CN107493567A - 用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统及方法 - Google Patents

用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统及方法 Download PDF

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孙伟华
丁昊
韩玮
李宁
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Abstract

本发明涉及一种用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统及方法，其中该用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统包括：移动节点模块、外部局域网模块、锚节点模块、桥节点模块和实时服务器基站模块。采用该用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统及方法，相对于传统单一的定位技术，增加了行为监管功能，通过人与移动节点的一一绑定和个人位置与行为特征数据库的建立，实现了将信息系统中的每个人的信息和现实中的每个人动态的联系起来的功能，同时可主动识别并自动按照预先设定进行报警，真正意义上实现了特殊场所管理的信息化、智能化，还通过多源数据融合技术和实测数据迭代训练异常行为检测算法提高了准确性与可靠性，具有更广泛的应用范围。

Description

用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统及方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及超宽带实时定位的技术领域，具体是指用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统及方法。
背景技术
看守所、监狱是国家公安司法的重要组成部分，担负着执行法纪、教育改造的重要使命。这些特殊场所的安全关系着社会的稳定，地位举足轻重。然而，即使安全防卫设施及建造标准严苛，近年来国内仍频发越狱事件，看守所和监狱的安全和稳定始终面临着着严峻考验。
现有看守所、监狱等特殊场所使用的对讲报警系统，视频监控、监听系统，门禁系统存在一些问题，主要包括两方面：一、各种科技手段如视频监控、监听系统，门禁系统，对讲系统等独立运行，缺少多源数据融合和多种技术手段协同工作；二、目前监所的管理手段无法起到预防、预警的作用，大部分架构是人为监控操作，在监控侦测，行为分析、检测，数据分析和判断能力上存在诸多不足，降低了安全性和实效性。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统及方法。
为了实现上述目的，本发明的用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统及方法如下：
该用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统，其主要特点是，包括移动节点模块、外部局域网模块、锚节点模块、桥节点模块和实时服务器基站模块，其中：
所述的移动节点模块包括：
第一加速度传感器单元，用于将数据转换为第一超宽带脉冲信号；
第一天线单元；
第一超宽带发送单元，与所述的第一加速度传感器单元相连接，用于接收所述的第一超宽带脉冲信号，且与所述的第一天线单元相连接，用于发送所述的第一超宽带脉冲信号；
第一电池连接器单元；
所述的锚节点模块通过无线通信链路与所述的移动节点模块相连接，所述的锚节点模块包括：
第二天线单元；
第二超宽带收发单元，与所述的第二天线单元相连接，用于接收所述的第一超宽带发送单元发送的第一超宽带脉冲信号，或用于发送第二超宽带脉冲信号；
第二电池连接器单元；
第二电源接口单元；
所述的桥节点模块通过无线通信链路分别与所述的移动节点模块、锚节点模块相连接，所述的桥节点模块包括：
第三天线单元；
第三电池连接器单元；
第三电源接口单元；
以太网接口单元，通过有线通信链路或无线通信链路连接所述的外部局域网模块；
第三超宽带接收单元，与所述的第三天线单元相连接，用于接收所述的第一超宽带发送单元发送的第一超宽带脉冲信号和所述的第二超宽带脉冲信号，且与所述的以太网接口单元相连接，用于发送第三超宽带脉冲信号；
所述的实时服务器基站模块，通过有线局域网链路或无线通信链路与所述的桥节点模块相连接，用于存储并处理所述的第三超宽带脉冲信号。
该用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统中的第一超宽带脉冲信号包括所述的移动节点模块自身的ID信息，所述的第二超宽带脉冲信号包括第一超宽带脉冲信号的信息以及所述的锚节点模块的ID信息，所述的第三超宽带脉冲信号分别包括第一超宽带脉冲信号、第二超宽带脉冲信号的信息以及所述的桥节点模块的ID信息。
该用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统中的锚节点模块可对接收到的第一超宽带脉冲信号的信号强度进行测量，所述的桥节点模块可对接收到的第二超宽带脉冲信号的信号强度进行测量。
该用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统中的实时服务器基站模块，可根据存储的该第三超宽带脉冲信号对异常行为予以警告。
该基于上述的系统实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)通过室内三维空间的范围，确定一包括移动节点模块、外部局域网模块、锚节点模块、桥节点模块和实时服务器基站模块在内的用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统，对所述的锚节点模块和桥节点模块的安装数量及安装位置予以确认并安装；
(2)根据监管区域室内空间的范围，建模生成二维室内结构图；
(3)将所述的用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统模块上电；
(4)通过所述的桥节点模块的一以太网接口单元连接所述的实时服务器基站模块；
(5)被监管人员佩戴所述的移动节点模块后进入监管区域；
(6)所述的锚节点模块、桥节点模块接收所述的移动节点模块发送的第一超宽带脉冲信号，所述的锚节点模块发送第二超宽带脉冲信号，所述的桥节点模块发送第三超宽带脉冲信号；
(7)所述的实时服务器基站模块存储并处理接收到的该第三超宽带脉冲信号。
该实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法中的第一超宽带脉冲信号包括所述的移动节点模块自身的ID信息，所述的第二超宽带脉冲信号包括第一超宽带脉冲信号的信息以及所述的锚节点模块的ID信息，所述的第三超宽带脉冲信号分别包括第一超宽带脉冲信号、第二超宽带脉冲信号的信息以及所述的桥节点模块的ID信息。
该实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法中的锚节点模块可对接收到的第一超宽带脉冲信号的信号强度进行测量，所述的桥节点模块可对接收到的第二超宽带脉冲信号的信号强度进行测量。
该实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法中的实时服务器基站模块，可根据存储的该第三超宽带脉冲信号对异常行为予以警告。
该实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法中，步骤(6)进一步包括：
所述的锚节点模块和所述的桥节点模块接收所述的移动节点模块发送的第一超宽带脉冲信号，所述的锚节点模块将第二超宽带脉冲信号发送至所述的桥节点模块，所述的桥节点模块第三超宽带脉冲信号发送至所述的实时服务器基站模块。
该实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法中，步骤(7)具体包括：
(7.1)所述的实时服务器基站模块接收所述的第三超宽带脉冲信号，并通过TDOA(Time Difference of Arrival到达时间差)算法计算出该时间点所述的移动节点位置，展现在所述的二维室内结构图上，并通过行为算法计算出所述的移动节点模块的行为；
(7.2)所述的实时服务器基站模块根据接收到的所述的第三超宽带脉冲信号与被监管人员的一一对应关系，确定被监管人员ID，并将该被监管人员ID及其位置坐标、行为数据和时间戳进行以下处理：
(7.2.1)直接存入实时数据库；
(7.2.2)经过一系列算法处理后存入人员数据库、轨迹数据库、特征数据库。
(7.3)所述的实时服务器基站模块通过历史数据和动态数据进行自学习和迭代优化，用于实现行为特征曲线以及行为异常预警阈值设置。
(7.4)所述的实时服务器基站模块将被监控人实时轨迹和行为信息与被监控人特征数据库及异常列表进行对比，若达到异常预警阈值，则报警。
(7.5)所述的实时服务器基站模块将达到异常预警阈值的数据存入位置相关异常行为结果数据库和位置相关异常行为结果数据库。
采用了该发明的用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统及方法，相对于传统单一的定位技术，增加了行为监管功能，通过人与移动节点的一一绑定和个人位置与行为特征数据库的建立，实现了将信息系统中的每个人的信息和现实中的每个人动态的联系起来的功能，同时可主动识别并自动按照预先设定进行报警，真正意义上实现了特殊场所管理的信息化、智能化，还通过多源数据融合技术和实测数据迭代训练异常行为检测算法提高了准确性与可靠性，使其适用于监管要求较高的特殊场所。
附图说明
图1为本发明的用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统的硬件架构示意图。
图2为本发明的实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法的二维室内结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
请参阅图1所示，其为本发明的用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统的硬件架构示意图。该用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统，包括移动节点模块、外部局域网模块、锚节点模块、桥节点模块和实时服务器基站模块，其中：
所述的移动节点模块包括：
第一加速度传感器单元，用于将数据转换为第一超宽带脉冲信号；
第一天线单元；
第一超宽带发送单元，与所述的第一加速度传感器单元相连接，用于接收所述的第一超宽带脉冲信号，且与所述的第一天线单元相连接，用于发送所述的第一超宽带脉冲信号；
第一电池连接器单元；
所述的锚节点模块通过无线通信链路与所述的移动节点模块相连接，所述的锚节点模块包括：
第二天线单元；
第二超宽带收发单元，与所述的第二天线单元相连接，用于接收所述的第一超宽带发送单元发送的第一超宽带脉冲信号，或用于发送第二超宽带脉冲信号；
第二电池连接器单元，该第二电池连接器单元作为备用电源，可根据情况省去；
第二电源接口单元；
所述的桥节点模块通过无线通信链路分别与所述的移动节点模块、锚节点模块相连接，所述的桥节点模块包括：
第三天线单元；
第三电池连接器单元，该第三电池连接器单元作为备用电源，可根据情况省去；
第三电源接口单元；
以太网接口单元，通过有线通信链路或无线通信链路连接所述的外部局域网模块；
第三超宽带接收单元，与所述的第三天线单元相连接，用于接收所述的第一超宽带发送单元发送的第一超宽带脉冲信号和所述的第二超宽带脉冲信号，且与所述的以太网接口单元相连接，用于发送第三超宽带脉冲信号；
所述的实时服务器基站模块，通过有线局域网链路或无线通信链路与所述的桥节点模块相连接，用于存储并处理所述的第三超宽带脉冲信号。
该用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统中的第一超宽带脉冲信号包括所述的移动节点模块自身的ID信息，所述的第二超宽带脉冲信号包括第一超宽带脉冲信号的信息以及所述的锚节点模块的ID信息，所述的第三超宽带脉冲信号分别包括第一超宽带脉冲信号、第二超宽带脉冲信号的信息以及所述的桥节点模块的ID信息。
该用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统中的锚节点模块可对接收到的第一超宽带脉冲信号的信号强度进行测量，所述的桥节点模块可对接收到的第二超宽带脉冲信号的信号强度进行测量。
该用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统中的实时服务器基站模块，用于存储并处理接收到的数据，包括形成及不断优化特征数据库，异常行为预警等。
请参阅图2所示，其为本发明的实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法的二维室内结构示意图。锚节点与桥节点固定安装于墙面、天花板或屋顶，由室内三维空间范围确定其安装数量及安装位置。而在具体实施例中，存在移动节点超宽带脉冲信号范围内锚节点及桥节点的数量超过4个的情况，以实现对用户对移动节点的定位精度有要求时，可以通过直接在室内二维空间中增加锚节点，获取更高的移动节点定位精度。
所述的移动节点发送的超宽带信号中包括该移动节点的ID信息；所述的锚节点、桥节点在接收到超宽带信号后要加上自身的ID信息及时间戳后进行转发。以供所述的实时服务器基站对其进行处理，获取所述的移动节点的实时位置。
所述的锚节点中各超宽带收发模块可进行同时的独立读写，可同时进行超宽带脉冲信号的接收或发送操作，以及对接收到的超宽带脉冲信号的信号强度进行测量。
在具体实施例中，所述的实时服务器基站对所述的多路锚节点及桥节点超宽带通信模块接收到的超宽带脉冲信号进行处理，归并不同的锚节点及桥节点接收到的来自于同一移动节点的超宽带脉冲信号，并根据接收该超宽带脉冲信号的锚节点及桥节点的安装位置的二维坐标、该射频信号的信号强度及信号接收的时间差，来计算和定位所述的移动节点的方向与大致距离。
该基于上述的系统实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法，其中包括以下步骤：
(1)通过室内三维空间的范围，确定一包括移动节点模块、外部局域网模块、锚节点模块、桥节点模块和实时服务器基站模块在内的用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统，对所述的锚节点模块和桥节点模块的安装数量及安装位置予以确认并安装；
(2)根据监管区域室内空间的范围，建模生成二维室内结构图；
(3)将所述的用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统模块上电；
(4)通过所述的桥节点模块的一以太网接口单元连接所述的实时服务器基站模块；
(5)被监管人员佩戴所述的移动节点模块后进入监管区域；
(6)所述的锚节点模块、桥节点模块接收所述的移动节点模块发送的第一超宽带脉冲信号，所述的锚节点模块发送第二超宽带脉冲信号，所述的桥节点模块发送第三超宽带脉冲信号；
(7)所述的实时服务器基站模块存储并处理接收到的该第三超宽带脉冲信号。
该实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法中的第一超宽带脉冲信号包括所述的移动节点模块自身的ID信息，所述的第二超宽带脉冲信号包括第一超宽带脉冲信号的信息以及所述的锚节点模块的ID信息，所述的第三超宽带脉冲信号分别包括第一超宽带脉冲信号、第二超宽带脉冲信号的信息以及所述的桥节点模块的ID信息。
该实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法中的锚节点模块可对接收到的第一超宽带脉冲信号的信号强度进行测量，所述的桥节点模块可对接收到的第二超宽带脉冲信号的信号强度进行测量。
该实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法中的实时服务器基站模块，可根据存储的该第三超宽带脉冲信号对异常行为予以警告。
该实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法中，步骤(6)进一步包括：
所述的锚节点模块和所述的桥节点模块接收所述的移动节点模块发送的第一超宽带脉冲信号，所述的锚节点模块将第二超宽带脉冲信号发送至所述的桥节点模块，所述的桥节点模块第三超宽带脉冲信号发送至所述的实时服务器基站模块。
该实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法中，步骤(7)具体包括：
(7.1)所述的实时服务器基站模块接收所述的第三超宽带脉冲信号，并通过TDOA(Time Difference of Arrival到达时间差)算法计算出该时间点所述的移动节点位置，展现在所述的二维室内结构图上，并通过行为算法计算出所述的移动节点模块的行为；
(7.2)所述的实时服务器基站模块根据接收到的所述的第三超宽带脉冲信号与被监管人员的一一对应关系，确定被监管人员ID，并将该被监管人员ID及其位置坐标、行为数据和时间戳进行以下处理：
(7.2.1)直接存入实时数据库；
(7.2.2)经过一系列算法处理后存入人员数据库、轨迹数据库、特征数据库。
(7.3)所述的实时服务器基站模块通过历史数据和动态数据进行自学习和迭代优化，用于实现行为特征曲线以及行为异常预警阈值设置。
(7.4)所述的实时服务器基站模块将被监控人实时轨迹和行为信息与被监控人特征数据库及异常列表进行对比，若达到异常预警阈值，则报警。
(7.5)所述的实时服务器基站模块将达到异常预警阈值的数据存入位置相关异常行为结果数据库和位置相关异常行为结果数据库。
采用了本发明的用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统及方法，相对于传统单一的定位技术，增加了行为监管功能，通过人与移动节点的一一绑定和个人位置与行为特征数据库的建立，实现了将信息系统中的每个人的信息和现实中的每个人动态的联系起来的功能，同时可主动识别并自动按照预先设定进行报警，真正意义上实现了特殊场所管理的信息化、智能化，还通过多源数据融合技术和实测数据迭代训练异常行为检测算法提高了准确性与可靠性，使其适用于监管要求较高的特殊场所。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统，其特征在于，所述的系统包括移动节点模块、外部局域网模块、锚节点模块、桥节点模块和实时服务器基站模块，其中：
所述的移动节点模块包括：
第一加速度传感器单元，用于将数据转换为第一超宽带脉冲信号；
第一天线单元；
第一超宽带发送单元，与所述的第一加速度传感器单元相连接，用于接收所述的第一超宽带脉冲信号，且与所述的第一天线单元相连接，用于发送所述的第一超宽带脉冲信号；
第一电池连接器单元；
所述的锚节点模块通过无线通信链路与所述的移动节点模块相连接，所述的锚节点模块包括：
第二天线单元；
第二超宽带收发单元，与所述的第二天线单元相连接，用于接收所述的第一超宽带发送单元发送的第一超宽带脉冲信号，或用于发送第二超宽带脉冲信号；
第二电池连接器单元；
第二电源接口单元；
所述的桥节点模块通过无线通信链路分别与所述的移动节点模块、锚节点模块相连接，所述的桥节点模块包括：
第三天线单元；
第三电池连接器单元；
第三电源接口单元；
以太网接口单元，通过有线通信链路或无线通信链路连接所述的外部局域网模块；
第三超宽带接收单元，与所述的第三天线单元相连接，用于接收所述的第一超宽带发送单元发送的第一超宽带脉冲信号和所述的第二超宽带脉冲信号，且与所述的以太网接口单元相连接，用于发送第三超宽带脉冲信号；
所述的实时服务器基站模块通过有线局域网链路或无线通信链路与所述的桥节点模块相连接，用于存储并处理所述的第三超宽带脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统，其特征在于，所述的第一超宽带脉冲信号包括所述的移动节点模块自身的ID信息，所述的第二超宽带脉冲信号包括第一超宽带脉冲信号的信息以及所述的锚节点模块的ID信息，所述的第三超宽带脉冲信号分别包括第一超宽带脉冲信号、第二超宽带脉冲信号的信息以及所述的桥节点模块的ID信息。
3.根据权利要求1所述的用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统，其特征在于，所述的锚节点模块可对接收到的第一超宽带脉冲信号的信号强度进行测量，所述的桥节点模块可对接收到的第二超宽带脉冲信号的信号强度进行测量。
4.根据权利要求1所述的用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统，其特征在于，所述的实时服务器基站模块，可根据存储的该第三超宽带脉冲信号对异常行为予以警告。
5.一种基于权利要求1所述的系统实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)通过室内三维空间的范围，确定一包括移动节点模块、外部局域网模块、锚节点模块、桥节点模块和实时服务器基站模块在内的用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统，对所述的锚节点模块和桥节点模块的安装数量及安装位置予以确认并安装；
(2)根据监管区域室内空间的范围，建模生成二维室内结构图；
(3)将所述的用于监管特殊室内场所人员位置和行为的系统模块上电；
(4)通过所述的桥节点模块的一以太网接口单元连接所述的实时服务器基站模块；
(5)被监管人员佩戴所述的移动节点模块后进入监管区域；
(6)所述的锚节点模块、桥节点模块接收所述的移动节点模块发送的第一超宽带脉冲信号，所述的锚节点模块发送第二超宽带脉冲信号，所述的桥节点模块发送第三超宽带脉冲信号；
(7)所述的实时服务器基站模块存储并处理接收到的该第三超宽带脉冲信号。
6.根据权利要求5所述的实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法，其特征在于，所述的第一超宽带脉冲信号包括所述的移动节点模块自身的ID信息，所述的第二超宽带脉冲信号包括第一超宽带脉冲信号的信息以及所述的锚节点模块的ID信息，所述的第三超宽带脉冲信号分别包括第一超宽带脉冲信号、第二超宽带脉冲信号的信息以及所述的桥节点模块的ID信息。
7.根据权利要求5所述的实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法，其特征在于，所述的锚节点模块可对接收到的第一超宽带脉冲信号的信号强度进行测量，所述的桥节点模块可对接收到的第二超宽带脉冲信号的信号强度进行测量。
8.根据权利要求5所述的实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法，其特征在于，所述的实时服务器基站模块，可根据存储的该第三超宽带脉冲信号对异常行为予以警告。
9.根据权利要求5所述的实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法，其特征在于，所述的步骤(6)进一步包括：
所述的锚节点模块和所述的桥节点模块接收所述的移动节点模块发送的第一超宽带脉冲信号，所述的锚节点模块将第二超宽带脉冲信号发送至所述的桥节点模块，所述的桥节点模块第三超宽带脉冲信号发送至所述的实时服务器基站模块。
10.根据权利要求5所述的实现特殊室内场所人员位置和行为监管控制的方法，其特征在于，所述的步骤(7)具体包括：
(7.1)所述的实时服务器基站模块接收所述的第三超宽带脉冲信号，并通过到达时间差TDOA算法计算出该时间点所述的移动节点位置，展现在所述的二维室内结构图上，并通过行为算法计算出所述的移动节点模块的行为；
(7.2)所述的实时服务器基站模块根据接收到的所述的第三超宽带脉冲信号与被监管人员的一一对应关系，确定被监管人员ID，并将该被监管人员ID及其位置坐标、行为数据和时间戳进行以下处理：
(7.2.1)直接存入实时数据库；
(7.2.2)经过一系列算法处理后存入人员数据库、轨迹数据库、特征数据库。
(7.3)所述的实时服务器基站模块通过历史数据和动态数据进行自学习和迭代优化，用于实现行为特征曲线以及行为异常预警阈值设置。
(7.4)所述的实时服务器基站模块将被监控人实时轨迹和行为信息与被监控人特征数据库及异常列表进行对比，若达到异常预警阈值，则报警。
(7.5)所述的实时服务器基站模块将达到异常预警阈值的数据存入位置相关异常行为结果数据库和位置相关异常行为结果数据库。
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