CN107870342A - 一种通过电子锁定设备进行定位的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过电子锁定设备进行定位的方法，所述方法包括：将所述第二定位模块设置于监控区域，所述被设置第二定位模块的监控区域为第二位置；利用第二通信模块发送广播报文至第二定位模块，当所述第二定位模块检测到所述第二通信模块发送的广播报文时，关闭第一通信模块和第一定位模块；将所述第二定位模块的标识信息和所属监控区域的第二位置发送至服务端，对所述设备的所述第二位置进行监控；当所述第二定位模块未检测到所述第二通信模块发送的广播报文时，开启第一通信模块和第一定位模块；获取所述设备的第一位置；将所述第一位置发送至服务器端，对所述设备的第一位置进行监控。

Description

一种通过电子锁定设备进行定位的系统及方法

技术领域

本发明涉及定位技术领域，更具体地，涉及一种通过电子锁定设备进行定位的系统及方法。

背景技术

为了满足社区矫正人员、痴呆老人和精神病人等特殊人群的管理需求，通常为这些特殊人群佩戴不能拆卸的电子定位设备，业界称为电子手铐。当特殊人群带上电子手铐后，使用者需要每天24小时佩戴，不能自行拆卸。如使用者进行暴力拆卸，如剪断表带等，电子手铐将通过GSM网络向云端管理平台上报表带破坏告警，管理机构接收到此类告警后，将视具体原因对恶意破坏表带的行为进行处罚。

传统的电子手铐需要持续保持与云端管理平台的联系，以便随时响应管理平台的实时定位需求，要一直打开GSM 2G网络，而电子手铐中的GSM模块是整个电子手铐中耗电最大的模块，待机2mA以上，数据收发时电流可以达到200mA，通常GSM模块的电量消耗占整个电子手铐的85％以上。电子手铐佩戴在使用者的手腕上，电子手铐尺寸受到较大的限制，不能采用过大的锂电池，导致传统电子手铐往往只能待机3-5天左右。由于电子手铐不可自行解开或暴力拆卸，每隔3天就需要使用者佩戴在手上充电2小时，让佩戴者使用体验非常差。

传统电子手铐采用基站定位(也称为LBS)与GPS定位相结合，在户外可采用GPS定位，在室内无GPS信号时采用LBS定位。LBS根据手铐接收到多个基站的信号强度来计算出位置，本身定位精度低，在城市多基站的环境下也只有100米-1000米的精度，在城郊和农村单基站的环境下，定位精度有时候会偏差几公里。GPS和LBS两种定位方式功耗均较大，GPS在室内无法定位，LBS定位精度又不够，室内定位往往就成为了电子手铐定位的盲区。如何提升电子手铐在室内的定位精度以便定位更精准，如何大幅度提升电子手铐待机时间以提高用户体验，都是亟待解决的技术问题。

因此，需要一种技术，以解决如何实现对室内位置进行精准地位。

发明内容

本发明提供了一种通过电子锁定设备进行定位的系统及方法，以解决如何对室内进行精准地位的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种电子锁定设备，所述设备包括：

第一定位模块，通过所述第一定位模块获取所述设备的第一位置；

第一通信模块，通过所述第一通信模块将所述第一位置发送至服务器端，对所述设备的第一位置进行监控；

第二定位模块，将所述第二定位模块设置于监控区域，所述被设置第二定位模块的监控区域为第二位置；接收第二通信模块的广播报文，并将所述第二定位模块的标识信息和所属监控区域的第二位置发送至服务端，对所述设备的所述第二位置进行监控；

第二通信模块，当所述第一通信模块关闭时，所述第二通信模块发送广播报文至所述第二定位模块。

优选地，所述第一定位模块通过全球卫星定位系统获取所述设备的第一位置。

优选地，所述第一通信模块通过全球移动通讯系统GSM进行通信。

优选地，所述第一通信模块在室外环境开启，在室内环境关闭。

优选地，，所述第二通信模块与所述第二定位模块之间通过蓝牙、zigbee、lora方式建立通信连接。

优选地，所述第二定位模块将所述第二定位模块的标识信息和所属监控区域的所述第二位置通过虚拟专用网络VPN发送至服务端。

优选地，所述第二定位模块将所述第二定位模块的标识信息和所属监控区域的所述第二位置进行加密，并将经过加密后的所述第二定位模块的标识信息和所属监控区域的所述第二位置通过虚拟专用网络VPN并进行加密后发送至服务端。

优选地，所述加密采用三重数据加密算法3DES加密算法。

优选地，所述设备包括检测模块，用于对所述设备的是否正常配带进行检测。

基于本发明的另一方面，提供一种通过电子锁定设备进行定位的方法，所述方法包括：

将所述第二定位模块设置于监控区域，所述被设置第二定位模块的监控区域为第二位置；

利用第二通信模块发送广播报文至第二定位模块，当所述第二定位模块检测到所述第二通信模块发送的广播报文时，关闭第一通信模块和第一定位模块；

将所述第二定位模块的标识信息和所属监控区域的第二位置发送至服务端，对所述设备的所述第二位置进行监控；

当所述第二定位模块未检测到所述第二通信模块发送的广播报文时，开启第一通信模块和第一定位模块；获取所述设备的第一位置；

将所述第一位置发送至服务器端，对所述设备的第一位置进行监控。本发明技术方案通过对电子锁定设备增加低功耗的第二通信模块，当大功耗的第一通信模块在关闭时，设备启动第二通信模块，本发明的技术方案利用第二通信模块与设置在室内监控区域内的第二定位模块进行通信，第二模块将所属监控区域的第二位置发送至服务端，实现对室内监控区域的第二位置进行监控。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的一种电子锁定设备结构示意图；

图2为根据本发明实施方式的一种电子锁定设备结构示意图；

图3为根据本发明实施方式的蓝牙VPN网关结构示意图；

图4为根据本发明实施方式的蓝牙VPN网关结构示意图；

图5为根据本发明实施方式的一种电子手铐示意图；以及

图6为根据本发明实施方式的一种通过电子锁定设备进行定位的方法流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的一种电子锁定设备结构示意图。现有的定位技术主要应用于室外，而对于需要经常处于室内位置的定位目标，并且需要对室内的定位进行精准定位，但是现有的实施方式并不能实现对室内目标实现精准定位。本发明实施方式提出了在电子锁定设备上增加低功耗的通信模块，并室内监控区域内增加第二定位模块，通过这两者联动实现高精度室内定位和超长待机的方法。如图1所示，一种电子锁定设备包括：

第一定位模块101，通过第一定位模块获取设备的第一位置。

第一通信模块102，通过第一通信模块将第一位置发送至服务器端，对设备的第一位置进行监控。

第二定位模块102，将第二定位模块设置于监控区域，被设置第二定位模块的监控区域为第二位置；接收第二通信模块的广播报文，并将第二定位模块的标识信息和所属监控区域的第二位置发送至服务端，对设备的第二位置进行监控。

第二通信模块104，当第一通信模块关闭时，第二通信模块发送广播报文至第二定位模块。

优选地，第一定位模块101通过全球卫星定位系统获取设备的第一位置。

优选地，第一通信模块102通过全球移动通讯系统GSM进行通信。

优选地，第一通信模块102在室外环境开启，在室内环境关闭。

优选地，第二通信模块104与第二定位模块103之间通过蓝牙、zigbee、lora方式建立通信连接。

优选地，第二定位模块103将第二定位模块103的标识信息和所属监控区域的第二位置通过虚拟专用网络VPN发送至服务端。

优选地，第二定位模块103将第二定位模块103的标识信息和所属监控区域的第二位置进行加密，并将经过加密后的第二定位模块103的标识信息和所属监控区域的第二位置通过虚拟专用网络VPN并进行加密后发送至服务端。

优选地，加密采用三重数据加密算法3DES加密算法。

优选地，设备包括检测模块，用于对设备的是否正常配带进行检测。

以下对本发明实施方式进行具体举例说明：

如图2所示，为实现室内的精准定位，本申请包括将第一定位模块、第一通信模块和第二通信模块设置于电子手铐1，用蓝牙VPN网关2作为第二定位模块和云端服务器3作为服务器端三个部分进行举例说明：

一种支持低功耗蓝牙的电子手铐，在室内时可以关闭高功耗的GSM模块，转而使用低功耗蓝牙实现与云端服务器的交互，起到降低功耗的作用。电子手铐1内部包括：GPS定位模块1-1，与普通电子手铐用法相同，用于室外周期性或实时GPS定位；GSM模块1-2，与普通电子手铐用法相同，用于在室外环境与服务器的服务端进行通信，以及LBS定位；手铐控制检测模块1-3，用于对电子手铐上锁，以及检测电子手铐表带的完整性，如被破坏可以产生告警；低功耗蓝牙模块1-4，用于在室内时与蓝牙VPN网关2进行低功耗方式通信，此时可关闭GSM模块。

本申请提供一种支持低功耗蓝牙和WIFI无线通信模块、且支持VPN隧道功能的嵌入式网关，可以通过低功耗蓝牙连接方式与电子手铐连接，并通过WIFI网络连入互联网。由于电子手铐使用对象的特殊性，尤其是对假释犯等社区矫正人员，需要确保对电子锁管理/控制/数据的安全性，避免被人在网络中拦截破译并下达非法指令打开电子手铐，需要在互联网连接上建立一条安全的加密隧道，本方案采用VPN的方式来实现，让蓝牙VPN网关起到电子手铐与云端服务器之间的管理/控制/数据报文的安全中继代理，同时云端服务器还可以根据蓝牙VPN网关的注册位置可以反向定位出当前电子手铐的位置。蓝牙VPN网关2内部包括：低功耗蓝牙模块2-1，用于与电子手铐1低功耗方式通信；WIFI模块2-2，用于与室内WIFI网络连接，从而实现蓝牙VPN网关连入互联网；VPN程序2-3，用于与云端服务器3建立VPN隧道，以便云端服务器与蓝牙VPN网关之间安全传输各种控制/数据报文。

一种支持VPN隧道功能的云端服务器，在传统云端服务器上启动VPN隧道，用来保证在互联网上传递的电子手铐数据的安全性，同时云端服务器运行定位服务程序和业务处理程序。云端服务器3内部包括：通信模块3-3，用于连入互联网；VPN程序3-1，用于在互联网的基础上创建和维护与蓝牙VPN网关2之间的VPN隧道；定位服务程序3-3，用于根据电子手铐1和蓝牙VPN网关2传入的位置信息，计算和记录电子手铐的位置，用于查看电子手铐佩戴者的当前位置和历史位置查询；应用处理程序3-4，用于管理电子手铐相关业务，如佩戴者信息、通知下发等，所有管理/控制/数据报文均通过VPN隧道收发，确保了数据的安全性。

电子手铐1与蓝牙VPN网关建立低功耗蓝牙连接后，关闭GSM模块，与云端服务器的交互通过蓝牙VPN网关2来中继完成。由于低功耗蓝牙模块待机电流只有几uA，数据收发也只有10mA以下，功耗只有GSM模块的二十分之一，按照GSM模块功耗占系统85％以上计算，低功耗蓝牙模块电量消耗只需要之前的4.25％，再加上系统其它模块之前15％的功耗，两者加起来的功耗也只有原来的19.25％，约为原来功耗的五分之一。故电子手铐连入低功耗蓝牙并关闭GSM模块后，整机功耗待机时间可延长到原来的五倍以上。

电子手铐1与蓝牙VPN网关2建立低功耗连接后，蓝牙VPN网关2向云端服务器3报告自己已经与电子手铐1建立低功耗蓝牙连接，定位服务程序3-2就可以根据之前蓝牙网关VPN注册时的位置来反向定位出电子手铐当前位置，从而实现了电子手铐在室内的定位。由于低功耗蓝牙的传输距离只有10m左右，故本方案定位精度达到房间级别。另外，低功耗蓝牙技术本身采用了AES加密，使用128位的密钥和128位的数据块，确保了电子手铐1与蓝牙VPN网关之间空中数据传输的高度安全性。

本发明实施方式中更为详细的介绍了三个组件之间的初始化和工作流程，三者共同配合来延长电子手铐待机时间，提升佩戴者的用户体验。同时，在电子手铐低功耗的情况下实现了高精度的室内定位，让管理更加安全可靠。

本申请能够做到提升电子手铐定位精度和延长待机时间的主要处理流程如下：

在电子手铐佩戴者居住的室内/园区内安放蓝牙VPN网关，并在定位服务器上标注每个蓝牙VPN在地图上的位置，做的更细一些的定位系统可以标注室内地图中的位置。

在本申请中，蓝牙VPN网关外观参考图3和图4，图3前面板有3个LED指示灯，从左到右分别为WIFI连接指示灯、蓝牙BT连接指示灯和VPN连接的指示灯。图4后面板上有一个隐藏复位按钮和micro USB供电口。安放蓝牙VPN网关时，通过USB电源线和电源适配器从室内220V取电，另外蓝牙VPN网关通过USB线连接到电脑USB口后，可通过电脑配置蓝牙VPN网关运行参数，包括WIFI要连入AP的SSID和密码、云端服务器的IP和端口，VPN隧道的加密方式等。配置完成后，将USB线从电脑上拔出后查到电源适配器上，蓝牙VPN网关重新上电后会通过WIFI接入互联网，VPN程序随后与云端服务器的VPN程序建立加密VPN隧道，本实施中采用IPSEC VPN和3DES加密算法。

蓝牙VPN网关与云端服务器建立VPN连接后，开启低功耗蓝牙模块，作为低功耗蓝牙的主设备开始持续扫描周边低功耗蓝牙设备发出的蓝牙广播报文。

在本实施中，电子手铐外观参考图5。电子手铐支持GPS、GSM和低功耗蓝牙模块，本申请选用的是集成度较高的联发科MT2503AVE方案，一个芯片集成以上所有功能模块。电子手铐开机后，其低功耗蓝牙模块作为低功耗蓝牙从设备，每10秒对外发出一个广播报文，广播报文中携带了本机的型号、序列号和校验码。当电子手铐1进入放置蓝牙VPN网关的房间后，蓝牙VPN网关会扫描到该广播报文，并根据广播报文中的型号和校验码，判断是否为本系统中可连接的电子手铐，是则通过VPN隧道向云端服务器请求获取该电子手铐的配对密码，然后使用该配对密码与电子手铐建立安全的低功耗蓝牙连接。

电子手铐与蓝牙VPN网关建立低功耗连接后，打通了电子手铐与云端服务器之间的低功耗高安全通道，电子手铐运行参数和采集的数据可由此上传给云端服务器，而云端服务器的管理/控制/数据报文也由此下发给电子手铐。另外，云端服务器根据蓝牙VPN网关的序列号和注册位置，可反向解析出电子手铐的具体位置。

本发明实施方式中，不对电子手铐的具体方案进行限定，不论是用单芯片方案还是用多颗芯片拼出GPS模块、GSM模块和低功耗蓝牙模块都可以，本实施中优选了集成度高的MT2503AVE单芯片方案。

本发明的实施方式中，不对蓝牙VPN网关具体方案进行限定，不论是用单芯片方案还是用多颗芯片拼出低功耗蓝牙模块和WIFI模块均可以。另外，要支持VPN隧道和加解密算法，需要CPU具有较强的处理能力进行软件加解密，或CPU集成了硬件加解密模块。本申请中选用了ESP32这可同时集成了CPU、WIFI和低功耗蓝牙模块的单芯片方案，该芯片采用160MHZ双核CPU，处理性能可以满足IPSEC VPN软件加解密的要求。

本申请中，不对蓝牙VPN网关2与云端服务器3之间的VPN和具体加密算法进行限定，应根据具体应用环境和需要自行选用。本发明优选采用了IPSec VPN，加密算法选用3DES。

在本发明另一实施方式中，也可以将电子手铐和低功耗蓝牙网关的低功耗蓝牙模块更换为其它低功耗模块，如zigbee、lora等，同样可以起到室内定位和室内低功耗的效果。

图6为根据本发明实施方式的一种通过电子锁定设备进行定位的方法流程图。如图6所示，一种通过电子锁定设备进行定位的方法600包括：

优选地，在步骤601：将第二定位模块设置于监控区域，被设置第二定位模块的监控区域为第二位置。

优选地，在步骤602：利用第二通信模块发送广播报文至第二定位模块，当第二定位模块检测到第二通信模块发送的广播报文时，关闭第一通信模块和第一定位模块。

优选地，在步骤603：将第二定位模块的标识信息和所属监控区域的第二位置发送至服务端，对设备的第二位置进行监控。

优选地，在步骤604：当第二定位模块未检测到第二通信模块发送的广播报文时，开启第一通信模块和第一定位模块；获取设备的第一位置。

优选地，在步骤605：将第一位置发送至服务器端，对设备的第一位置进行监控。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (10)

1.一种电子锁定设备，所述设备包括：

第一定位模块，通过所述第一定位模块获取所述设备的第一位置；

第一通信模块，通过所述第一通信模块将所述第一位置发送至服务器端，对所述设备的第一位置进行监控；

第二定位模块，将所述第二定位模块设置于监控区域，所述被设置第二定位模块的监控区域为第二位置；接收第二通信模块的广播报文，并将所述第二定位模块的标识信息和所属监控区域的第二位置发送至服务端，对所述设备的所述第二位置进行监控；

第二通信模块，当所述第一通信模块关闭时，所述第二通信模块发送广播报文至所述第二定位模块。

2.根据权利要求1所述的设备，所述第一定位模块通过全球卫星定位系统获取所述设备的第一位置。

3.根据权利要求1所述的设备，所述第一通信模块通过全球移动通讯系统GSM进行通信。

4.根据权利要求1所述的设备，所述第一通信模块在室外环境开启，在室内环境关闭。

5.根据权利要求1所述的设备，所述第二通信模块与所述第二定位模块之间通过蓝牙、zigbee、lora方式建立通信连接。

6.根据权利要求1所述的设备，所述第二定位模块将所述第二定位模块的标识信息和所属监控区域的所述第二位置通过虚拟专用网络VPN发送至服务端。

7.根据权利要求1所述的设备，所述第二定位模块将所述第二定位模块的标识信息和所属监控区域的所述第二位置进行加密，并将经过加密后的所述第二定位模块的标识信息和所属监控区域的所述第二位置通过虚拟专用网络VPN并进行加密后发送至服务端。

8.根据权利要求7所述的设备，所述加密采用三重数据加密算法3DES加密算法。

9.根据权利要求1所述的设备，所述设备包括检测模块，用于对所述设备的是否正常配带进行检测。

10.一种通过电子锁定设备进行定位的方法，所述方法包括：

将所述第二定位模块设置于监控区域，所述被设置第二定位模块的监控区域为第二位置；

利用第二通信模块发送广播报文至第二定位模块，当所述第二定位模块检测到所述第二通信模块发送的广播报文时，关闭第一通信模块和第一定位模块；

将所述第二定位模块的标识信息和所属监控区域的第二位置发送至服务端，对所述设备的所述第二位置进行监控；

当所述第二定位模块未检测到所述第二通信模块发送的广播报文时，开启第一通信模块和第一定位模块；获取所述设备的第一位置；

将所述第一位置发送至服务器端，对所述设备的第一位置进行监控。