CN109738859A - 一种基于uwb和msif的人员状态监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于UWB和MSIF的人员状态监控系统，该系统包括超宽带定位子系统、多传感器子系统、网关设备、主控芯片和信息监控终端；该系统通过超宽带定位子系统获得人员定位信息，其内置的定位基站通过无线连接的方式将定位信息传输给网关设备；通过多传感器子系统获得人员状态信息并传输至主控芯片，主控芯片通过无线连接的方式将状态信息传输给网关设备，网关设备通过有线或者无线连接的方式传输给信息监控终端；由信息监控终端将人员定位信息和状态信息融合，并显示三维的人员定位和状态图。本发明可以大范围、高精度地获取定位和状态信息，实现人员状态的实时监控。
Description
技术领域
本发明涉及一种监控系统，尤其涉及一种基于UWB和MSIF的人员状态监控系统。
背景技术
随着国家经济、技术的发展，室内空间越来越庞大复杂，对人员实施定位和状态监控，不仅可以帮助人员更加合理迅速地应对各种状况，还能够进行更好地管理和保护。
目前已有利用超宽带技术进行人员的实时定位，运用视觉系统来检测人员的状态。然而，仅利用超宽带技术只能获得人员的二维信息；运用视觉系统并不能很好地保护人员的隐私。
超宽带定位技术(UWB)有着定位精度高、穿透力强、分辨率高等优点，非常适合应用于室内定位，但其定位精度容易受多路径效应的影响而下降。
利用陀螺仪、磁力计、加速度计三传感器融合的方法是常用的姿态测量方法，但仍然存在着因噪声干扰而使得测量精度下降的问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种用于人员定位和状态监控的系统，该系统可全面准确地获取人员定位、状态信息，并显示三维定位状态图。
技术方案：本发明所述一种基于UWB和MSIF的人员状态监控系统，包括超宽带定位子系统、多传感器子系统、网关设备、主控芯片和信息监控终端。超宽带定位子系统中的定位基站通过无线连接的方式将定位信息传输给网关设备；多传感器子系统将状态信息传输给主控芯片，主控芯片通过无线连接的方式将状态信息传输给网关设备，网关设备通过有线或者无线连接的方式传输给信息监控终端。
所述超宽带定位子系统，基于飞行时间技术中的双边双程测距法，用于获取人员定位信息，该系统包括定位标签和定位基站。
所述定位标签，基于超宽带技术，用于发射超宽带信号，由被监控人员携带。
所述定位基站的位置固定，通过接收、计算定位标签发送过来的信号，得到定位基站与定位标签之间的距离，获得被监控人员的相对位置；根据定位维度的需要，选定基站个数至少等于维度数，分布在目标区域的不同位置，使得多个定位基站发射的信号能够覆盖所述目标区域。
所述多传感器子系统，用于获取人员状态信息，包括加速度计、陀螺仪和磁力计，由被监控人员携带；包括加速度计所采集的人员姿态角数据、陀螺仪所采集的人员加速度数据及磁力计所采集的人员方位数据在内的人员状态信息传输至主控芯片上，由主控芯片以无线连接方式将数据传输至信息监控终端。
所述多传感器子系统利用多传感器状态融合估计算法，将多传感器获得的信息融合，实现对人员的准确定位和状态监控。
优选地，所述多传感器状态融合估计算法为卡尔曼滤波算法。
所述信息监控终端，用于将超宽带的定位子系统获取的人员定位信息和多传感器子系统获取的人员状态信息融合，显示出三维的人员定位和状态图，对人员的定位和状态信息进行实时监控。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、采用基于超宽带的定位基站，可实现多个基站发射信号大范围甚至全范围覆盖检测区域；2、采用双边双程测距方法，减少测量误差，实现更加精准的定位；3、利用多传感器状态融合估计算法，如卡尔曼滤波算法，将多传感器子系统获取的信息融合，有效提高姿态角测量的精确度和稳定性。
附图说明
图1是本发明的系统组成框图；
图2是本发明的功能实施框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
参见图1，本发明所述的一种基于UWB和MSIF的人员状态监控系统，包括超宽带定位子系统、多传感器子系统、网关设备、主控芯片和信息监控终端。
所述超宽带定位子系统包括定位基站、定位标签，该系统基于飞行时间(time offlight，TOF)中的双边双程测距(symmetric double sided-two way ranging,SDS-TWR)定位方法，可以实时得到人员相对于定位基站的位置，即人员的定位信息。
如图2所示，超宽带定位子系统中的定位基站发射超宽带信号，定位基站接受、计算后通过无线连接的方式将定位信息传输给网关设备；多传感器子系统下的陀螺仪、加速度计和磁力计将状态信息传输给主控芯片，主控芯片通过无线连接的方式将状态信息传输给网关设备；网关设备通过有线或者无线连接的方式传输给信息监控终端；信息终端显示出三维的人员定位和状态图。
所述定位基站的位置固定，接收定位标签发送的信号，再将位置信息传输给网关，网关将数据传输给信息监控终端后得到待监控人员的相对位置；根据定位维度的需要，选定基站个数至少等于维度数，分布在目标区域的不同位置，使得多个定位基站发射的信号能够覆盖所述目标区域。
目标区域的选择由监控系统使用者自由选择，如工厂、仓库等。
以三维定位时基站的布置为例，在选定好目标区域，如仓库后，要实现三维定位，需要至少三个基站，基站布置在待定位物体或人员活动区域的上方，可布置在房顶，基站与基站之间的距离保持50到100米。
所述多传感器子系统，用于获得人员的状态信息，该系统包括陀螺仪、加速度计和磁力计；利用陀螺仪可以获得人员的姿态角信息，利用加速度计可以获得人员的加速度信息、利用磁力计可以获得人员的方位信息。所采集的包括人员姿态角、加速度、方位信息在内的人员状态信息传输至主控芯片，主控芯片以无线连接方式将数据传输至信息监控终端。
进一步地，所述多传感器子系统通过电连接方式将人员状态信息传输至主控芯片；
优选地，所述定位标签、多传感器子系统、主控芯片制作成融合式设备，便于被监控人员携带。
优选地，所述多传感器子系统中陀螺仪、加速度计、磁力计均为三轴，从而获取三维数据。
优选地，所述多传感器子系统利用卡尔曼滤波将多传感器信息融合，能有效提高姿态角测量的精确度和稳定性。
所述信息监控终端，用于将超宽带的定位子系统获取的人员定位信息和多传感器子系统获取的人员状态信息融合，显示出三维的人员定位和状态图，对人员的定位和状态信息进行实时监控。
Claims (5)
1.一种基于UWB和MSIF的人员状态监控系统，其特征在于：包括超宽带定位子系统、多传感器子系统、网关设备、主控芯片和信息监控终端；超宽带定位子系统中的定位基站通过无线连接的方式将定位信息传输给网关设备；多传感器子系统将状态信息传输给主控芯片，主控芯片通过无线连接的方式将状态信息传输给网关设备，网关设备通过有线或者无线连接的方式传输给信息监控终端；
所述超宽带定位子系统，用于获取人员定位信息；
所述多传感器子系统，用于获取人员状态信息；
所述信息监控终端，用于将超宽带的定位子系统获取的人员定位信息和多传感器子系统获取的人员状态信息融合，显示出三维的人员定位和状态图，对人员的定位和状态信息进行实时监控。
2.根据权利要求1所述的一种基于UWB和MSIF的人员状态监控系统，其特征在于：所述超宽带定位子系统基于飞行时间测距技术，该系统包括：
定位标签：基于超宽带技术，由被监控人员携带，用于发射超宽带信号；
定位基站：位置固定，通过接收、计算定位标签发送过来的信号，得到定位基站与定位标签之间的距离，获得被监控人员的相对位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于UWB和MSIF的人员状态监控系统，其特征在于：所述多传感器子系统，利用多传感器状态融合估计算法将多传感器获得的信息融合，实现对人员的准确定位和状态监控。
4.根据权利要求1所述的一种基于UWB和MSIF的人员状态监控系统，其特征在于：所述多传感器子系统包括加速度计、陀螺仪和磁力计，由被监控人员携带，用于采集人员状态信息；其中，所述人员状态信息包括：加速度计所采集的人员姿态角数据、陀螺仪所采集的人员加速度数据及磁力计所采集的人员方位数据。
5.根据权利要求2所述的一种基于UWB和MSIF的人员状态监控系统，其特征在于：所述定位基站根据定位维度的需要，选定基站个数至少等于维度数，分布在目标区域的不同位置，使得多个定位基站发射的信号能够覆盖所述目标区域。
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