CN109855575A - 智能装置、室内人体三维定位方法及智慧家庭实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种智能装置、室内人体三维定位方法及智慧家庭实现方法，该智能装置包括设备主体及位于设备主体周圈的边框，还包括主控模块及设置在所述边框上的上感测模块、下感测模块，其中，所述下感测模块对所形成的下探测空间内的目标物进行距离感测，所述上感测模块对所形成的上探测空间内的目标物进行距离感测，而且，所述下探测空间与所述上探测空间至少部分交叉；所述主控模块，用于实时获取下感测模块的感测数据及上感测模块的感测数据，并根据所获取的感测数据实时确定目标物的三维位置坐标。实施本发明的技术方案，安装方便、用户体验好。

Description

智能装置、室内人体三维定位方法及智慧家庭实现方法

技术领域

本发明涉及智慧家庭领域，尤其涉及一种智能装置、室内人体三维定位方法及智慧家庭实现方法。

背景技术

面对家庭用户需求的多样化，而目前家庭中的智能装置多采用被动式响应用户需求，之所以称为被动式，是因为家庭智能装置无法感知用户需求，因此无法为用户提供主动的服务，给用户的感觉就是智能装置不智能。

感知用户需求是一项综合工程，但最基础的需求是用户定位，而目前室内定位技术与产品存在诸多问题，例如，对于室内蓝牙定位，必须在室内空间安装多个蓝牙信标，而后期增加的蓝牙信标一般只能电池供电，更重要的是蓝牙信标安装位置决定了手机的定位效果，因此必须专业人士提前分析并安装好室内蓝牙信标，以达到蓝牙信号完全覆盖，这样实现的定位功能即费时、费力、费成本，而用户也只能借助设备定位的体验感也比较差，因此，严重约束了用户的消费欲望。再例如：智能家居人体探测器产品，一般吸顶安装，形成圆锥形探测空间，且一般是内置单个传感器，当用户经过探测空间时触发信号，通过延时的办法来控制开关信号，这种产品比较适合在走道应用，用户不会长时间在探测区域停留，不会保持静止。吸顶安装的探测范围相当有限，如要实现室内空间全感知，需要增加多个传感器，成本太高、安装不方便、布线或供电困难、且单传感器缺少方向、人数、高低、大小、逻辑等判断来控制信号输出，因此适应范围相当有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种智能装置、室内人体三维定位方法及智慧家庭实现方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种智能装置，包括设备主体及位于设备主体周圈的边框，还包括主控模块及设置在所述边框上的上感测模块、下感测模块，其中，所述下感测模块对所形成的下探测空间内的目标物进行距离感测，所述上感测模块对所形成的上探测空间内的目标物进行距离感测，而且，所述下探测空间与所述上探测空间至少部分交叉；

所述主控模块，用于实时获取下感测模块的感测数据及上感测模块的感测数据，并根据所获取的感测数据实时确定目标物的三维位置坐标。

优选地，所述下感测模块包括至少两个单发单收的第一距离传感器，和/或，至少一个多发多收的第二距离传感器；

所述上感测模块包括至少一个单发单收的第一距离传感器，和/或，至少一个多发多收的第二距离传感器。

优选地，所述边框包括顶部相连接的内边框和外边框，且所述边框的截面呈V型或半圆型。

优选地，所述下感测模块包括至少一组第一感测单元，每组第一感测单元包括两个第一距离传感器，每组第一感测单元的两个第一距离传感器分别设置在所述边框的左下侧和右下侧，且每相邻的两个第一距离传感器的探测空间的交叉区域形成下探测空间的至少一部分。

优选地，所述下感测模块包括两组第一感测单元，而且，第一组第一感测单元的两个第一距离传感器分别设置在所述内边框上，第二组第一感测单元的两个第一距离传感器分别设置在所述外边框上。

优选地，所述下感测模块包括至少一组第二感测单元，每组第二感测单元包括两个第二距离传感器，而且，每组第二感测单元的两个第二距离传感器分别设置在所述内边框和所述外边框上。

优选地，所述上感测模块包括一个第一距离传感器或一个第二距离传感器，所述第一距离传感器或第二距离传感器设置在所述边框上侧的中间位置处。

优选地，所述上感测模块还包括至少一组第三感测单元，每组第三感测单元包括两个第一距离传感器，每组第三感测单元的两个第一距离传感器分别设置在所述边框的左上侧和右上侧。

优选地，所述上感测模块包括两组第三感测单元，而且，第一组第三感测单元的两个第一距离传感器分别设置在所述内边框上，第二组第三感测单元的两个第一距离传感器分别设置在所述外边框上。

优选地，所述上感测模块包括至少一组第四感测单元，每组第四感测单元包括两个第二距离传感器，而且，每组第四感测单元的两个第二距离传感器分别设置在所述内边框和所述外边框上。

优选地，所述下感测模块中的第一距离传感器和/或第二距离传感器设置在同一水平面上；所述上感测模块中的第一距离传感器和/或第二距离传感器设置在同一水平面上。

优选地，在所述边框的截面呈V型时，所述内边框与墙面的角度为20-70度，所述外边框与墙面的角度为20-70度。

优选地，所述第一距离传感器为雷达传感器或超声传感器；所述第二距离传感器为雷达传感器。

优选地，所述设备主体包括对讲分机、电视、路由器、相框、冰箱、厨柜、空调、机器人、定位探测器、魔镜。

本发明还构造一种室内人体三维定位方法，包括以下步骤：

S11.实时获取下感测模块的感测数据及上感测模块的感测数据，其中，所述下感测模块和所述上感测模块分别设置在智能装置的边框上，所述下感测模块对所形成的下探测空间内的目标物进行距离感测，所述上感测模块对所形成的上探测空间内的目标物进行距离感测，而且，所述下探测空间与所述上探测空间至少部分交叉；

S12.根据下探测空间的感测数据和上探测空间的感测数据实时确定目标物的三维位置坐标。

本发明还构造一种智慧家庭实现方法，包括以下步骤：

S10.根据上述的家庭室内人体三维定位方法对目标物进行定位，以实时获取用户的三维位置坐标；

S20.根据所述三维位置坐标与现场信息来确定用户的类型及需求信息，所述现场信息包括下列中的至少一个：室内空间信息、环境信息、时间信息、用户特征信息、户型结构信息；

S30.根据用户的需求信息控制相应的家居装置和/或输出相应的提示信息。

优选地，所述需求信息包括下列中的至少一个：特定位置的坐/站/跌倒、久坐不动、起床、躺下、进门、离家、非法入侵、徘徊。

优选地，在步骤S20中，根据下列中的至少一个确定用户的类型：

根据用户的三维位置坐标来确定用户的高度，并根据用户的高度确定用户的类型；

根据用户实时的三维位置坐标确定用户的运动形态，并根据所述运动形态确定用户的类型；

在步骤S20中，根据下列中的至少一个确定用户的需求信息：

若判断用户在水平面内的X、Y坐标不变，且高度在第一预设时段内由第一预设高度降为第二预设高度，则确定用户坐下；

若判断用户处于坐下状态时，且水平面内的X、Y坐标和Z坐标在第二预设时间段内保持不变，则确定用户久坐不动；

若判断用户在水平面内的X、Y坐标不变，且高度在第一预设时段内由第二预设高度升为第一预设高度，则确定用户站立；

若判断用户在水平面内的X、Y坐标不变，且高度在第一预设时段内由第一预设高度或第二预设高度降为第三预设高度，并保持时间大于第三预设时段，则确定用户跌倒；

若判断用户在卧室内水平面内的X、Y坐标不变，且高度在第四预设时段内由第四预设高度降为第五预设高度，则确定用户躺下；

若判断用户在卧室内水平面内的X、Y坐标不变，且高度在第四预设时段内由第五预设高度升为第四预设高度，则确定用户起床。

实施本发明的技术方案，由于所有的感测模块集成在同一智能装置上，因此设备简化集成、安装方便，而且，定位准确，用户体验较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是本发明智能装置实施例一的逻辑结构图；

图2是本发明室内人体三维定位方法实施例一的流程图；

图3是本发明智慧家庭实现方法实施例一的流程图；

图4是本发明高度高于设备安装高度的目标物与距离传感器的位置关系的示意图；

图5是本发明高度低于设备安装高度的目标物与距离传感器的位置关系的示意图；

图6是本发明下感测模块实施例一的示意图；

图7是本发明上感测模块实施例一的示意图；

图8是本发明高度高于设备安装高度的目标物与距离传感器的位置关系的示意图；

图9是本发明高度低于设备安装高度的目标物与距离传感器的位置关系的示意图。

具体实施方式

图1是本发明智能装置实施例一的逻辑结构图，该实施例的智能装置包括设置主体(未示出)及位于设备主体周圈的边框(未示出)，其中，设备主体包括对讲分机、电视、路由器、相框、冰箱、厨柜、空调、机器人、定位探测器、魔镜等。该实施例的智能装置还包括主控模块10及设置在边框上的上感测模块21、下感测模块22，其中，下感测模块22对所形成的下探测空间内的目标物进行距离感测，上感测模块21对所形成的上探测空间内的目标物进行距离感测，而且，下探测空间与上探测空间至少部分交叉。主控模块10用于实时获取下感测模块22的感测数据及上感测模块21的感测数据，并根据所获取的感测数据实时确定目标物的三维位置坐标。在此需说明的是，该主控模块10可与设备主体内的控制模块集成为一体。

在此需说明的是，本发明智能装置还进一步包括有摄像头、麦克风阵列、指纹传感器、触摸显示屏、指纹传感器、扬声器等组件。

进一步地，下感测模块22包括至少两个单发单收的第一距离传感器，和/或，至少一个多发多收的第二距离传感器。上感测模块21包括至少一个单发单收的第一距离传感器，和/或，至少一个多发多收的第二距离传感器。而且，第一距离传感器、第二距离传感器可为雷达传感器。对于单发单收的雷达传感器，其具有小尺寸、毫或厘米级定位精度和微瓦低功耗功率等优点，避免了常规雷达体积大、功耗大的缺点，利于在特定外观结构的智能产品中应用。但单发单收的雷达传感器因只能探测径向目标距离，不能切向探测目标角度或运动。应理解，超声传感器的功能也类似。对于多发多收的雷达传感器，其具有小尺寸、毫米级定位精度和毫瓦低功耗功率等优点，避免了常规雷达体积大、功耗大的缺点，利于在特定外观结构的智能产品中应用。因多发多收雷达具有探测目标径向距离和目标切向角度的特性，所以单个多发多收雷达即可对空间目标进行立体定位。因设备安装高度与天线体积限制，垂直方向探测并不敏感，因此可选择单发单收雷达与多发多收雷达上下设置结合应用，主要是提升垂直切向探测灵敏度与三维探测目标的易实现性。

优选地，下感测模块中的第一距离传感器和/或第二距离传感器设置在同一水平面上。上感测模块中的第一距离传感器和/或第二距离传感器设置在同一水平面上，这样可简化三维位置坐标的计算过程。

进一步地，边框包括顶部相连接的内边框和外边框，，且边框的截面呈V型或半圆型。在截面呈V型时，由于智能装置一般是贴墙面安装，所以，内边框与墙面的角度(锐角)为20-70度，所述外边框与墙面的角度(锐角)为20-70度，需说明的是，不管是内边框和外边框，以上角度限定的都是锐角角度，应理解，对于智能装置的右侧边框，其内边框与墙面的角度为20-70度，其外边框与墙面的角度为110-160度；同样地，对于智能装置的左侧边框，其内边框与墙面的角度为110-160度，其外边框与墙面的角度为20-70度。还需说明的是，在实际应用中，关于内、外边框与墙面角度的设置，应结合所选用的距离传感器的类型来确定，一般是将距离传感器的探测角度的一半作为内、外边框与墙面的角度，例如，若雷达传感器的探测角度为90度，则内边框和外边框分别与墙面的角度可设置为45度或135度。

在一个可选实施例中，下感测模块22包括至少一组第一感测单元，每组第一感测单元包括两个第一距离传感器，每组第一感测单元的两个第一距离传感器分别设置在边框的左下侧和右下侧，优选为边框下侧的两角落，且每相邻的两个第一距离传感器的探测空间的交叉区域形成下探测空间的至少一部分。优选地，当下感测模块22包括有多组第一感测单元时，通过调整各个第一距离传感器的安装位置及安装角度，可使各个组的第一感测单元所组成的下探测空间达到180度及以上。

进一步地，下感测模块22包括两组第一感测单元，而且，第一组第一感测单元的两个第一距离传感器分别设置在内边框上，第二组第一感测单元的两个第一距离传感器分别设置在外边框上。由于内、外边框并不是平行于墙面，而是分别与墙面呈一定的角度，所以，距离传感器的这种设置方式可增大两个第一距离传感器的交叉探测空间。

在一个可选实施例中，下感测模块包括至少一组第二感测单元，每组第二感测单元包括两个第二距离传感器，而且，每组第二感测单元的两个第二距离传感器分别设置在所述内边框和所述外边框上。

在一个可选实施例中，上感测模块包括一个第一距离传感器或一个第二距离传感器，该第一距离传感器或第二距离传感器设置在所述边框上侧的中间位置处。

在一个可选实施例中，上感测模块还包括至少一组第三感测单元，每组第三感测单元包括两个第一距离传感器，每组第三感测单元的两个第一距离传感器分别设置在所述边框的左上侧和右上侧。优选地，每组第三感测单元的两个第一距离传感器分别设置在边框上侧的两角落。

在一个可选实施例中，上感测模块包括两组第三感测单元，而且，第一组第三感测单元的两个第一距离传感器分别设置在所述内边框上，第二组第三感测单元的两个第一距离传感器分别设置在所述外边框上。

在一个可选实施例中，所述上感测模块包括至少一组第四感测单元，每组第四感测单元包括两个第二距离传感器，而且，每组第四感测单元的两个第二距离传感器分别设置在所述内边框和所述外边框上。

图2是本发明室内人体三维定位方法实施例一的流程图，该实施例的家庭室内人体三维定位方法包括以下步骤：

S11.实时获取下感测模块的感测数据及上感测模块的感测数据，其中，所述下感测模块和所述上感测模块分别设置在智能装置的边框上，所述下感测模块对所形成的下探测空间内的目标物进行距离感测，所述上感测模块对所形成的上探测空间内的目标物进行距离感测，而且，所述下探测空间与所述上探测空间至少部分交叉；

S12.根据下探测空间的感测数据和上探测空间的感测数据实时确定目标物的三维位置坐标。

图3是本发明智慧家庭实现方法实施例一的流程图，该实施例的智慧家庭实现方法包括以下步骤：

S10.根据上述的家庭室内人体三维定位方法对目标物进行定位，以实时获取用户的三维位置坐标；

S20.根据所述三维位置坐标与现场信息来确定用户的类型及需求信息，所述现场信息包括下列中的至少一个：室内空间信息、环境信息、时间信息、用户特征信息、户型结构信息。其中，用户的需求信息包括下列中的至少一个：特定位置(例如，沙发、餐椅、办公室、书房、展厅)的坐/站/跌倒、久坐不动、起床、躺下、进门、离家、非法入侵、徘徊。

S30.根据用户的需求信息控制相应的家居装置和/或输出相应的提示信息。

在一个示例中，步骤S20根据用户的三维位置坐标来确定用户的高度，并根据用户的高度确定用户的类型。例如，对于某一个家庭，成员有爸爸、妈妈、小孩和一小狗，其中，爸爸身高为1.8米，妈妈身高为1.6米，小孩身高为0.9米，小狗的高度为0.4米，在此需说明的是，家庭成员的这些信息可由用户预先输入至智能装置，也可通过大数据学习获得。这样，在实际应用中，当根据上感测模块和下感测模块的感测数据确定了用户的三维位置坐标后，可确定出用户的高度，进而根据高度确定用户是哪个家庭成员。

在一个示例中，步骤S20根据用户实时的三维位置坐标确定用户的运动形态，并根据所述运动形态确定用户的类型。需说明的是，由于年轻人、小孩、老年人、宠物的运动形态并不一样，因此可根据运动形态来确定用户类型。

在一个示例中，根据下列中的至少一个确定用户的需求信息：

若判断用户在水平面内的X、Y坐标不变，且高度在第一预设时段内由第一预设高度降为第二预设高度，则确定用户坐下；

若判断用户处于坐下状态时，且水平面内的X、Y坐标和Z坐标在第二预设时间段内保持不变，则确定用户久坐不动；

若判断用户在水平面内的X、Y坐标不变，且高度在第一预设时段内由第二预设高度升为第一预设高度，则确定用户站立；

若判断用户在水平面内的X、Y坐标不变，且高度在第一预设时段内由第一预设高度或第二预设高度降为第三预设高度，并保持时间大于第三预设时段，则确定用户跌倒；

若判断用户在卧室内水平面内的X、Y坐标不变，且高度在第四预设时段内由第四预设高度降为第五预设高度，则确定用户躺下；

若判断用户在卧室内水平面内的X、Y坐标不变，且高度在第四预设时段内由第五预设高度升为第四预设高度，则确定用户起床。

在该实施例中，需说明的是，各个预设高度、各个预设时段可由用户自行设置，也可智能装置通过大数据学习获得，应理解，对于不同的用户，由于不同的身高、习惯等因素，其所对应的各个预设高度、预设时段并不相同。另外，还需说明的是，在确定用户的类型及需求时，除了根据上、下感测模块的感测数据、现场信息外，还可结合智能装置中摄像头、麦克风等的检测数据来综合判断。

在一个具体实施例中，选用三个单发单收的距离传感器A、B、C，而且，这三个距离传感器A、B、C在边框上构建成等边或等腰三角形，其中，距离传感器B设置在边框的左下角落，距离传感器C设置在边框的右下角落，且B、C水平设置，即，在同一水平面内，这该两个距离传感器B、C形成下感测模块的第一感测单元。另外，设B、C所在的水平线为三维坐标的X轴，且BC的中点为坐标原点O。距离传感器A设置在边框上侧的中间位置处，基于坐标原点O垂直水平X轴，即AO直线为基于原点垂直X轴的Z轴，经过坐标原点O垂直X轴与Z轴的直线为Y轴。利用距离传感器圆锥体形探测空间的特点，通过调整三个距离传感器A、B、C的探测角度，实现任意两个距离传感器的探测空间至少部分交叉，且距离传感器B、C的交叉探测区域形成下探测空间，距离传感器A的探测区域形成上探测空间。当目标物(设为R点)走近上探测空间和下探测空间的交叉区域时，三个距离传感器A、B、C同时探测目标物R，得到每个距离传感器分别离目标R的距离，即，获取了RB、RC、RA的距离。在此需说明的是，由于距离传感器(不管是雷达传感器还是超声传感器)在探测距离时，所探测的距离是传感器离目标物最近的一个点的距离，所以，对于同一用户，即使三个距离传感器A、B、C所测的目标点不是同一点，依然可将其作为同一点，因为计算时会考虑人体正面或侧面幅度宽，以及两距离传感器间的距离与探测角度等参数，即可计算出较为精确的人体三维坐标，即使存在少许误差也是在允许范围内。另外，智能装置的安装高度(设备的底部离地面的距离)假设为1.2米，而智能装置的设备高度(设备的底部到顶部的距离)假设为0.65米，对于高度低于1.85米的用户，都可准确测量其高度，假设家庭中有高度大于1.85米的成员，只需将设备的安装高度调高即可。对于高度在1.2米至1.85米之间的用户，只需要结合距离传感器B、C的感测数据来确定其X、Y坐标，再结合距离传感器A的感测数据来确定其Z坐标。对于高度低于1.2米的用户，在确定其X、Y坐标时，需要结合三个距离传感器A、B、C的感测数据。

下面结合图4说明对高度在1.2米至1.85米之间的用户进行三维位置定位的过程：

首先，对于高于1.2米的用户，距离三个距离传感器B、C、A的最近点位于不同的身体部位，设用户的脚部位置为R，头部位置为r’，1.2米处对应的位置为r(忽略用户的身体宽度)，左下距离传感器B、右下距离传感器C与上面距离传感器A分别探测目标点的距离，可得到三个距离值：Br、Cr、Ar’。另外，已知BC的中点为坐标原点O，AO垂直于rO，因此可通过三角形中线定理得到rO长度。接着，已知rO、BO、rB三边，通过三角形原理得到rO与OB的角度，即可判断目标物在O的左边还是右边。然后，已知rO与OB的角度和rO长度，通过三角形原理得到r点到OB的垂直距离，设交点设为x，即rx长度为目标的Y坐标，再通过三角形原理得到Ox的距离，即目标的X坐标。最后，通过r’向AO作垂线，设焦点为z，由于rO＝r’z，因此根据Ar’z直角形原理，即可得知Az长度，r’r＝AO－Az，即，Z坐标。至此，便计算出了目标用户的三维位置坐标。还需说明的是，当r’点Z坐标相等或高于A点高度时，目标物的高度可以忽略计算。

下面结合图5说明对高度低于1.2米的用户进行三维位置定位的过程：

首先，对于低于1.2米的用户，其距离三个距离传感器A、B、C最近的点均为头部位置(忽略头部宽度)，设用户头部位置为R，通过三个距离传感器的探测可得到三个距离值：BR、CR、AR。另外，设R点在XY平面上的投影为r，通过R向Z轴做垂线，设交点为Z，通过R向X轴做垂线，设交点为x。在计算时，先根据RB，RC，BC三边求OR长度，再根据AO，RA，RO三边求面积，再根据面积求ZO长度，进而可确定出目标的Z坐标。接着，由于OZ＝Rr，根据RO、Rr直角三角形求rO，再根据RB，Rr计算rB的长度进而计算rx、Ox长度，这样便可获取目标的X、Y坐标。

当通过上述方法对目标物进行三维定位后，可根据连续多个X，Y，Z坐标值的变化，即可精准计算出目标的存在、运行速度、方向、轨迹、徘徊、入侵、宠物、小孩、久坐不动、久坐、坐下或起立、跌倒、呼吸频率等信息，从而智能地判断用户需求。

进一步地，虽然通过上述三个构建成等边或等腰三角形的三个距离传感器A、B、C可实现目标物的三维定位，但由于每个距离传感器探测角度有限，假设为80度*40度左右的探测空间，因此三个距离传感器交叉探测后的探测空间很有限，不适合家庭中宽大空间探测。因此，如果要实现180度甚至以上的立体空间的位置探测，下探测模块、上探测模块中可设置多个距离传感器，例如，假设选用探测角度为80度的距离传感器，上探测模块需至少选用三个距离传感器，下探测模块需至少选用两组第一感测单元(对应四个距离传感器)；假设选用探测角度为90度的距离传感器，上探测模块最少选用两个距离传感器即可。

在一个具体实施例中，结合图6，边框包括内边框31和外边框32，且边框的截面呈V型，且内边框31与墙面的角度为20度或160度，外边框与墙面的角度为20度(左侧)或160度(右侧)。下感测模块包括四个单发单收的距离传感器D、B、C、E，且4个距离传感器分别设置在左下侧的外边框、左下侧的内边框、右下侧的内边框及右下侧的外边框，且在一条水平线上，即水平X轴。距离传感器B、C组成第一组第一感测单元，距离传感器D、E组成第二组第一感测单元，且每组的两个距离传感器都对称设置。这样，BC的中点为X轴的坐标原点为O，且OD＝OE，OB＝OC。4个距离传感器D、B、C、E所形成的交叉探测空间可形成180度的水平探测空间面。

结合图7，设备顶部设置3个单发单收的距离传感器G、A、F，且分别设置在左上侧的外边框、中间位置处、右上侧的外边框，三个距离传感器设置在同一水平线上，且A为GF水平线的中点，GA＝AF，AO、GD和FE垂直GAF和DBCE两条直线，AO、GD和FE相互平行，AO直线为基于坐标原点O垂直X轴的Z轴，通过顶部3个距离传感器的分布探测，即可形成180度的上探测空间，且与下探测空间交叉。基于坐标原点O，分别垂直X轴与Z轴的直线为Y轴。利用距离传感器的圆锥探测空间的特点，下探测空间主要探测目标物的X，Y轴坐标，上探测空间主要探测目标Z轴坐标。

在距离传感器的连续探测下，可根据连续多个X、Y、Z坐标值的变化，即可在180度探测范围内精准计算出目标物的存在、运行速度、方向、轨迹、徘徊、入侵、宠物、小孩、久坐不动、久坐、坐下或起立、跌倒、呼吸频率等信息，从而判断用户的需求。

在另一个具体实施例中，边框的上下侧分别最少设置一个多发多收的距离传感器，其中，下侧的距离传感器(设为E点)主要探测目标物的水平X、Y坐标，设备E点为坐标原点，平行于安装墙面且经E点的水平线为X轴，水平面内经E点垂直X轴的直线为Y轴，平行于安装墙面且经E点，垂直X轴的直线为Z轴。边框上侧的距离传感器(设为A点)主要探测目标的垂直Z坐标。利用距离传感器的锥体形探测空间的特点，通过调整上、下二个距离传感器的探测角度，实现上、下两个探测空间的交叉探测。

下面结合图8说明对高度在1.2米至1.85米之间的用户进行三维位置定位的过程：

首先，对于高于1.2米的用户，其距离两个距离传感器E、A的最近点不同，设用户的脚部位置为R，头部位置为r’，1.2米处对应的位置为r(忽略用户的身体宽度)，根据三角形原理，已知目标点离坐标原点E的距离rE和rE直线与X轴的夹角，即可计算出目标的X，Y水平坐标。而且，A点位于Z轴上，因此已经的AE距离和探测的Ar’、Er(r’z)距离，根据三角形原理，即可计算出Az的长度，进而可计算出目标用户的Z坐标。

下面结合图9说明对高度低于1.2米的用户进行三维位置定位的过程：

首先，对于低于1.2米的用户，其距离两个距离传感器E、A最近的点均为头部位置(忽略头部宽度)，设用户头部位置为R。另外，设R点在XY平面上的投影为r，通过R向Z轴做垂线，设交点为Z，通过R向X轴做垂线，设交点为x，通过R向Y轴做垂线，设交点为Y。在计算时，先根据RA，RE，AE三边长，求R点距X，Y轴平面的高Rr(即h)，进而可确定目标用户的Z坐标。然后，根据RE，REx夹角，求xE，即X坐标，再根据RE，REx夹角，求Rx长度。接着，根据rR，Rx求rX长度，即Y坐标。

最后需说明的是，上述实施例中X、Y坐标的计算都是指目标物处于下探测模块的其中两个距离传感器的交叉探测区域内，假如目标物仅处于距离传感器D或E的探测空间内，此时，根据上述方式虽不能准确计算出目标物的X、Y坐标，但在实际应用中，可结合目标物的运动趋势、室内的空间结构等来估计其X、Y坐标，例如，目标物的运动趋势是从B、D距离传感器的交叉探测区域走进D距离传感器的探测区域，而此处的空间对应室内的过道，因此可确定目标物的X坐标在变，而Y坐标认为交叉探测空间内(临界位置处)计算的Y坐标，进而确定目标物进入过道。当然，也可在智能装置上增设更多数量个距离传感器，使其180度的探测空间都能准确定位。

在距离传感器的连续探测下，可根据连续多个X、Y、Z坐标值的变化，即可在180度探测范围内精准计算出目标物的存在、运行速度、方向、轨迹、徘徊、入侵、宠物、小孩、坐着、坐下或起立、跌倒、呼吸频率等信息，从而判断用户的需求。

最后需说明的是，距离传感器的数量、安装位置、安装角度可根据实际应用场景来确定，本发明并不局限于上述示例。

在本发明智慧家庭实现方法中，通过上述方法确定了用户的实时三维位置坐标后，根据三维位置坐标X、Y、Z的变化，通过信息处理即可判断用户的状态：①.当用户的X、Y坐标都在变，但Z坐标(后以目标高度H表示)没有变，且H高大于1.2米时，则可确定用户为站立状态；②.当用户的X、Y坐标都在变，但目标H高度值变化很小，且H值持续保持在0.5-1.2m区间的一个高度值时，则可确定用户为宠物或小孩；③.当用户的X、Y坐标没有变，但目标H高度值在短时间内有变大或变小后保持一段时间，且H高为1M左右时，则可确定用户为坐下或站立；④.当用户的X、Y、Z坐标一段时间内都没有变化，且H值持续保持在1米高度值时，则可确定用户为久坐状态；⑤.当用户的X、Y坐标没有变，但目标H高度值瞬间变小后保持不变，且H高为0.3M左右时，则可确定用户为跌倒状态。另外，还可进一步结合室内空间信息、环境信息、时间信息、用户特征信息、户型结构信息、用户输入信息等，通过大数据与AI学习等信息处理，可以分析用户碎片化需求，并根据用户的需求，主动关怀与服务用户，例如：⑴.当确定用户跌倒在地时，会主动本地、远程输出关爱或求援信息；⑵.当确定用户久坐不动时，会主动关怀用户注意运动及休息；⑶.当感知到用户用户下班回家时，会主动关怀开启室内灯光、窗帘、空调、电视等，并主动语音问候用户；⑷.当感知到用户坐到餐椅上时，自动关怀开启就餐模式；⑸.当早上感知用户三维坐标变化(从床上坐起并下床)，确定用户早上起床时，可主动关怀打开窗帘、电视或起床音乐，并提醒用户室内环境情况与室外天气状态，以及晚上睡觉时室内可能存在的情况，如起夜次数太多，呼吸频率不规则等，⑹.当感知到早上用户坐标消失在入户门处时，确定用户上班离家，会自动对室内空间进行布防；或到上班时间，感知用户走到设备主体面前时，会主动关怀用户注意形象、着装、感知用户身温等，用户离家后再对室内空间进行布防；⑺.当感知到夜晚用户三维坐标变化(从床上坐起并下床)，可确定用户夜晚起夜，会主动开启起夜暗灯光，根据用户的运动方向与速度，判断开启厕所、厨房或其它区域的灯光和排风等；当用户向卧室回程时，会自动关闭相关区域的灯光和排风；⑻.当夜晚用户睡觉时，感知用户上床睡觉，自动关闭室内所有灯光、窗帘，将空调调至合适温度等；⑼.当感知用户徘徊超过一定时间时，会主动关怀问候用户，提示用户是否需要音乐、电视、游戏、艺术鉴赏、听书、广播等娱乐活动；⑾.当感知室内只有老人或小孩时，在用户久坐、跌倒、突然行动缓慢、长时间无声、徘徊、奔跑时，主动关怀用户注意安全、休息、娱乐等；⑿.在酒店客厅应用时，当感知用户进入客房，会自动开始室内灯光、窗帘、空调、电视等，并语音关怀问候用户是否有其它服务需求等；当客人起夜时，感知用户起床自动开启起夜灯；当客人长时间卧床不起，会自动关怀用户在时间节点需要吃饭、活动、娱乐、工作等；当退房时间到前提醒用户注意退房时间或续房，或感知用户离开时，自动主动关怀用户一起走好，欢迎下次光临等；⒀.在展厅展示应用时，当感知参观人走到参观点N米停下时，自动开始介绍参观点的信息；当感知一般人员保持一定速度通过时，系统可以忽略该人员或主动介绍一句简单有吸引力的话，以吸引经过的用户过来参观等；⒁.在会议室应用时，当感知有人走入会议室，系统自动主动关怀用户，提醒当前预约会议情况；⒂.在商场应用时，可以感知该区域热度情况；当消费者保持一定速度通过时，系统可以忽略该消费者或主动介绍一句简单有吸引力的话，以吸引经过的用户过来消费等。

下面说明本发明技术方案的技术效果：

1、简化集成：多发多收CMOS工艺雷达传感器或单发单收雷达传感器或超声传感器，具有小尺寸、毫或厘米级定位精度和微或毫瓦低功耗功率等优点，避免了常规雷达体积大、功耗大、成本高的缺点，利于在特定外观结构的智能产品中应用。单发单收雷达或超声传感器因只能探测径向目标距离，不能切向探测目标运动，而多发多收CMOS工艺雷达传感器虽可测距与切角，但雷达或超声传感器探测并不是刚需的，所以要用户投资在家庭安装多个雷达或超声传感器的设备很困难，且分散安装定位效果差、多雷达网络数据集成分析也是个难题。因此本发明提出单设备多雷达或超声传感器对用户进行室内三维空间定位方法，创新地将多个雷达或超声传感器集成于刚需单设备中，并设置下探测空间与上探测空间，且两个探测空间交叉探测。而下探测空间面由多组两个雷达或超声传感器的交叉探测空间组成，并将设备正面180度水平探测空间共分为D、CD、BC、BE、E等五个探测区域，任意一组水平两雷达或超声波探测到的任意目标距离，利用三角形原理，通过信息处理得到任意目标物(在目标物的高度高于1.2米时)的X、Y坐标。上探测空间由多个雷达或超声传感器分布探测的空间组成，例如，正面180度上探测空间共分为G、A、F等三个探测区域，任意区域雷达或超声探测到的任意目标物的距离，与对应区域的下探测空间探测到的任意目标物的X、Y坐标一起，利用三角形原理，通过信息处理得到对应区域任意目标的X、Y、Z立体坐标。

通过单设备这种180度的人体空间探测，设备固定在墙面即可对室内进行全方位立体感知，通过感知目标是动物、小孩、老人、跌倒、坐下、久坐、徘徊、运动速度、方向、轨迹、频次、呼吸频率等状态信息，再根据空间结构、房屋信息、用户信息、环境信息、时间信息、用户输入，通过大数据分析与AI学习，即可真实了解用户碎片化需求，根据不同的需求可主动关怀用户与服务，避免了多设备还无法收集完整用户需求的状态，简化了用户集成。

2、定位覆盖范围优化：本方案采用的雷达或超声传感器的探测角度有一定局限，如80度*40度左右圆锥体形探测范围，人体水平宽幅平均一般在30CM左右，如果水平两个雷达传感器之间间距太小，则用户切向运动探测精度会受到影响，因此两个雷达传感器之间距离不能太小，假如两雷达传感器之间的距离为30CM，且雷达传感器常规平行设备安装墙面时，两雷达传感器的探测交叉区域离设备距离会比较大，这样设备正面的探测盲区会比较大，近设备正面的交叉探测区域面积太小，从而影响定位探测效果。

设备正面顶部与两侧面顶部共三个雷达或超声传感器，因设备顶部位置高度相对比较高，而雷达或超声传感器垂直探测面的探测角度有限，如为40度，所以如果按常规传感器天线平面与智能设备表面平行安装，则距离设备正面4.5米距离时，雷达传感器才能探测到地面，存在很大的探测盲区。因此本发明将设备顶部三个雷达传感器天线平面与设备平面(墙面)保持一定角度，如20度或160度夹角，保证雷达探测区域最上边线平行地面，发挥雷达或超声传感器圆锥形探测空间最大探测效能。

另外，本发明还将水平B、C两个雷达或超声传感器设置于设备的边框的正面的两边，且雷达或超声传感器天线面与智能设备面(墙面)保持一定角度，如20度夹角和160度夹角，两个雷达或超声传感器面对面设置，这样两个雷达或超声波传感器交叉探测外边界角就扩展到了140度探测范围。D、E雷达或超声传感器传感器设置于边框的两侧，与正面两水平雷达或超声传感器B、C处于同一水平面，且雷达或超声传感器天线面与智能设备安装的墙面或智能设备背面保持一定角度，如20度夹角和160度夹角，以保持雷达传感器探测面的一边可以平行设备的背面或设备安装的墙面，最大限度与设备正面雷达或超声传感器探测范围进行交叉探测，以达到精准切向运动定位的目的。这样，改进后的智能装置的正面精准定位角度有140度，两侧各有20度区域为非精准定位角度，最大限度优化了用户精准定位体验感。

多发多收雷达传感器设置在设备外围左或右侧边框的内外两侧，根据雷达传感器的探测角度的一半角度设置设备边框内外侧面角度，如雷达探测角度为90度，则设备边框内、外侧与墙的角度为45度或135度。这样让雷达传感器的探测角度可以最大范围探测目标。

3、单发单收距离传感的单设备综合定位方法：

单发单收传感的单设备三角锥立体空间定位方法受设备的结构、外观与安装位置等多方面因素限制，只能对设备正面约100度左右的范围进行探测，而设备两边各有40度以上的范围为探测盲区，容易给用户体验带来负面影响。单发单收传感的设备侧面因空间不够，无法独立实现三角锥立体空间定位方法，但通过调整侧面传感器设置角度，侧面距离传感器探测区域可以最大限度与正面传感器探测区域进行交叉探测，交叉区域也同样适用单设备三角锥立体空间定位方法定位。而考虑到用户最迫切解决的痛点问题是安全、关爱老人与小孩等，对设备侧面精准定位的需求不明显，区域定位即能满足用户需求。因此，综合定位方法将智能设备周边180度探测范围分成5个分区进行探测，正面三个区域采用单设备三角锥立体空间定位方法，而两侧面采用垂直双距离传感器空间区域定位方法。

垂直双距离传感器空间区域定位方法即在智能设备的两侧各安装两个距离传感器，两个距离传感器一上一下设置，侧面的下侧设置的距离传感器与正面三角锥立体空间定位方法的X轴高度一致，上侧设置的距离传感器与正面三角锥立体空间定位方法的顶部距离传感器高度一致，设备侧面区域定位对用户纵向距离可精准定位，横向定位以正面三角锥立体空间定位方法的探测边界、用户在设备正面探测区域的运动平均速度、侧面区域纵向精准定位距离以及设备侧面的室内空间大小及结构功能进行大数据综合分析判断用户位置、横向运动方向及去那里。设备侧面顶部距离传感器与下侧距离传感器的连线垂直地面，用户在侧面探测区域时，用户与两个距离传感器形成的三角形平面垂直地面，设备侧面顶部距离传感器探测用户距离及作用类似单设备三角锥立体空间定位方法中Z轴，后描述简称为Z’轴。因人体站立时高度比较高，有的甚至超出设备顶部距离传感器的探测范围，因此人体在室内空间的三维定位坐标，当系统对三维坐标Z’轴高度在1.5米以上时，判断为成人用户正常站立或行走；当系统对三维坐标Z’轴高度在1.5米以下时，判断为小孩正常站立或行走；当系统对三维坐标Z’轴高度在1米以下时，判断为动物或婴儿正常站立或行走；当系统对三维坐标Z’轴高度在1.5米以上，但突然三维坐标Z’轴高度降到1-1.5米范围时，判断为用户坐下，如短时间恢复到1.5米以上，则判断为用户蹲下运动；当系统对三维坐标Z’轴高度在1.5米以上，但突然三维坐标Z’轴高度降到0.6米以下时，则判断为用户跌倒。

以为坐标Z轴和Z’轴各场景的高度值为暂定描述值，最终以产品效果验证值为准。

5、智慧家庭人员定位系统合适安装设备：

本发明的智能装置可适用在智能电视、冰箱、空调、智能屏、对讲分机、魔镜、相框、厨柜、智能面板、路由器、洗衣机、智慧平面机器人等。在商业适用广告屏、会议屏、投影机、激光电视、酒店电视等。

智慧家庭包含智慧的智能家居，而常规的实现家居控制方式有多种，但通常都是被动控制，如APP、面板、被动语音唤醒控制等，这对于发烧友来说没有问题，但对于老百姓来讲很多问题就出来了，还有就是人是有感情，一味冷漠的控制关系，只会增加人的孤独感，且并不能发现用户潜在需求，不能增加用户黏性，不能解决用户的情感与归属问题。因此，对室内空间人员精准定位，可以精准感知和挖掘用户需求，从而可实现主动关怀、主动控制、跌倒报警、防盗报警、健康分析等特色服务，满足用户各种体验需求，让用户享受智慧系统给用户带来的实惠、快捷、方便、智能、舒适的用户体验，让用户重新认识智慧系统、喜欢智慧系统、想更多的消费智慧系统，让用户真正感受家的温暖，家的智慧。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (18)

1.一种智能装置，包括设备主体及位于设备主体周圈的边框，其特征在于，还包括主控模块及设置在所述边框上的上感测模块、下感测模块，其中，所述下感测模块对所形成的下探测空间内的目标物进行距离感测，所述上感测模块对所形成的上探测空间内的目标物进行距离感测，而且，所述下探测空间与所述上探测空间至少部分交叉；

所述主控模块，用于实时获取下感测模块的感测数据及上感测模块的感测数据，并根据所获取的感测数据实时确定目标物的三维位置坐标。

2.根据权利要求1所述的智能装置，其特征在于，

所述下感测模块包括至少两个单发单收的第一距离传感器，和/或，至少一个多发多收的第二距离传感器；

所述上感测模块包括至少一个单发单收的第一距离传感器，和/或，至少一个多发多收的第二距离传感器。

3.根据权利要求2所述的智能装置，其特征在于，所述边框包括顶部相连接的内边框和外边框，且所述边框的截面呈V型或半圆型。

4.根据权利要求3所述的智能装置，其特征在于，所述下感测模块包括至少一组第一感测单元，每组第一感测单元包括两个第一距离传感器，每组第一感测单元的两个第一距离传感器分别设置在所述边框的左下侧和右下侧，且每相邻的两个第一距离传感器的探测空间的交叉区域形成下探测空间的至少一部分。

5.根据权利要求4所述的智能装置，其特征在于，所述下感测模块包括两组第一感测单元，而且，第一组第一感测单元的两个第一距离传感器分别设置在所述内边框上，第二组第一感测单元的两个第一距离传感器分别设置在所述外边框上。

6.根据权利要求3所述的智能装置，其特征在于，所述下感测模块包括至少一组第二感测单元，每组第二感测单元包括两个第二距离传感器，而且，每组第二感测单元的两个第二距离传感器分别设置在所述内边框和所述外边框上。

7.根据权利要求2所述的智能装置，其特征在于，所述上感测模块包括一个第一距离传感器或一个第二距离传感器，所述第一距离传感器或第二距离传感器设置在所述边框上侧的中间位置处。

8.根据权利要求3所述的智能装置，其特征在于，所述上感测模块还包括至少一组第三感测单元，每组第三感测单元包括两个第一距离传感器，每组第三感测单元的两个第一距离传感器分别设置在所述边框的左上侧和右上侧。

9.根据权利要求8所述的智能装置，其特征在于，所述上感测模块包括两组第三感测单元，而且，第一组第三感测单元的两个第一距离传感器分别设置在所述内边框上，第二组第三感测单元的两个第一距离传感器分别设置在所述外边框上。

10.根据权利要求3所述的智能装置，其特征在于，所述上感测模块包括至少一组第四感测单元，每组第四感测单元包括两个第二距离传感器，而且，每组第四感测单元的两个第二距离传感器分别设置在所述内边框和所述外边框上。

11.根据权利要求2-10任一项所述的智能装置，其特征在于，所述下感测模块中的第一距离传感器和/或第二距离传感器设置在同一水平面上；所述上感测模块中的第一距离传感器和/或第二距离传感器设置在同一水平面上。

12.根据权利要求3-10任一项所述的智能装置，其特征在于，在所述边框的截面呈V型时，所述内边框与墙面的角度为20-70度，所述外边框与墙面的角度为20-70度。

13.根据权利要求2-10任一项所述的智能装置，其特征在于，所述第一距离传感器为雷达传感器或超声传感器；所述第二距离传感器为雷达传感器。

14.根据权利要求1-10任一项所述的智能装置，其特征在于，所述设备主体包括对讲分机、电视、路由器、相框、冰箱、厨柜、空调、机器人、定位探测器、魔镜。

15.一种室内人体三维定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11.实时获取下感测模块的感测数据及上感测模块的感测数据，其中，所述下感测模块和所述上感测模块分别设置在智能装置的边框上，所述下感测模块对所形成的下探测空间内的目标物进行距离感测，所述上感测模块对所形成的上探测空间内的目标物进行距离感测，而且，所述下探测空间与所述上探测空间至少部分交叉；

S12.根据下探测空间的感测数据和上探测空间的感测数据实时确定目标物的三维位置坐标。

16.一种智慧家庭实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10.根据权利要求15所述的家庭室内人体三维定位方法对目标物进行定位，以实时获取用户的三维位置坐标；

S20.根据所述三维位置坐标与现场信息来确定用户的类型及需求信息，所述现场信息包括下列中的至少一个：室内空间信息、环境信息、时间信息、用户特征信息、户型结构信息；

S30.根据用户的需求信息控制相应的家居装置和/或输出相应的提示信息。

17.根据权利要求16所述的智慧家庭实现方法，其特征在于，所述需求信息包括下列中的至少一个：特定位置的坐/站/跌倒、久坐不动、起床、躺下、进门、离家、非法入侵、徘徊。

18.根据权利要求16所述的智慧家庭实现方法，其特征在于，在步骤S20中，根据下列中的至少一个确定用户的类型：

根据用户的三维位置坐标来确定用户的高度，并根据用户的高度确定用户的类型；

根据用户实时的三维位置坐标确定用户的运动形态，并根据所述运动形态确定用户的类型；

在步骤S20中，根据下列中的至少一个确定用户的需求信息：

若判断用户在水平面内的X、Y坐标不变，且高度在第一预设时段内由第一预设高度降为第二预设高度，则确定用户坐下；

若判断用户处于坐下状态时，且水平面内的X、Y坐标和Z坐标在第二预设时间段内保持不变，则确定用户久坐不动；

若判断用户在水平面内的X、Y坐标不变，且高度在第一预设时段内由第二预设高度升为第一预设高度，则确定用户站立；

若判断用户在水平面内的X、Y坐标不变，且高度在第一预设时段内由第一预设高度或第二预设高度降为第三预设高度，并保持时间大于第三预设时段，则确定用户跌倒；

若判断用户在卧室内水平面内的X、Y坐标不变，且高度在第四预设时段内由第四预设高度降为第五预设高度，则确定用户躺下；

若判断用户在卧室内水平面内的X、Y坐标不变，且高度在第四预设时段内由第五预设高度升为第四预设高度，则确定用户起床。