100 ~180°,竖直面收发角度为100~180°,更优选地,水平面收发角度为180°,竖直面收发角度为 180%可根据实际情况,选择设定合适的水平面收发角度和竖直面收发角度,如当用于正常 行走状态时,水平面收发角度优选为100°,竖直面收发角度优选为100%当用于剧烈运动状 态是,水平面收发角度优选为180°,竖直面收发角度优选为180°。本发明优选采用多个收发 传感器进行TDOA测距,使得超声波信号收发角度尽可能大,更优选低,采用四组超声波收发 模块;还可W是,采用一个超声波收发模块,其靠近所述无线电收发模块;但不局限于此,超 声波收发模块的数量跟安装角度,是根据超声波收发模块的型号跟参数变化的。

[0030] 在本实施例中,所述Zigbee通信模块可安装在所述右脚环或左脚环上,优选安装 在所述右脚环。可根据使用者的行走习惯,所述左脚环和右脚环可W互换穿戴在右脚踩和 左脚踩上,可根据实际情况做选择。所述无线电发射模块和接收模块优选但不限定为 Zigbee收发模块,可根据实际情况选择其他无线电收发模块;所述警报模块优选但不限定 为震动马达,还可W是蜂鸣声等等。

[0031] 需要说明的是,所述左右脚环内各模块均采用现有模块,且各模块之间的连接关 系,本领域技术人员根据各模块所起到的作用及实际所采用的模块型号容易清楚获得各模 块的相互连接关系,在此不再寶述。

[0032] 所述行人定位装置(监控者定位装置与每一被监控者定位装置)基于脚环获得监 控者与被监控者的当前位置坐标并计算获得两者的第一相对距离和方位的方法,包括W下 步骤: (1)监控者定位装置与每一被监控者定位装置基于通信协议相互绑定,每一被监控者 定位装置获取的当前位置坐标实时发送至监控者定位装置; 需要说明的是,若是多个被监控者,则就每个被监控者的通信协议上增加唯一码或标 记,此为现有技术,不再寶述。

[0033] (2)监控者和被监控者穿戴对应的脚环,即监控者定位装置与被监控者定位装置, 该行人定位装置可实时获取穿戴者当前的位置坐标,即行人定位装置定位方法,如图8所 示,其具体步骤如下: (2.1)基于超声波收发模块和Zigbee收发模块进行TDOA测距,获得行走周期内两脚之 间的实时距离,该步骤具体如下:初始化设置、发送接收超声波信号和无线电信号、第二主 控制器的计时器定时计数到达时间差测距。其中,发送超声波和无线电信号时,需保证同时 发出两种信号,具体实现时,可按照一定定时周期发送,如每隔50ms发送一次,但不局限于 此;无线信号传输速度为載超/立:,先到达Zigbee接收模块,启动计时器,开始计数;超声 波信号传播速度约为每躬跨如,后到达超声波接收模块,到达后触发计时结束,停止计算;将 计时时间乘化載挺論/去即为两脚间的距离,实现了人行走时的两脚之间的实时距离。

[0034] (2.2)基于双磁罗盘进行航向角检测,该步骤具体如下:初始化设置、kalman滤波 误差补偿、双磁罗盘误差矫正。其中双磁罗盘误差矫正设及人走路时的"八字脚"误差8,最 终航向角取两脚航向角的均值,为均值航向角,W消除行走时的"八字脚"误差8,如图9所 /J、- O

[0035] 值得注意的是,一般情况下,沿一个方向行走,航向角不变,只有转弯的时候航向 角才会变化,但由于双磁罗盘绑在脚踩处会有晃动,在一个行走周期内测得的航向角也对 应变化了一个周期。在同一行走周期内,均值航向角与TDOA测的两脚间距是一一对应的,即 每一两脚间距对应一个均值航向角。

[0036] (2.3)基于步骤(2.1)、(2.2)获得行人航迹的步幅和运算航向角;具体包括:根据 测得行走周期内的实时两脚间距获得步幅变化曲线,该步幅变化曲线由正弦波和方波交替 组成;取正弦波的峰值作为当前行走周期行人航迹的步幅4,且取步幅最大时刻的航向角 (即正弦波峰值时刻对应的航向角)作为运算航向角^。由于超声波传播的定向性,且安装 于行人脚踩内侧;超声波信号正常接收时,测得的两脚间距呈正弦波变化,而无法接收时, 测得的两脚间距呈矩形波变化。在实际行走中,正弦波和方波呈周期性交替出现,如图10所 /J、- O

[0037] (2.4)将步骤(2.3)的步幅聲和运算航向角^\代入行人航迹推算的计算公式即北 向坐标:

Figure CN105785352AD00101

,即可实现行人轨迹的跟踪定 位,即实时更新行人位置坐标;其中,I墙骑j表示行人的初始位置,可W是(〇,〇),还可W 是通过GI^定位获取,其获取方法不局限于此;i表示第i个行走周期;n表示行走n个行走周 期。

[0038] 值得注意的是,步骤(2.1)至(2.4)显示了一个行走周期内进行行人轨迹的跟踪定 位方法,具体行走时是连续的行走周期,即重复步骤(2.1)至(2.4),连接每一行走周期的位 置坐标即为行人轨迹。

[0039] (3)被监控者定位装置获取当前位置坐标发送至监控者定位装置,监控者定位装 置接收被监控者的当前位置坐标并计算获得两者的相对距离和方位,即第一相对距离和方 位。

[0040] 需要说明的是,基于磁罗盘进行航向角检测中的kalman滤波误差补偿获得航向角 为现有技术,在此不再寶述。

[0041] 在本发明中,所述监控者可W是老师或家长或导游等,所述被监控者可W是小孩 或老人或学生或游客等,但不局限于此。

[0042] 本发明防丢失监控方法,其基于行人航迹推算获得监控者与被监控者的第一相对 距离及基于RSSI算法获得两者的第二相对距离,然后进行判断分析获得两者的当前相对距 离,若当前相对距离超出预设安全范围,则发出警报,便于提醒监控者防止危险事故的发 生。本方法简单方便、易于实现、安全距离可调、精度高、反应快且可自动报警;本方法所采 用的行人定位装置为方便穿戴在监控者和被监控者身上的脚环,即将硬件集成在脚环上, 方便拆装且携带方便、抗干扰能力强、可靠性高、稳定性强,且通用性高,无需复杂的安装连 接,直接拆装适用于任何人,特别是针对儿童及老人;解决了现有定位方法硬件安装复杂、 不便于携带、拆装不便,且干扰性较强、稳定性较弱及无法实现通用性的问题;同时,无惯性 漂移的问题,不依赖固定基站,无非视距干扰,可实现室内外自主定位,解决了现有室内外 无缝定位时依赖固定基站、惯性漂移及干扰性强的难题,实现了不依赖固定基站环境下对 人群进行准确定位;行人定位装置的跟踪范围仅受限于Zigbee的通信范围,一般为1km,远 优于现有的20m~50m,故当被监控者超出了预设的安全范围,仍然能进行有效的跟踪定位。

[0043] 实施例2 如图11所示,一种防丢失监控系统,其包括智能终端、监控者定位装置及至少一被监控 者定位装置,所述监控者定位装置与每一被监控者定位装置通信连接,所述智能终端与所 述监控者定位装置通信连接,W实时显示两者的当前位置坐标、行走轨迹及两者的当前相 对距离和方位,方便监控者实时了解被监控者与其的相对距离,便于监控防止危险事故的 发生。所述智能终端还可与每一被监控者定位装置通信连接。

[0044] 所述每一被监控者定位装置包括分别穿戴在其左右脚踩上的左脚环和右脚环。

[0045] 如图3、4所示,所述左脚环作为信号发送端,其包括:第一环状承载体1,和设置在 所述第一环状承载体1上的无线电发射模块11、超声波发射模块12、第一磁罗盘13、第一主 控制器14、第一电池模块15;所述第一环状承载体1具有一开口,俯视状态下呈C形状,但不 局限于此;通过该开口穿戴在左脚踩上,所述开口相对处为环状承载体的弧形顶部,所述无 线电发射模块11设置在所述第一环状承载体1的弧形顶部处,所述超声波发射模块12靠近 所述无线电发射模块11,所述第一磁罗盘13相对所述无线电发射模块11垂直安装在所述第 一环状承载体1 一侧;所述第一主控制器14分别与所述无线电发射模块11、超声波发射模块 12、第一磁罗盘13及第一电池模块15通信连接,主要用于控制各模块及负责同时发送无线 电信号和超声波信号; 如图5所示,所述右脚环作为信号接收处理端,其包括:第二环状承载体2,和设置在所 述第二环状承载体2上的无线电接收模块21、超声波接收模块22、第二磁罗盘23、第二主控 制器24、第二电池模块25、警报模块(图未显示)及无线电通信模块26。所述第二环状承载体 2具有一开口,俯视状态下呈C形状,但不局限于此;通过该开口穿戴在右脚踩上,所述开口 相对处为环状承载体的弧形顶部,所述无线电接收模块21设置在所述第二环状承载体2的 弧形顶部处,所述超声波接收模块22靠近所述无线电接收模块21,所述第二磁罗盘23相对 所述无线电接收模块21垂直安装在所述第二环状承载体2-侧;所述第二主控制器24分别 与所述无线电接收模块21、超声波接收模块22、第二磁罗盘23、第二电池模块25、警报模块 (图未显示)及无线电通信模块26通信连接,主要用于控制各模块及负责接收无线电信号和 超声波信号、处理信号并计算获得行人航迹的行人位置坐标。

[0046] 所述监控者定位装置与被监控者定位装置不同之处在于:第二主控制器还包括数 据接收模块、数据处理模块、RSSI测距模块、第一判断模块、第二判断模块;所述数据接收模 块分别与每一被监控者定位装置和数据处理模块通信连接,用于接收被监控者的当前位置 坐标并发送至所述数据处理模块;所述数据处理模块用于将监控者的当前位置坐标与接收 到的被监控者当前位置坐标进行计算获得第一相对距离和方位、还用于根据第一判断模块 发送的判断结果获得两者的当前相对距离,若判断结果为不超出预定阔值则将第一相对距 离和第二相对距离加权融合作为两者当前相对距离,若判断结果为超出预定阔值则将第一 相对距离作为两者当前相对距离;所述RSSI测距模块用于根据接收到的信号的RSSI(接收 信号强度指示)值计算两者的相对距离信息,即两者的第二相对距离;所述第一判断模块与 所述RSSI测距模块及数据处理模块连接,用于判断所述第二相对距离是否超出预定阔值且 将判断结果发送至数据处理模块;所述第二判断模块与所述数据处理模块连接,用于判断 所述第一相对距离是否超出预设安全范围。

[0047]需要说明的是,请参考图6、7,超声波收发模块(发射模块和接收模块)具有方向性 强,发射角度有限的特点,本发明超声波收发模块的收发角度优选为水平面收发角度为100 ~180°,竖直面收发角度为100~180°,更优选地,水平面收发角度为180°,竖直面收发角度为 180%可根据实际情况,选择设定合适的水平面收发角度和竖直面收发角度,如当用于正常 行走状态时,水平面收发角度优选为100°,竖直面收发角度优选为100%当用于剧烈运动状 态是,水平面收发角度优选为180°,竖直面收发角度优选为180°。本发明优选采用多个收发 传感器进行TDOA测距,使得超声波信号收发角度尽可能大,更优选低,采用四组超声波收发 模块;还可W是,采用一个超声波收发模块,其靠近所述无线电收发模块;但不局限于此,超 声波收发模块的数量跟安装角度,是根据超声波收发模块的型号跟参数变化的。

[004引在本实施例中,所述Zigbee通信模块可安装在所述右脚环或左脚环上,优选安装 在所述右脚环。可根据使用者的行走习惯,所述左脚环和右脚环可W互换穿戴在右脚踩和 左脚踩上,可根据实际情况做选择。所述无线电发射模块和接收模块优选但不限定为 Zigbee收发模块,可根据实际情况选择其他无线电收发模块;所述警报模块优选但不限定 为震动马达,还可W是蜂鸣声等等。所述RSSI测距模块是基于RSSI测距原理进行测距,其为 现有技术,容易实现,在此不再寶述。

[0049] 需要说明的是,所述左右脚环内各模块均采用现有模块,且各模块之间的连接关 系,本领域技术人员根据各模块所起到的作用及实际所采用的模块型号容易清楚获得各模 块的相互连接关系,在此不再寶述。

[0050] 本发明防丢失监控系统,其基于行人航迹推算获得监控者与被监控者的第一相对 距离及基于RSSI算法获得两者的第二相对距离,然后进行判断分析获得两者的当前相对距 离,若当前相对距离超出预设安全范围,则发出警报,便于提醒监控者并防止危险事故的发 生;简单方便、易于实现、安全距离可调、精度高、反应快且可自动报警;所使用的行人定位 装置为方便穿戴在监控者和被监控者身上的脚环,即将硬件集成在脚环上,方便拆装且携 带方便、抗干扰能力强、可靠性高、稳定性强,且通用性高,无需复杂的安装连接,直接拆装 适用于任何人,特别是针对儿童及老人;解决了现有定位方法硬件安装复杂、不便于携带、 拆装不便,且干扰性较强、稳定性较弱及无法实现通用性的问题;同时,无惯性漂移的问题, 不依赖固定基站,无非视距干扰,可实现室内外自主定位,解决了现有室内外无缝定位时依 赖固定基站、惯性漂移及干扰性强的难题,实现了不依赖固定基站环境下对人群进行准确 定位;行人定位装置的跟踪范围仅受限于Zigbee的通信范围,一般为1km,远优于现有的20m ~50m,故当被监控者超出了预设的安全范围,仍然能进行有效的跟踪定位。

[0051] W上所述实施例仅表达了本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能 因此而理解为对本发明专利范围的限制,但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技 术方案,均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种防丢失监控方法,其包括以下步骤: (1) 监控者定位装置和至少一被监控者定位装置获得各自的当前位置坐标,监控者定 位装置接收每一被监控者定位装置发送的位置坐标信号并计算获得两者的第一相对距离 和方位; (2) 监控者定位装置根据接收到的信号强弱计算两者的第二相对距离,其基于RSSI测 距算法获得; (3) 判断第二相对距离是否超过预定阈值;若低于预定阈值,则将第一相对距离和第二 相对距离进行加权计算获得两者的当前相对距离与所述方位一并发送至智能终端,且进入 步骤(4);若超过预定阈值,则将第一相对距离作为两者的当前相对距离与所述方位一并发 送至智能终端,且进入步骤(4); (4) 判断当前相对距离是否超过预设安全范围,若不超出预设安全范围,则返回步骤 (1);若超出预设安全范围,则监控者定位装置和被监控者定位装置均发出警报。
2. 根据权利要求1所述的防丢失监控方法,其特征在于,所述步骤(1)具体包括以下步 骤: (1.1) 监控者定位装置与至少一被监控者定位装置相互绑定,每一被监控者定位装置 获取的当前位置坐标实时发送至监控者定位装置; (1.2) 监控者和被监控者分别穿戴监控者定位装置与被监控者定位装置,监控者定位 装置与被监控者定位装置获取对应穿戴者的当前位置坐标,具体步骤如下: (2.1) 基于超声波收发模块和无线电收发模块进行TDOA测距,获得行走周期内两脚之 间的实时距离; (2.2) 基于双磁罗盘进行航向角检测; (2.3) 基于步骤(2.1)、(2.2)获得行人航迹的步幅為和运算航向角考:'; (2.4) 将步骤(2.3)的的步幅,和运算航向角代入行人航迹推算的计算公式即北向
Figure CN105785352AC00021
,即当前行人位置坐标;其中, :!%:++ 表示行人的初始位置,i表示第i个行走周期,η表示行走η个行走周期; (1.3)被监控者定位装置发送当前位置坐标至监控者定位装置,监控者定位装置接收 被监控者的当前位置坐标并计算获得两者的相对距离和方位,即第一相对距离和方位。
3. 根据权利要求1所述的防丢失监控方法,其特征在于,所述预定阈值为5~15m。
4. 根据权利要求1所述的防丢失监控方法,其特征在于,进行加权计算时,所述第一相 对距离的加权比重为0~50%,所述第二相对距离的加权比重为50~100%。
5. 根据权利要求1所述的防丢失监控方法,其特征在于,所述每一被监控者定位装置包 括左右脚环;所述左脚环作为信号发送端,包括第一主控制器,与所述第一主控制器连接的 无线电发射模块、超声波发射模块、第一磁罗盘,所述第一主控制器主要用于控制各模块及 负责同时发送无线电信号和超声波信号;所述右脚环作为信号接收处理端,包括第二主控 制器,与所述第二主控制器连接的无线电接收模块、超声波接收模块、第二磁罗盘、无线通 信模块及警报模块,所述第二主控制器主要用于控制各模块及负责接收无线电信号和超声 波信号、处理信号并计算获得行人航迹的行人位置坐标; 所述监控者定位装置与被监控者定位装置不同之处在于:所述第二主控制器还包括数 据处理模块、RSSI测距模块、第一判断模块、第二判断模块;所述数据处理模块用于根据监 控者定位装置的当前位置坐标与接收到的被监控者定位装置的当前位置坐标计算获得两 者的第一相对距离和方位、还用于根据第一判断模块发送的判断结果获得两者的当前相对 距离;所述RSSI测距模块用于根据接收信号的强弱计算监控者定位装置与被监控者定位装 置之间的第二相对距离;所述第一判断模块与所述RSSI测距模块及数据处理模块连接,用 于判断所述第二相对距离是否超出预定阈值且将判断结果发送至数据处理模块;所述第二 判断模块与所述数据处理模块连接,用于判断所述第一相对距离是否超出预设安全范围。
6. 根据权利要求4所述的防丢失监控方法,其特征在于,所述超声波发射模块和超声波 接收模块组成超声波收发模块;将所述左右脚环穿戴在脚踝上时,所述超声波收发模块朝 向两脚内侧,双磁罗盘朝向人行走的正前方。
7. 根据权利要求4所述的防丢失监控方法,其特征在于,所述无线电发射模块和无线电 接收模块在穿戴时要相互对准。
8. 根据权利要求4所述的防丢失监控方法,其特征在于,所述超声波发射模块和超声波 接收模块组成超声波收发模块;所述超声波收发模块的水平面收发角度为1〇〇~180°,竖直 面收发角度为100~180°。
9. 一种定位装置,其特征在于,其包括左右脚环;所述左脚环作为信号发送端,包括第 一主控制器,与所述第一主控制器连接的无线电发射模块、超声波发射模块、第一磁罗盘, 所述第一主控制器主要用于控制各模块及负责同时发送无线电信号和超声波信号;所述右 脚环作为信号接收处理端,包括第二主控制器,与所述第二主控制器连接的无线电接收模 块、超声波接收模块、第二磁罗盘、无线通信模块及警报模块,所述第二主控制器主要用于 控制各模块及负责接收无线电信号和超声波信号、处理信号并计算获得行人航迹的行人位 置坐标。
10. 根据权利要求9所述的定位装置,其特征在于,所述第二主控制器还包括数据处理 模块、RSSI测距模块、第一判断模块、第二判断模块;所述数据处理模块用于根据本定位装 置的当前位置坐标与接收到的其他定位装置的当前位置坐标计算获得两者的第一相对距 离和方位、还用于根据第一判断模块发送的判断结果获得两者的当前相对距离;所述RSSI 测距模块用于根据接收信号的强弱计算本定位装置与其他定位装置之间的第二相对距离; 所述第一判断模块与所述RSSI测距模块及数据处理模块连接,用于判断所述第二相对距离 是否超出预定阈值且将判断结果发送至数据处理模块;所述第二判断模块与所述数据处理 模块连接,用于判断所述第一相对距离是否超出预设安全范围。
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