CN107257548A - 一种基于4g技术的消防人员定位方法 - Google Patents

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温庆超
吴汉光
宁金龙
朱化鼎
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Abstract

本发明提供了一种基于4G技术的消防人员定位方法，其包括：S1：在发生灾情的区域附近部署移动基站，被定位的消防人员在作业时随身携带分配有唯一标识的移动终端；S2：为不同标识的移动终端分配固定的不同的时频资源，用于移动终端的上行通信；S3：消防人员携带的移动终端与基站保持通信，持续在被分配的时频资源上发射周期性信号；S4：基站测量各个移动终端上行所占用的时频资源的信号强度，并结合其获得的各个移动终端上报的其所在位置的下行场强值，对各个移动终端的位置进行估算和定位。本发明采用单个基站接入点与多个移动终端实现定位，不受应用场景局限；使用方便，定位精度高。

Description

一种基于4G技术的消防人员定位方法
技术领域
本发明涉及一种基于4G技术的消防人员定位方法。
背景技术
消防是一项极其危险和复杂的工作，在救火过程中消防员时刻都面临着生命的威胁。为了减少消防员在火场面临的的风险，保障作业人员的安全，需要在充满烟雾的环境中对人员进行精确的定位，保障现场指挥与救援工作的顺利进行。
在现有技术中，对于户外环境，采用GPS卫星定位是一种成熟的无线定位技术，已在很多行业得到了广泛的应用；对于室内环境，现有定位技术包括陀螺仪、射频识别(RFID)、Zigbee、WiFi等方法。
但是，上述定位方法的应用局限性很大，达不到预期的效果，其应用价值较低。
GPS的定位技术虽然具有较高的精度，但是需要依赖移动终端能够接收到卫星发出的GPS信号。在室内的环境中，由于建筑物的遮挡，难以接收到GPS信号，因此GPS的定位方法在室内环境无法实现目标的定位与跟踪。
基于陀螺仪的定位方法是基于角速度检测的原理而设计的，通过一系列的运算，得到的定位位置是相对于上次定位的一个相对值。由于指向性存在一定的偏差，当长时间得不到补偿时，偏差就会在一定程度上进行累加，以至于操作的体验越来越差，导致精度较低，具有很大的局限性。
利用RFID、Zigbee、WiFi等实现定位的方法一般需要使用多个发射器和接收器，或者依赖建筑物内的预先安装的信标来确定目标位置并进行跟踪，这些技术在普通的室内定位中有一定应用。但是对于火灾事故，由于灾情的时间地点的不确定性，以及在灾难事故中有可能会发生预先安装的信标设备的损坏，或者发生灾情的建筑物内并没有预先安装的信标而无法应用。
上述方式的缺陷在于：
1、难以同时适用于户外和室内的场景；
2、依赖网络中或者建筑物内预先安装的信标，或者需要多个发射器和接收器，使用不甚方便；
3、定位偏差大，精度不高。
因此，如何提供一种同时适用于户外与室内，操作方便且定位准确的消防人员定位方法成为了业界需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种基于4G技术的消防人员定位方法，其可同时适用于户外与室内，操作方便且定位准确。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于4G技术的消防人员定位方法，消防人员定位方法包括：
S1：在发生灾情的区域附近部署移动基站，被定位的消防人员在作业时随身携带分配有唯一标识的移动终端；
S2：为不同标识的移动终端分配固定的不同的时频资源，用于移动终端的上行通信；
S3：消防人员携带的移动终端与基站保持通信，持续在被分配的时频资源上发射周期性信号；
S4：基站测量各个移动终端上行所占用的时频资源的信号强度，并结合其获得的各个移动终端上报的其所在位置的下行场强值，对各个移动终端的位置进行估算和定位。
本发明中，消防人员携带的移动终端正常驻留在基站中。
本发明中，移动终端的标识可为例如LTE(长期演进，Long Term Evolution)系统的IMSI，TMSI，IMEI等。
本发明中，通过基站对移动终端下发的测量配置指令，移动终端将周期性地上报其所在位置的下行场强。
本发明采用单个基站接入点与多个移动终端实现定位，不受应用场景局限，特别适合应用于火场环境；无需预先在被定位目标的区域安装信标，也无需在灾情现场安装多个发射器和接收器，使用较为方便；基于4G LTE移动通信技术，对被定位目标发射信号的场强进行测量与跟踪，结合移动时频测量仪，定位精度高。
根据本发明另一具体实施方式，步骤S1中，发生灾情的区域为户外区域时，基站设于移动通信车中；户外区域可为例如森林、物流园区等；基站可通过架设在移动通信车车顶的天线，发射信号覆盖灾情区域。
根据本发明另一具体实施方式，步骤S1中，发生灾情的区域为室内区域时，基站为便携式基站；室内区域可为例如仓库、居民区、商城等；为减少建筑物对信号的阻挡，可将基站部署在室内或者室内附近。
根据本发明另一具体实施方式，步骤S2中，移动终端的上行通信为移动终端至基站的通信。
根据本发明另一具体实施方式，步骤S2中，时频资源为LTE系统的无线资源块(RB)。
本方案中，通过分配固定的不同的RB给不同的移动终端，使得不同移动终端所用的无线资源互不干扰；基站通过RB对不同的移动终端进行区分，进而对不同的消防人员进行区分。
根据本发明另一具体实施方式，步骤S3中，周期性信号为基站对移动终端下发测量配置指令后，移动终端周期性上报的其所在位置的下行场强测量报告；在LTE系统中，测量配置指令通过RRC Connection Reconfigurtion消息携带的measConfig信元下发至移动终端，使得移动终端周期性地触发下行场强测量报告。
根据本发明另一具体实施方式，不同移动终端各自在被分配的时频资源上与基站进行上行通信，其所占用的时频资源的信号强度为上行信号强度。
根据本发明另一具体实施方式，步骤S4中，移动终端的下行场强值和上行信号强度越小，移动终端离基站越远；反之移动终端离基站越近。
根据本发明另一具体实施方式，消防人员定位方法进一步包括步骤S5：当某一个移动终端的位置出现异常(如移动终端长时间未移动或处于危险区域)时，通过时频测量仪搜索该移动终端的上行信号，找到该移动终端的具体位置。
根据本发明另一具体实施方式，时频测量仪用于测量异常移动终端的上行信号强度，上行信号强度最大的方向即为异常移动终端所在的方向；沿此方向移动时频测量仪，进一步确认上行信号强度最大的方向，并逐步修正时频测量仪的移动方向，直到到达异常移动终端所在位置。
本方案中，时频测量仪通过其配备的定向天线，针对异常移动终端所用的RB上的上行信号强度进行测量；通过移动定向天线，寻找异常移动终端上行信号强度最大的方向。
同时，本发明还提供了一种基于上述消防人员定位方法架构的定位系统。
与现有技术相比，本发明具备如下有益效果：
1、采用单个基站接入点与多个移动终端实现定位，不受应用场景局限，既可用于户外，也可用于室内，特别适合应用于火场环境；
2、无需预先在被定位目标的区域安装信标，也无需在灾情现场安装多个发射器和接收器，使用较为方便；
3、基于4G LTE移动通信技术，对被定位目标发射信号的场强进行测量与跟踪，结合移动时频测量仪，定位精度高。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是实施例1的消防人员定位方法的实施流程图；
图2是实施例1的LTE系统的时频资源的分配示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种基于4G技术的消防人员定位方法，同时提供了一种基于上述方法架构的定位系统。
定位系统主要包括基站、核心网、移动终端和时频测量仪。基站可实现系统广播信息的调度和发送、移动性和调度的测量以及测量报告的配置，并对移动终端的上下行资源进行动态分配和调度；核心网的功能为保存用户相关信息，对用户鉴权、承载管理；移动终端可接收下行信号、测量和上报无线信号强度和发射上行信号；时频测量仪可对指定的时频资源信号强度进行测量。
如图1所示，消防人员定位方法包括如下步骤：
S1：在发生灾情的区域附近部署移动基站，被定位的消防人员在作业时随身携带分配有唯一标识的移动终端。
发生灾情的区域为户外区域(例如森林、物流园区等)时，基站设于移动通信车中；基站可通过架设在移动通信车车顶的天线，发射信号覆盖灾情区域。
发生灾情的区域为室内区域(例如仓库、居民区、商城等)时，基站为便携式基站；为减少建筑物对信号的阻挡，可将基站部署在室内或者室内附近。
消防人员携带的移动终端正常驻留在基站中。
S2：为不同标识的移动终端分配固定的不同的时频资源，用于移动终端的上行通信。
移动终端的标识为LTE系统的IMSI，TMSI，IMEI等，移动终端的上行通信为移动终端至基站的通信；时频资源为LTE系统的无线资源块(RB)。
通过分配固定的不同的RB给不同的移动终端，使得不同移动终端所用的无线资源互不干扰；基站通过RB对不同的移动终端进行区分，进而对不同的消防人员进行区分。
S3：消防人员携带的移动终端与基站保持通信，持续在被分配的时频资源上发射周期性信号。
周期性信号为基站对移动终端下发测量配置指令后，移动终端周期性上报的其所在位置的下行场强测量报告；在LTE系统中，测量配置指令通过RRC ConnectionReconfigurtion消息携带的measConfig信元下发至移动终端，使得移动终端周期性地触发下行场强测量报告，上报其所在位置的下行场强。
S4：基站测量各个移动终端上行所占用的时频资源的信号强度，并结合其获得的各个移动终端上报的其所在位置的下行场强值，对各个移动终端的位置进行估算和定位。
不同移动终端各自在被分配的时频资源上与基站进行上行通信，其所占用的时频资源的信号强度为上行信号强度；移动终端的下行场强值和上行信号强度越小，移动终端离基站越远；反之移动终端离基站越近。
S5：当某一个移动终端的位置出现异常(如移动终端长时间未移动或处于危险区域)时，通过时频测量仪搜索该移动终端的上行信号，找到该移动终端的具体位置。
时频测量仪用于测量异常移动终端的上行信号强度，上行信号强度最大的方向即为异常移动终端所在的方向；沿此方向移动时频测量仪，进一步确认上行信号强度最大的方向，并逐步修正时频测量仪的移动方向，直到到达异常移动终端所在位置。
时频测量仪通过其配备的定向天线，针对异常移动终端所用的RB上的上行信号强度进行测量；通过移动定向天线，寻找异常移动终端上行信号强度最大的方向。
如图2所示，本实施例中，LTE系统上有100个RB，每个RB包含12个连续的子载波，在时域上包含14个连续的OFDM符号：即频域宽度为180kHz,时间长度为1ms(2个时隙)的物理资源。在本实施例中，为了支持对移动终端的定位，在给移动终端进行时频资源分配时，可以从低频到高频，按顺序分配不同的RB给不同的终端，即终端1占用RB1，终端2占用RB2，终端n占用RBn，以此类推。有100个消防人员参与救援，每人携带一部移动终端，每个移动终端占用一个RB，则每个终端占用的无线资源都互不干扰；基站通过特定的RB识别特定的移动终端，进而识别消防人员。同时，本实施例中，LTE系统采用专网频段(如1447-1467MHz或者1785-1805MHz)，可防止对公网频段产生干扰。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于4G技术的消防人员定位方法，其包括如下步骤：
S1：在发生灾情的区域附近部署移动基站，被定位的消防人员在作业时随身携带分配有唯一标识的移动终端；
S2：为不同标识的移动终端分配固定的不同的时频资源，用于移动终端的上行通信；
S3：消防人员携带的移动终端与基站保持通信，持续在被分配的时频资源上发射周期性信号；
S4：基站测量各个移动终端上行所占用的时频资源的信号强度，并结合其获得的各个移动终端上报的其所在位置的下行场强值，对各个移动终端的位置进行估算和定位。
2.如权利要求1所述的消防人员定位方法，其中，步骤S1中，发生灾情的区域为户外区域时，所述基站设于移动通信车中。
3.如权利要求1所述的消防人员定位方法，其中，步骤S1中，发生灾情的区域为室内区域时，所述基站为便携式基站。
4.如权利要求1所述的消防人员定位方法，其中，步骤S2中，移动终端的上行通信为所述移动终端至所述基站的通信。
5.如权利要求1所述的消防人员定位方法，其中，步骤S2中，所述时频资源为LTE系统的无线资源块。
6.如权利要求1所述的消防人员定位方法，其中，步骤S3中，所述周期性信号为所述基站对所述移动终端下发测量配置指令后，所述移动终端周期性上报的其所在位置的下行场强测量报告。
7.如权利要求1所述的消防人员定位方法，其中，不同所述移动终端各自在被分配的时频资源上与所述基站进行上行通信，其所占用的时频资源的信号强度为上行信号强度。
8.如权利要求1所述的消防人员定位方法，其中，步骤S4中，所述移动终端的下行场强值和上行信号强度越小，所述移动终端离所述基站越远；反之所述移动终端离所述基站越近。
9.如权利要求1所述的消防人员定位方法，其中，所述消防人员定位方法进一步包括步骤S5：当某一个移动终端的位置出现异常时，通过时频测量仪搜索该移动终端的上行信号，找到该移动终端的具体位置。
10.如权利要求9所述的消防人员定位方法，其中，所述时频测量仪用于测量异常移动终端的上行信号强度，上行信号强度最大的方向即为异常移动终端所在的方向；沿此方向移动所述时频测量仪，进一步确认上行信号强度最大的方向，并逐步修正所述时频测量仪的移动方向，直到到达异常移动终端所在位置。
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