CN109685928A - 一种电子巡更装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子巡更装置和方法，属于电子设备领域。该巡更装置包括气压传感器、用于连接移动网络的通信模块、GPS或北斗定位模块、微处理器和存储器；气压传感器、GPS或北斗定位模块、通信模块和存储器分别与微处理器相连；通过通信模块和后台保持通信，后台将建筑物的楼层高度下发给巡更装置；巡更装置首先根据位置坐标以及是否能够接收到卫星定位信号，判断用户是否已经移动到室内，再根据气压传感器的读数，计算出装置在移动过程中的高度变化，对照楼层高度，计算出人员上、下楼层数。本发明能够实现室外定位、室内楼层识别，支持数据实时上传，并完全避免了沿途部署打卡点的问题，并实现了巡更路径的灵活规划和调整。

Description

一种电子巡更装置和方法

技术领域

本发明属于电子设备领域，涉及一种电子巡更装置和方法。

背景技术

在居民小区、厂矿企业、商场、工业园区等公共场所，普遍需要安排保安人员在一定时间范围内，按照规定的路线进行巡逻。而对巡逻人员的管理、定位、考勤以及路线规划，是园区管理的共同需求，并催生出电子巡更这一细分市场。管理人员需要对巡更人员进行考核，掌握巡更人员是否按规划路线进行巡逻，是否按要求达到指定的地点。这些地点既包括室外场所，也包括室内场所。进而派生出来的问题是如何以合理的成本，同时解决室外和室内的定位问题。

目前电子巡更的主要技术路线是采用RFID技术，在巡更路线上部署打卡点，巡更人员经过打卡点时自觉打卡，从而完成对巡更人员的考勤。具体实现上有两种方式：

一、手持式RFID读卡器

手持便携式RFID读卡器业界通常称之为巡更棒。该方案要求提前沿巡更线路部署打卡点，将RFID标签固定在路边的电线杆或路灯杆等设施上。电子巡更采用的标签是无源标签，而巡更棒的功率也非常有限，要求巡更人员手持巡更棒靠近标签，然后按键触发巡更棒发射射频信号进行读卡。读卡信息会记录在巡更棒的存储芯片里面作为打卡记录。

一些巡更棒内置通信模块，可接入移动公网实时提交打卡数据；但大部分巡更棒从节省成本考虑，需要巡更人员返回驻地后，通过巡更棒的数据接口将打卡数据导出到PC机，再通过PC机上安装的客户端将打卡数据提交到服务端。

该方案存在如下问题：

1.需要沿途部署打卡点，带来较高的实施成本；

2.受限于提前部署的RFID标签，无法灵活规划巡更路线；

3.巡更人员需要熟悉打卡点位置，并且需要将巡更棒靠近标签才能打卡，不能做到在不影响人员行进路线的情况下完成自动打卡；

4.部署标签打卡点的地方，需要做显著标记以帮助巡更人员识别，但影响小区的美观；

5.打卡点的标签容易找到破坏或丢失，带来较高的维护成本；

6.由于需要在返回驻地后导出打卡数据，使用不便，且不能做到打卡信息实时上传。

二、固定式RFID读卡器

固定式RFID读卡器的优势是可采用市电供电，读卡器较大的输出功率可实现远距离的RFID标签读取，一般读取距离可达到5～10米。这使得巡更人员佩戴RFID标签以后，在经过打卡点的时候实现自动打卡。该方案同样存在很多问题：

1.需要沿途部署RFID读卡器，而大功率的读卡器成本很高；

2.安装RFID读卡器需要解决供电和通信布线问题，使得部署位置受限，且带来较高的工程成本；

3.由于读卡器需要提前部署，巡更路线无法灵活规划和调整；

4.由于读卡器部署在户外环境，容易遭到破坏，带来较高的维护成本。

显然，现有的基于RFID的解决方案，并不能很好地匹配客户的实际需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电子巡更装置和方法，可有效解决现有RFID方案的问题，并完全满足市场需求。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电子巡更装置，包括气压传感器、用于连接移动网络的通信模块、GPS或北斗定位模块、微处理器和存储器；

所述气压传感器、GPS或北斗定位模块、通信模块和存储器分别与微处理器相连；

通过所述通信模块和后台保持通信，后台将建筑物的楼层高度下发给巡更装置；

巡更装置根据气压传感器测量的气压变化趋势，可计算出用户处于水平移动状态或上下楼状态。前述步骤中计算得到的水平移动状态状态以及上下楼状态，可计算出两次水平移动状态之间的气压，从而计算两次水平移动状态对应的海拔高度，并计算出高度差。对照楼层高度，计算出人员上、下楼层数；

进一步，所述通信模块为2G、3G、4G或NB-IOT通信模块。

基于所述装置的一种电子巡更方法，该方法包括以下步骤：

S1：根据装置的坐标位置以及是否丢失卫星定位信号，判断装置是否处于室内；

S2：如果装置处于室内，则通过气压传感器持续测量出大气压力值，从而计算出海拔高度，计算公式为：

其中P₀为标志大气压，取值为101.325KPa，P为实际测得的大气压力值。

S3：计算出装置在室内移动过程中高度变化趋势，判断装置是在水平移动状态还是在上下楼层状态；

S4：如果两个水平移动状态之间包含一个上下楼层状态，则可计算两次水平移动状态对应的高度差值；

S5：将高度差值与楼层高度进行对比，计算出装置所在的楼层；

4、根据权利要求3所述的一种电子巡更方法，其特征在于：所述方法还包括步骤S6：通过多次收集不同人员在建筑内上下楼的高度差值数据，计算出单层楼的梯级数；

根据装置测量得到的气压变化趋势，可判断人员是在水平移动还是在上下楼(包括走楼梯或乘坐电梯)。如果人员的活动状态从水平移动切换为上下楼，再重新切换为水平移动时，装置将前后水平移动状态中计算出的高度差通过所述移动通信模块上报到后台；后台通过采集相同建筑内不同装置或同一装置多次上报的高度差。由于两次水平移动状态之间的高度差是层高的整数倍，设单层高度为h，装置上报的运行高度为H，则H＝kh，k为两次水平移动状态之间经过的楼层数；设后台接收到多次不同的高度差H₁＝k₁h，H₂＝k₂h，H₃＝k₃h，H_n＝k_nh，等价于求出n个H的最大公约数即为层高h。

本发明的有益效果在于：

1.可实时掌握巡更人员的位置和轨迹；

2.可灵活规划和调整巡更路线；

3.可以在巡更人员不直接参与的情况下实现自动打卡；

4.避免部署打卡点，降低甚至完全消除工程实施成本。

本发明能够以较低的成本，解决现有基于RFID的巡更产品无法解决的问题，实现室外定位、室内楼层识别，支持数据实时上传，并完全避免了沿途部署打卡点的问题，并实现了巡更路径的灵活规划和调整。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为巡更装置的逻辑构成图；

图2为步行上楼梯的气压变化曲线；

图3为步行下楼梯的气压变化曲线；

图4为乘坐电梯上行的气压变化曲线；

图5为乘坐电梯下行的气压变化曲线；

图6为判断人员进入建筑物的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1～图6所示，本发明所述的装置包含以下主要部件：

1)气压传感器

2)用于连接移动网络的通信模块(2G/3G/4G或NB-IOT通信模块)

3)GPS或北斗定位模块

4)微处理器

5)存储器

本发明所述装置综合使用气压传感器，用来实现对上下楼高度差的计算，包括如下步骤：

1.根据装置的坐标位置以及是否丢失卫星定位信号，判断装置是否处于室内；

2.如果装置处于室内，则通过气压传感器持续测量出大气压力值，从而计算出海拔高度，计算公式为：

其中P₀为标志大气压，取值为101.325KPa，P为实际测得的大气压力值。

3.计算出装置在室内移动过程中高度变化趋势，判断装置是在水平移动状态还是在上下楼层状态；

4.如果两个水平移动状态之间包含一个上下楼层状态，则可计算两次水平移动状态对应的高度差值；

5.将高度差值与楼层高度进行对比，计算出装置所在的楼层。

本发明所述方法在后台侧提供管理功能，可对建筑物的坐标位置进行标记，并可录入建筑物中楼层的层高。

所述巡更装置通过所述通信模块和后台保持通信，后台将建筑物的楼层高度下发给巡更装置。

巡更装置根据前述步骤中计算得到的水平移动状态以及上下楼状态，以及对应的大气压力，计算出人员移动的高度差，对照楼层高度，可计算出人员上、下楼层数。

本发明包含一种自学习方法，为减少维护工作量，后台可自动学习获得建筑的楼层梯级数以及楼层的层高。通过多次采集人员经过不同楼层数的高度差，可以计算出单个楼层的层高。

对于人员携带装置在户外移动的情况，利用所述装置中包含的GPS/北斗定位模块，可获得人员的移动轨迹，并与预先规划的轨迹进行比对，判断人员是否按照要求的轨迹进行巡逻，并到达指定的检查点。后台侧提供巡更路径维护功能，管理人员可以在地图上绘制出巡更路线，并标记处检查点。路径和检查点信息可通过移动网络下载到巡更装置。

本发明所述装置和方法解决了如下几个问题：

1)解决如何获取装置所在位置高度的问题。通过气压传感器检测装置所在位置的大气压力，并根据气压与海拔高度的计算公式计算出所在位置的海拔高度；

2)通过不同的气压值计算出装置移动的高度差以后，需要和具体建筑的楼层高度对比，才能计算出上下楼层数，因此需要解决如何判断人员进入哪一栋建筑的问题；

3)维护各个建筑楼层高度需要用户投入一定的工作量，因此需要系统具备自学习能力，自动从人员的活动中学习各建筑的楼层高度。

4)解决传统的电子巡更打卡方式需要部署打卡点所带来的高成本问题。

5)解决传统的电子巡更打卡方式无法灵活规划巡更路线的问题。

针对问题1，本发明提出了一种专门针对电子巡更设计的终端，它的构成如图1所示，它所包含的气压传感器采集装置采集装置所在位置的大气压强，根据所在位置的大气压强计算出对应的海拔高度，精度实测可达到0.3米以内。对于装置水平移动或上下楼层的判断，主要依据气压的变化趋势，如果气压在某一固定值上下轻微波动(传感器误差)，则说明处于水平移动状态；如果气压在一定时间内持续降低或者升高，则说明装置处于上楼或下楼状态(如图2到图5)，其气压变化曲线具有显著的区别，易于通过信号处理算法进行识别。

针对问题2，本发明所述装置包含了一个GPS/北斗定位模块，当人员在室外活动时通过定位模块实时获得人员的位置，并与建筑物的外围包络线进行对比，并结合卫星信号情况(进入建筑物以后卫星信号会丢失或变得非常差)，判断人员是否进入到建筑物内部(如图6)。在判断人员进入建筑内部以后，巡更装置即可开始执行水平移动或上下楼层的判读，并开始计算高度差。为便于用户快速标定每栋建筑的外围包络线，后台侧提供通过加载CAD平面图生成建筑轮廓位置数据的功能：后台提供操作界面供用户搜索并定位到园区的卫星遥感地图，然后加载CAD平面图并进行缩放、旋转，调整后台图与卫星遥感地图重叠，后台会自动从CAD平面图的几何数据中获得道路、建筑、绿地的轮廓的地理位置数据，从而得到携带园区建筑物地理对象精确位置信息的图层。该图层也可用于巡更路线的规划。

针对问题3，本发明所述巡更装置，在计算得到人员水平移动以及上下楼层的运动状态后，如果人员的活动状态从水平移动切换为上下楼，再重新切换为水平移动时，装置将前后水平移动状态中计算出的高度差通过所述移动通信模块上报到后台；后台通过采集相同建筑内不同装置或同一装置多次上报的高度差。由于两次水平移动状态之间的高度差是层高的整数倍，设单层高度为h，装置上报的运行高度为H，则H＝kh，k为两次水平移动状态之间经过的楼层数；设后台接收到多次不同的高度差H₁＝k₁h，H₂＝k₂h，H₃＝k₃h，H_n＝k_nh，等价于求出n个H的最大公约数即为层高h。

针对问题4，本发明所述巡更装置和方法在室外通过GPS/北斗定位模块实时跟踪人员的移动轨迹，在室内通过气压传感器计算人员所在楼层，可实现对人员运动轨迹的全程跟踪，不再需要在预定的巡更轨迹上设置RFID的打卡点，因此完全避免了设置打卡点所带来的硬件成本和工程成本。

针对问题5，本发明所述巡更装置和方法由于不必设置固定的打卡点，因此可通过后台系统的GIS地图以及叠加的园区平面图，灵活规划巡更路径，并将路径轨迹下发到巡更装置。当人员携带巡更装置偏离轨迹时，巡更装置会通过所述蜂鸣器进行警告。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种电子巡更装置，其特征在于：包括气压传感器、用于连接移动网络的通信模块、GPS或北斗定位模块、微处理器和存储器；

所述气压传感器、GPS或北斗定位模块、通信模块和存储器分别与微处理器相连；

通过所述通信模块和后台保持通信，后台将建筑物的楼层高度下发给巡更装置；

巡更装置根据气压传感器测量的大气压力，计算在移动过程中的气压变化，计算出移动产生的高度差，对照楼层高度，计算出人员上、下楼层数。

2.根据权利要求1所述的一种电子巡更装置，其特征在于：所述通信模块为2G、3G、4G或NB-IOT通信模块。

3.基于权利要求1或2所述装置的一种电子巡更方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：根据装置的坐标位置以及是否丢失卫星定位信号，判断装置是否处于室内；

S2：如果装置处于室内，则通过气压传感器持续测量出大气压力值，从而计算出海拔高度，计算公式为：

其中P₀为标志大气压，取值为101.325KPa，P为实际测得的大气压力值；

S3：计算出装置在室内移动过程中高度变化趋势，判断装置是在水平移动状态还是在上下楼层状态；

S4：若两个水平移动状态之间包含一个上下楼层状态，则计算两次水平移动状态对应的高度差值；

S5：将高度差值与楼层高度进行对比，计算出装置所在的楼层。

4.根据权利要求3所述的一种电子巡更方法，其特征在于：所述方法还包括步骤S6：通过多次收集不同人员在建筑内上下楼的高度差值数据，计算出单层楼的梯级数；

根据装置测量得到的气压变化趋势，判断人员是在水平移动还是在上下楼，包括走楼梯或乘坐电梯的情况；若人员的活动状态从水平移动切换为上下楼，再重新切换为水平移动时，装置将前后水平移动状态中计算出的高度差通过所述移动通信模块上报到后台；后台通过采集相同建筑内不同装置或同一装置多次上报的高度差；由于两次水平移动状态之间的高度差是层高的整数倍，设单层高度为h，装置上报的运行高度为H，则H＝kh，k为两次水平移动状态之间经过的楼层数；设后台接收到多次不同的高度差H₁＝k₁h，H₂＝k₂h，H₃＝k₃h，H_n＝k_nh，等价于求出n个H的最大公约数即为层高h。