CN106104294A - 本地化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在由一个或多个信标(200)监视的区域中检测标签(100)的方法，标签(100)包括磁感应模块(121)以及发射器(140)，该方法包括在标签处的以下步骤：借助于磁感应模块，将第一信标消息接收为磁场中的变化，该第一信标消息包括信标信息；从该第一信标消息提取该信标信息；以及，有条件地根据该信标信息借助于该发射器(140)来传送本地化消息。

Description

本地化系统
发明领域
本发明涉及用于可移动对象或人的无线本地化系统，诸如用于跟踪患者和/或资产的在诸如医院之类的机构中的位置。本发明还涉及对应的方法，并供在该方法中使用的标签。
背景
WO 2004/051303 A1公开了用于在一个区域(诸如，例如建筑物中的房间或道路隧道)内监视和确定对象和/或生物的位置的方法和系统。系统包括多个配备了超声波接收器以及无线电发射器的识别标签，识别标签被附连至要被监视的对象。识别标签接收它们测量其到达时间的超声波信号。此信息与识别标签的ID代码一起被无线电波发送至计算每个识别标签位置的中央单元。
已知系统的缺点是不能提供足够高的空间准确度来提供真实的访问/退出控制，也不能提供足够高的时间准确度来允许对关键跟踪事件的立即响应。
本申请人名下的欧洲专利申请EP 2 469 298 A1，公开了使用移动的标签和固定的信标来确定目标位置的方法和设备，其中目标位置是从至少两个被接收到的信号的接收到的信号功率的指示的加权和所估算的。此系统的缺点在于多个被接收到的信号必须可用于执行RSSI三角测量。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了用于检测在由一个或多个信标监视的区域内的第一标签的方法，第一标签包括磁感应模块和发射器，该方法包括在第一标签处的以下步骤：
通过磁感应模块，将第一信标消息接收为磁场变化，第一信标消息包括信标信息；
第一信标消息中提取信标信息；
条件地根据信标信息，通过发射器发送本地化消息。
本发明的优点在于由于基于磁感应的通信的短距离，可提供极高的识别标签位置的空间准确度。因为识别标签至各个信标的范围内或外的移动可被实时跟踪，时间准确度也增加了。识别标签响应的附条件的性质增加了能效，且允许更大数量的识别标签共享传输介质(特别是，已分配的无线电频谱)。通过得当地选择响应条件，监视系统的有效性被保持。
在根据本发明的方法的实施例中，发射器包括射频发射器。
此实施例的优点在于，为了通知中央系统识别标签的当前位置，包含位置信息的信号可被识别标签可靠且高效地广播，例如，至最近的信标。
在根据本发明的方法的实施例中，第一信标消息由信标中的一个广播，信标中的一个被定位在一个区域中，信标信息包括与该区域有关的信息，且有条件地传送本地化消息包括将信息与存储在第一标签上的一个或多个区域进行比较。
此实施例的优点在于可使得识别标签的行为取决于被检测到的位置。
根据本发明的方法的实施例，信标信息包括被适配成控制第一标签的操作的指令。
此实施例的优点在于识别标签的行为可由中央系统随情况所需进行控制。
根据本发明的方法的实施例，信标信息包括操作范围信息，且方法进一步包括：有条件地根据操作范围信息，降低磁感应模块的敏感度。
此实施例的优点在于，已经接近访问控制点的识别标签可被变为访问徽章，访问徽章只在它被带到信标的非常近距离(该范围由被降低敏感度的磁感应模块覆盖)的情况下触发访问认证。
在特定实施例中，磁感应模块的敏感度的降低包括通过添加或移除电容或电感组件来电子地修改磁感应模块的调谐电路。
这是在识别标签中提供敏感度切换功能的特别有效的方法。
在特定实施例中，根据本发明的方法进一步包括将第一标签切换成连续接收模式。
虽然识别标签可被配置为根据某些占空比运行以节约能源，当标签已经被置于短距离(经降低的敏感度)模式时标签可被指示为切换至全时响应模式，以降低任何后续访问认证请求的延迟。
在特定实施例中，根据本发明的方法进一步包括当敏感度被降低时接收第二信标消息并传送访问请求消息。
此实施例可被用来实现访问认证请求功能。
在实施例中，根据本发明的方法进一步包括将第二标签切换至信标模式，其中从第二标签接收信标消息。
此实施例的优点在于提供了直接标签至标签通信。因此，由监督者(护士、警卫等等)拥有的标签可临时被切换为“信标模式”，因此其他附近的标签可接收到监督者的信标消息且进入“配对”模式。不同于当这些标签不配对时，第一和第二标签的配对状态可被用作用于对待这些标签中的一个或两者的游走事件和访问请求的触发。
根据本发明的一个方面，提供了包括代码装置的计算机程序产品，代码装置被配置为使处理器以前述权利要求中的任一项的方法执行第一标签的功能。
根据本发明的一个方面，提供了在位置系统中使用的识别标签，该位置系统确定识别标签在由至少一个信标监视的区域内的位置，至少一个信标被适配成将信标消息广播成磁场中的变化，其中信标消息包括信标信息；识别标签包括：被配置为将变化的磁场转换为电信号的磁感应模块；被适配为解码电信号且从中提取第一信标消息的处理模块；以及被适配为传送本地化消息的发射器；其中标签被配置为有条件地根据信标信息通过发射器来传送本地化消息。
在根据本发明的识别标签的实施例中，发射器包括射频发射器。
在根据本发明的识别标签的实施例中，标签进一步被配置为随着包含在信标信息中的操作范围信息选择性地适配磁感应模块的敏感度。
在特定实施例中，识别标签进一步包括被配置为通过添加或移除电容或电感组件来电子地修改磁感应模块的调谐电路的敏感度切换装置。
根据本发明的一个方面，提供了包括如上所述的第一标签以及在如上所述的方法中使用的信标的系统。
根据本发明的计算机程序产品、识别标签、以及系统的各实施例的技术效果和优点已作必要的修正地对应于根据本发明的标签的对应实施例的那些技术效果和优点。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明的这些和其他特征和优点，附图中：
图1示意性地例示出根据本发明的一实施例的包括信标和标签的本地化系统；以及
图2示意性地例示出根据本发明的一实施例的识别标签的元件。
具体实施方式
图1示意性地例示出根据本发明的一实施例的包括信标和标签的位置系统。
本文所描述的位置系统的一具体应用是在医院或其他机构(其中患者可自由移动，可能没有完全意识到他们自己的准确位置)中使用的无线护士呼叫系统。在适当的情形下，将参照这种护士呼叫系统来描述本发明，不旨在将本发明的范围限制在此应用。在无线护士呼叫系统的上下文中，为了减少(电池)功耗，获得小形状因子以及保持尽可能低的总成本，高效硬件的开发是重要目标。
另外，系统应在空间维度(高空间准确度)和时间维度(低延迟跟踪)两者上提供标签位置的非常准确的确定，从而使得可即刻且在适当的位置部署对跟踪事件的适当响应。
在优选的本地化系统中，信标200被提供在移动对象或人的位置被监视的整个区域内的固定的位置处。信标通常可被安装至墙、门、柱等。它们可具有包括显示器和一个或多个键的基本的用户界面。要被监视的移动对象或人被提供有识别标签(在下文中也称为“标签”)100。信标200发射包括识别元素的信号，信号可被标签100接收和解码。
信标可任选地发射被调制在超声信号上的识别元素。超声通信是基于机电诱发的振动的，振动产生传播的纵向声波。通过定义，因为超声波在人类可听见的范围之外的频率范围内，它们的使用对出现在被监视区域内的人无障碍。在建筑物环境内，超声波几乎完全被墙阻挡(与电磁波相反)。超声波因此是获得房间级别的本地化准确度的合适的信号类型。若超声本地化被使用，要被监视的移动对象或人被提供有包括超声接收器的标签100。在接收被编码在超声信号中的信标识别元素之际，标签100将会知道直至房间级别的准确度的自身位置(意思是能够标识最近的信标200)，而不需要任何三角测量。
在被监视的区域内检测对敏感点(诸如在建筑物或建筑物结合体之间的区域的门或大门，以及关键对象被保存的位置(例如，应急设备或药物))的接近是根据本发明的实施例的标签的目标。比起如上所述的基于超声的系统，此功能需要在空间分辨率和延迟时间两者方面甚至更准确的本地化机制。本发明的各实施例尤其基于发明人的以下洞察：可通过使用磁感应来实现非常短距离检测以及通信(典型范围从大约10cm延伸至大约1m；对一些应用，达5m的范围可被使用)来达到此目标。为此，信标被适配为接收包括信标识别元素的信标信号，借助于磁感应，以变化的磁场的形式。
现在将会参照图2描述根据本发明的方法和标签的实施例。
根据本发明，在由一个或多个信标200监视的区域中检测第一标签100的方法(第一标签100包括磁感应模块120以及发射器140)包括在第一标签处的以下步骤：借助于磁感应模块120，将第一信标消息接收为磁场中的变化，第一信标消息包括信标信息；从第一信标消息提取信标信息；以及，有条件地根据信标信息借助于发射器140来传送本地化消息。
信标消息可从信标200被接收。在配对情况下，这将在下文中描述，信标消息也可从另一个标签(未示出)被接收。
优选地，如上文所述，标签也包括超声接收器110，用于接收由附近的信标经超声声传输而传送的信标识别消息，如以上更详细描述的。
标签100包括将经解码的信标识别元素与其自身身份一起中继传递至中央监视系统的发射器140。发射器140可包括被适配为将信息无线地通信至信标(与其识别元素被接收的相同的信标和/或在无线电范围内的另一个信标)的射频(RF)发射器，信标反过来优选地连接至允许信标与集中式管理系统300通信的有线或无线网络250。可替换地，发射器140使用磁感应模块通过产生在磁场中的变化来传送本地化消息。
由于磁感应和RF传输的范围在实践中受限制，信标200(在信标200处标签100的信号被接收)的身份提供标签100的位置的线索。在RF传输的情况下，此本地化步骤比基于超声的本地化更粗糙，因为具有典型属性(例如，在未许可的ISM带的434MHz、2.4GHz或5GHz处或SRD 860带上使用法律上允许的发射功率)的RF传输的距离将比超声传输的距离更长，且将特别地不会明显受墙约束。在粗糙级别的基于RF的本地化与在精细级别的基于超声的本地化的组合允许针对信标的蜂窝状的命名系统；即，在超声信号中传送的信标身份只需要在具有重叠的超声通信范围的信标组内是唯一的。这允许在被超声信号输送的消息中使用更短的“信标身份”字段，这进而导致更低的平均数据率且因此在发射器(信标)和接收器(标签)处更低的功耗。
识别标签100是否响应于给定的接收到的信标消息来传送本地化消息，是以在信标消息中的信息为条件的。识别标签100可使用在信标消息中的若干类型的信息来进行此评估。
可使得识别标签的行为取决于位置。若标签能够确定它在何处，标签可据此修改其行为。实现此的一个方法是在由固定的(诸)信标传送的信标消息中包括区域信息。因此，在根据本发明的方法的实施例中，第一信标消息由信标中的一个广播，信标中的一个被定位在一个区域中，信标信息包括与该区域有关的信息，且有条件地传送本地化消息包括将信息与存储在第一标签上的一个或多个区域进行比较。基于此比较，给定其所在的区域，识别标签100将会确定需要什么行为。例如，只要确定其是在其家庭区域，或在被指定的“安静区域”，识别标签100可免除位置消息的传输。另外或可替换地，信标信息可包括被适配为控制第一标签的操作的指令。这允许系统的操作人员根据一天中的时间或响应于诸如紧急事件之类的特定事件来影响标签的行为。
在特定的优选实施例中，信标信息包括操作范围信息，且方法进一步包括：有条件地根据操作范围信息，降低磁感应模块的敏感度。
标签优选地包括被耦合至被适当调谐的电子线路的线圈，以将具有特定目标频率的被检测到的变化的磁场转换为可被进一步处理的电信号。磁感应模块的敏感度的降低可包括通过添加或移除电容或电感组件来电子地修改磁感应模块的调谐电路。因此，电子线路优选地以此方法设计：其可被有意地和可逆地解调(具体地，通过借助于适当受控的晶体管而动态地将附加的电容或电感切换至调谐电路)。通过解调调谐电路，磁电感接收器的有效范围可被有意地减少。这允许标签区分“一般接近”于信标(例如，当佩戴标签时走过信标)和“极度接近”于信标(例如，拿起标签靠近信标的外壳)，因为在被降低敏感度的模式中接收到的任何信号表明在信标的非常接近的距离(极度接近)中。取决于所期望的应用，可使用“一般接近”来触发有人正在接近诸如被监视的病人不被授权使用的出口之类敏感区域的警报(因此，当患者走出他们的病房或他们被指定的区域时可被检测到)。
取决于所期望的应用，可使用“极度接近”作为执行可导致门或大门等的打开的认证的触发。在本发明的实施例中，信标可通过磁感应来在其发射的信号中指示它的类型。标签可被配置为，只在接收到信标是需要极度接近来触发特定动作的类型的指示时，才如上文所述的解调它的磁感应电路。以相同的方式，当标签切换为经降低的敏感度模式时它可切换为连续接收模式。以此方式，标签变成短距离的访问徽章，访问徽章只在它被带进访问控制信标的近距离内的情况下被触发，不需要针对访问控制信标以及针对一般本地化信标使用不同的信标硬件。当在经降低的敏感度的范围内，标签可接收第二信标消息，并随后传送访问请求消息。借助于磁感应此访问请求消息可被直接发送至相同的信标，若标签被如此配置，或，更优选地，可由RF传输广播且由在RF范围内的任何一个信标或耦合至中央系统的另一个RF接收器拾取。
访问控制可以若干不同的方式实现。通过在非授权的人接近之际锁住常开的门(由于被此人的标签在接近门的信标之际发送的本地化信号检测到)，对区域的访问可被限制。相反，可选择地在执行“加徽章”动作之后，通过在经授权的人接近之际开启常锁的门而调整访问，“加徽章”动作由以下组成：触发正在接近的人的标签的经降低的敏感度的模式，传送另一个信标消息，以及从正被考虑的标签接收适当的本地化消息。
在本发明的各实施例中，第一标签接收来自第二标签的信标消息，第二标签能够临时切换为“信标模式”，其中第二标签通过磁感应通信来传送信标消息。此“信标模式”从而允许至少单向的标签至标签通信。此特征形成其中标签与另一个标签逻辑配对的使用情况的基础。附加地或替换地，此特征可形成从第二标签将短指令发送至第一标签的基础，诸如配置指令或第一标签的辅助功能(阅读灯、闹钟…)的激活/停用。
优选地，第一标签和/或第二标签经过一个或多个固定的信标将配对消息传送至监视系统，以指示第一标签与第二标签被配对或将要被配对。一旦被配对，中央系统就可针对被配对的标签应用不同的访问和警报规则。具体地，第一标签和第二标签的配对状态可被不同地用作对待这些标签中的一个或两者的游走事件和访问请求的触发。因此，在医院情形中，患者只有当他的标签与护士的标签配对时才可被准予访问通常被限制的某些区域，假定护士的标签同样出现在访问控制信标处。在另一个场景中，被拘留人员可被允许在被指定的区域自由随意走动，只要他的徽章与经许可的访客或守卫的徽章配对。
虽然配对只是逻辑状态，不是物理状态，借助于在一个或两个标签上的指示器来警示用户配对状态是有用的。这些指示器可为视觉的，诸如亮起或闪烁的LED或在LCD屏幕上的指示器，或是听觉的，诸如一连串连续的低音量蜂鸣音。
配对状态可在预设的时间量后过期。附加地或替换地，通过进入中央系统的指令可终止配对状态。附加地或替换地，通过与第一标签和/或第二标签的特定交互(例如，按压用于该目的的按钮)可终止配对状态。
现在将进一步参照图2更详细地描述根据本发明的示例性实施例的识别标签100的功能性结构。图2例示出在位置系统中使用的识别标签，该位置系统用以确定识别标签在由至少一个信标监视的区域内的位置，至少一个信标被适配成将信标消息广播成磁场中的变化，其中信标消息包括信标信息；识别标签包括：被配置为将变化的磁场转换为电信号的磁感应模块120；被适配为解码电信号且从中提取第一信标消息的处理模块135；以及被适配为传送本地化消息的发射器140；其中标签100被配置为通过发射器140有条件地根据信标信息来传送本地化消息。
由于本发明可在不引用如电池、功率管理器、用户界面等常见元素的情况下被理解，这些元素没有被包括在图2中，以保持后者的简洁。
处理模块135可用作常见的前端和执行同步，并解码从机电(超声)信号与电磁(磁感应)信号中获取的相应的电信号。因此，被用来将超声波转换为电信号的硬件(本文中也称为超声接收器模块110)和被用于执行磁感应耦合的硬件(本文中也称为磁感应模块120)两者都被耦合至相同的处理模块135。处理模块135被进一步连接至发射器140。处理模块135解码数字信号，从而检索或提取被传送的信息，并实现响应于信标消息的针对本地化消息的传输的条件的评估。
超声接收器模块110具有主要包括对所使用的超声信号具有合适的频率响应的麦克风元件的通道接口。磁感应模块120具有主要包括线圈或铁氧体天线以及谐振电路的通道接口。这些组件，以及必要的辅助组件，只被示意性地示出。
如上的有关于处理模块135的功能可在专用硬件(例如，ASIC)、可配置硬件(例如，FPGA)、可编程组件(例如，具有合适的软件的DSP或通用处理器)或其任何组合中实现。相同的组件也可能包括其他功能，包括超声接收器模块110的部件和/或磁感应模块120的部件。本发明还涉及计算机程序(可选择地存储在计算机可读介质上)，包括被适配为使处理器实现识别标签100的如上功能的代码装置。
尽管已经参考特定实施例如上描述了本发明，这是为了说明而完成的，并不是要限制本发明，本发明的范围由附加的权利要求来定义。本领域技术人员将容易理解，与本文中所描述的那些不同的特征的组合不脱离所要求保护的发明的范围。

Claims (13)

1.一种在由一个或多个信标(200)监视的区域中检测第一标签(100)的方法，所述第一标签(100)包括磁感应模块(121)以及发射器(140)，所述方法包括在所述标签处的以下步骤：
-借助于所述磁感应模块，将第一信标消息接收为磁场中的变化，所述第一信标消息包括信标信息；
-从所述第一信标消息中提取所述信标信息；
-有条件地根据所述信标信息，借助于所述发射器(140)来发送本地化消息，
其中所述信标信息包括操作范围信息，所述方法进一步包括：有条件地根据所述操作范围信息，降低所述磁感应模块(121)的敏感度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射器(140)包括射频发射器。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一信标消息由所述信标(200)中的一个来广播，所述信标中的所述一个被定位在一区域中，其中所述信标信息包括与所述区域有关的信息，且其中所述有条件地传送本地化消息包括将所述信息与存储在所述第一标签(100)上的一个或多个区域进行比较。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述信标信息包括被适配成控制所述第一标签(100)的操作的指令。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述磁感应模块(121)的所述敏感度的所述降低包括通过添加或移除电容或电感组件来电子地修改所述磁感应模块(121)的调谐电路。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述第一标签(100)切换成连续接收模式。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括当所述敏感度被降低时接收第二信标消息，以及传送访问请求消息。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括将第二标签切换成信标模式，其中所述第一信标消息从所述第二标签接收。
9.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括被配置为使处理器以前述权利要求中的任一项所述的方法执行所述第一标签的功能的代码装置。
10.一种在位置系统中使用的识别标签(100)，所述位置系统用于确定所述识别标签在由至少一个信标监视的区域内的位置，所述至少一个信标被适配成将信标消息广播成磁场中的变化，其中信标消息包括信标信息；
所述识别标签包括：
-被配置为将变化的磁场转换为电信号的磁感应模块(120)；
-被适配为解码所述电信号且从中提取第一信标消息的处理模块(135)；以及
-被适配为传送本地化消息的发射器(140)；
其中所述标签被配置为借助于所述发射器有条件地根据所述信标信息来传送本地化消息，
其中所述标签进一步被配置为随着包含在所述信标信息中的操作范围信息来选择性地适配所述磁感应模块的敏感度。
11.根据权利要求10所述的识别标签(100)，其特征在于，所述发射器包括射频发射器。
12.根据权利要求10或11所述的识别标签(100)，其特征在于，进一步包括被配置为通过添加或移除电容或电感组件电子地修改所述磁感应模块(121)的调谐电路的敏感度切换装置。
13.一种包括根据权利要求10-12任一项所述的第一标签(100)以及在根据权利要求1-8中任一项所述的方法中使用的信标(200)的系统。
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