CN110012424A - 一种基于uwb技术的智能船员管理系统 - Google Patents

一种基于uwb技术的智能船员管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于UWB技术的智能船员管理系统，包括用户终端、传感器组、船员信息数据库、服务器和监控终端，用户终端通过UWB脉冲信号与传感器组通信，传感器组包括主传感器和从传感器，传感器组用于接收用户终端的UWB脉冲信号、并与接收时间数据传输至服务器，服务器用于接收传感器信号、依据UWB脉冲信号到达传感器组的时间差解算定位船员所在位置坐标，并访问写入船员信息数据库，将标签号码对应的船员信息和位置坐标传输至监控终端动态显示；采用UWB超宽带室内定位技术与船员数据库访问传输，实现指挥室监控终端准确定位船员位置、迅速传达指挥命令，提高管理准确度、效率、应急情况处置能力，具有推广价值。

Description

一种基于UWB技术的智能船员管理系统
技术领域
本发明涉及一种管理系统，特别是一种基于UWB技术的智能船员管理系统。
背景技术
船舶海上航行安全一直是世界海洋运输体系中非常关注的问题，随着海军舰船、远洋巨轮的吨位水平日益提高，航行期间的船员管理问题更显突出。舰船指挥历来要求认真、细致、严谨、迅速，这对各部门、各舱室的船员管理提出了很高的标准。目前，普遍的管理方法主要依靠对讲机、船用电话等老旧通信设备，用于各部门的联络，这个做法效率较低，难以应对舱室故障、船员突发疾病或者不慎落水等紧急情况。同时，对船长、指挥员的管理和指挥带来了很大的影响。综上诸多因素，设计出用于船员管理特别是大型船舶人员管理的智能系统。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中船员管理效率低、准确性差、应急能力弱的问题，提供一种基于UWB技术的智能船员管理系统,采用超宽带室内定位技术与船员数据库访问传输，实现指挥室监控终端准确定位船员位置、迅速传达指挥命令，提高管理准确度、效率、应急情况处置能力，具有推广价值。
本发明是通过如下的技术方案予以实现的：
一种基于UWB技术的智能船员管理系统，其中，包括用户终端、传感器组、船员信息数据库、服务器和监控终端，所述用户终端用于输入存储船员信息对应的标签号码、通过UWB脉冲信号与传感器组通信，所述传感器组包括主传感器和从传感器，传感器组用于接收用户终端的UWB脉冲信号、并与接收时间数据传输至服务器，所述主传感器和从传感器均为直流低电压电源供电的三防超宽带定位基站、且分别安装于各层舱室的中心和任意一角，各层舱室的从传感器交错分布；
所述服务器用于接收传感器信号、依据UWB脉冲信号到达传感器组的时间差解算定位船员所在位置坐标，并访问写入船员信息数据库，将标签号码对应的船员信息和位置坐标传输至监控终端；
所述服务器内设有服务层、网络传输层和应用层，所述服务层用于与船员信息数据库进行数据交换，将船员身份信息和船员对应的标签号码传输至应用层，所述网络传输层用于与传感器组和监控终端网络通信，所述应用层用于依据网络传输层接收的传感器信号，计算UWB脉冲信号到达传感器组的时间差，通过TDOA定位算法解算位置坐标，并与标签号码对应的船员身份信息和标签号码合并结果传输至服务层和网路传输层；
所述船员信息数据库用于存储船员身份信息、船员对应的标签号码和位置坐标，所述监控终端用于接收服务器数据，动态显示船员信息、船员对应的标签号码和位置坐标；
所述监控终端内设有指令输入模块和第一传输模块，所述指令输入模块用于输入指令数据，所述第一传输模块用于反馈指令数据至服务器，所述服务器用于反馈标签号码对应的位置坐标和指令数据至主传感器，所述主传感器上设有第一接收模块、控制芯片和第二传输模块，所述第一接收模块用于接收标签号码对应的位置坐标和指令数据，所述控制芯片用于控制第二传输模块传输位置坐标和指令数据至标签号码对应的用户终端，所述用户终端上设有第二接收模块和显示屏，所述第二接收模块用于接收位置坐标和指令数据并输出至显示屏显示。
本发明的有益效果为：
本发明基于UWB技术，采用用户终端通过UWB脉冲信号与传感器组通信，船员进入该舱室后，使包括各层舱室的中心、任意一角交错分布的主传感器和从传感器接收，在任何时刻任意位置，主、从传感器都可以感应到信号，服务器接收计算UWB脉冲信号到达传感器组的时间差，通过TDOA定位算法解算位置坐标，并调用船员信息数据库，与标签号码对应的船员身份信息和标签号码合并结果，传输至指挥舱室的监控终端实时动态显示，使得管理人员可随时了解所有船员的状态，实现远程室内定位、准确确定人员位置，同时，通过服务器反馈和监控终端输入指令数据反馈，可迅速传达指挥命令至用户终端，极大地提高了船员管理的效率、便捷性和准确性，本发明实用性强，具有广阔的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明数据传输示意图。
图2为本发明结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
一种基于UWB技术的智能船员管理系统，其中，包括用户终端、传感器组、船员信息数据库、服务器和监控终端，所述用户终端用于输入存储船员信息对应的标签号码、通过UWB脉冲信号与传感器组通信；
所述用户终端为内设数据输入模块、编码器、UWB脉冲发生器、UWB脉冲发射器和第一电源的便携手环、感应卡或通信设备，所述数据输入模块用于输入存储船员信息对应的标签号码、并传输至编码器，所述编码器用于接收标签号码进行数据编制、并传输至UWB脉冲发生器，所述UWB脉冲发生器用于接收编码器的数据并发生UWB脉冲信号、传输至UWB脉冲发射器，所述UWB脉冲发射器用于通过UWB脉冲信号与传感器组通信；
通过第一电源为数据输入模块、编码器、UWB脉冲发生器、UWB脉冲发射器供电，通过数据输入模块输入与船员信息对应的标签号码后、传输至编码器编制，，编制后的源数据码流经UWB脉冲发生器成UWB高斯脉冲，方便传感器的接收识别，使传感器具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生，采用便携手环、感应卡或通信设备的形式作为载体，可依据成本和需求进行选择，方便推广应用；
所述传感器组包括主传感器和从传感器，传感器组用于接收用户终端的UWB脉冲信号、并与接收时间数据传输至服务器，所述主传感器和从传感器均为直流低电压电源供电的三防超宽带定位基站、且分别安装于各层舱室的中心和任意一角，各层舱室的从传感器交错分布；
超宽带定位基站采用三防外壳保护，且各层舱室的从传感器采用交错分布的方式，方便服务器依据两个不同定位基站之间的UWB脉冲信号传播的时间差异，采用TDOA定位原理解算标签坐标，实现室内定位；
所述主传感器和从传感器均包括第二电源、UWB脉冲接收器、解码器、计时器和数据输出模块，所述UWB脉冲接收器用于接收UWB脉冲发射器的脉冲信号、并传输至解码器，所述解码器用于解制脉冲信号转换成数字信号，所述计时器用于存储时间数据，所述数据输出模块用于将解码器的数字信号和计时器的时间数据传输至服务器；
主传感器和从传感器以第二电源为UWB脉冲接收器、解码器、计时器和数据输出模块供电，UWB脉冲接收器接收用户终端的UWB脉冲信号后，传输至解码器解制成数字信号，并以输出模块将计时器的时间数据一同传输至服务器，使原始数据压缩存放，频率稳定度在±1.5ppm左右，保证解码数据经服务器稳定接收；
所述服务器用于接收传感器信号、依据UWB脉冲信号到达传感器组的时间差解算作为位置参数定位船员所在位置坐标，并访问写入船员信息数据库，将标签号码对应的船员信息和位置坐标传输至监控终端，所述船员信息数据库用于存储船员身份信息、船员对应的标签号码和位置坐标；
所述服务器内设有服务层、网络传输层和应用层，所述服务层用于与船员信息数据库进行数据交换，将船员身份信息和船员对应的标签号码传输至应用层，所述网络传输层用于与传感器组和监控终端网络通信，所述应用层用于依据网络传输层接收的传感器信号，计算UWB脉冲信号到达传感器组的时间差，通过TDOA定位算法解算位置坐标，并与标签号码对应的船员身份信息和标签号码合并结果传输至服务层和网路传输层；
在船员信息数据库外部输入存储船员身份信息和船员对应的标签号码，通过服务层调用船员信息数据库并传输至应用层，网络传输层接收传感器组的用户终端UWB脉冲信号和接收时间数据并传输至应用层，应用层计算UWB脉冲信号到达传感器组的时间差通过TDOA定位算法解算，得到位置坐标，将UWB脉冲信号里的标签号码、与船员信息数据库的船员身份信息和船员对应的标签号码对应，得到对应的船员信息、船员对应的标签号码和位置坐标，传输至服务层方便船员信息数据库写入存储，同时通过网络传输层传输至监控终端，方便监控终端实时显示；
所述监控终端用于接收服务器数据，动态显示船员信息、船员对应的标签号码和位置坐标；
所述监控终端包括数据接收模块、时钟模块、中央处理器、存储器和显示器，所述数据接收模块用于接收服务器数据并传输至中央处理器，所述时钟模块用于想中央处理器输入实时时间，所述中央处理器用于整合实时时间下各船员信息、船员对应的标签号码和位置坐标，并传输至存储器存储和显示器动态显示。
监控终端的数据接收模块与服务器的网络传输层通信，接收对应的船员信息、船员对应的标签号码和位置坐标，输入中央处理器进行数据处理，中央处理器调用时钟模块的实时时间，整合实时时间下各船员信息、船员对应的标签号码和位置坐标，传输至存储器存储，同时传输至显示器动态显示，使得管理人员可随时了解所有船员的状态。
所述中央处理器连接有打印机，打印机作为外部输出设备，通过与中央处理器连接，中央处理器调用存储器数据，可打印对应时间下各船员信息、船员对应的标签号码和位置坐标，方便管理者观看检查；
所述监控终端内设有指令输入模块和第一传输模块，所述指令输入模块用于输入指令数据，指令数据也可替换为其他数据，所述第一传输模块用于反馈指令数据至服务器，所述服务器用于反馈标签号码对应的位置坐标和指令数据至主传感器，所述主传感器上设有第一接收模块、控制芯片和第二传输模块，所述第一接收模块用于接收标签号码对应的位置坐标和指令数据，所述控制芯片用于控制第二传输模块传输位置坐标和指令数据至标签号码对应的用户终端，所述用户终端上设有第二接收模块和显示屏，所述第二接收模块用于接收位置坐标和指令数据并输出至显示屏显示。
服务器的应用层解算的标签号码对应的位置坐标，通过网络传输层通信传输至主传感器，同时，当管理者检查发现某船员当班期间出现长时间离位离岗，机控室出现失管失控，存在严重安全隐患的情况，进而通过指令输入模块输入传递警告指令或其他信息，通过中央处理器控制第一传输模块反馈指令数据至服务器，服务器的网络传输层与中央处理器通信，接收指令数据；
服务器的标签号码对应的位置坐标和指令数据，通过网络传输层传输至主传感器的第一接收模块接收，控制芯片调用第一接收模块接收的信息与UWB脉冲接收器的标签号码对应，控制第二传输模块传输位置坐标和指令数据至标签号码对应的用户终端，用户终端的第二接收模块接收位置坐标和指令数据并输出至显示屏显示，进而传递警告指令，督促严守岗位。
某日11时管理者检查轮机部门值班情况，采用本发明智能船员管理系统，参考附图，确定监控终端打开，各主、从服务器信道通畅，所有船员均处于连接状态，船员进入该舱室后，使包括各层舱室的中心、任意一角交错分布的主传感器和从传感器接收，在任何时刻任意位置，主、从传感器都可以感应到信号，服务器接收计算UWB脉冲信号到达传感器组的时间差，通过TDOA定位算法解算位置坐标，并调用船员信息数据库，与标签号码对应的船员身份信息和标签号码合并结果，传输至指挥舱室的监控终端实时动态显示，使得管理人员可随时了解所有船员的状态，实现远程室内定位、准确确定人员位置并打印；
根据检查，管理者发现某船员当班期间出现长时间离位离岗情况，机控室出现失管失控，存在严重安全隐患，通过服务器反馈和监控终端输入指令数据反馈，进而传递警告指令，督促其严守岗位。通过远程定位与指挥，加强了船员管理的准确性。紧急确定轮机部门某船员位置可使用相同的方法。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。第一传输模块、第一接收模块、第二传输模块和第二接收模块均可为无线模块。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于UWB技术的智能船员管理系统，其特征在于，包括用户终端、传感器组、船员信息数据库、服务器和监控终端，所述用户终端用于输入存储船员信息对应的标签号码、通过UWB脉冲信号与传感器组通信，所述传感器组包括主传感器和从传感器，传感器组用于接收用户终端的UWB脉冲信号、并与接收时间数据传输至服务器，所述服务器用于接收传感器信号、依据UWB脉冲信号到达传感器组的时间差解算定位船员所在位置坐标，并访问写入船员信息数据库，将标签号码对应的船员信息和位置坐标传输至监控终端，所述船员信息数据库用于存储船员身份信息、船员对应的标签号码和位置坐标，所述监控终端用于接收服务器数据，动态显示船员信息、船员对应的标签号码和位置坐标。
2.根据权利要求1所述的一种基于UWB技术的智能船员管理系统，其特征在于，所述用户终端为内设数据输入模块、编码器、UWB脉冲发生器、UWB脉冲发射器和第一电源的便携手环、感应卡或通信设备，所述数据输入模块用于输入存储船员信息对应的标签号码、并传输至编码器，所述编码器用于接收标签号码进行数据编制、并传输至UWB脉冲发生器，所述UWB脉冲发生器用于接收编码器的数据并发生UWB脉冲信号、传输至UWB脉冲发射器，所述UWB脉冲发射器用于通过UWB脉冲信号与传感器组通信。
3.根据权利要求2所述的一种基于UWB技术的智能船员管理系统，其特征在于，所述主传感器和从传感器均为直流低电压电源供电的三防超宽带定位基站、且分别安装于各层舱室的中心和任意一角，各层舱室的从传感器交错分布。
4.根据权利要求3所述的一种基于UWB技术的智能船员管理系统，其特征在于，所述主传感器和从传感器均包括第二电源、UWB脉冲接收器、解码器、计时器和数据输出模块，所述UWB脉冲接收器用于接收UWB脉冲发射器的脉冲信号、并传输至解码器，所述解码器用于解制脉冲信号转换成数字信号，所述计时器用于存储时间数据，所述数据输出模块用于将解码器的数字信号和计时器的时间数据传输至服务器。
5.根据权利要求1所述的一种基于UWB技术的智能船员管理系统，其特征在于，所述服务器内设有服务层、网络传输层和应用层，所述服务层用于与船员信息数据库进行数据交换，将船员身份信息和船员对应的标签号码传输至应用层，所述网络传输层用于与传感器组和监控终端网络通信，所述应用层用于依据网络传输层接收的传感器信号，计算UWB脉冲信号到达传感器组的时间差，通过TDOA定位算法解算位置坐标，并与标签号码对应的船员身份信息和标签号码合并结果传输至服务层和网路传输层。
6.根据权利要求1所述的一种基于UWB技术的智能船员管理系统，其特征在于，所述监控终端包括数据接收模块、时钟模块、中央处理器、存储器和显示器，所述数据接收模块用于接收服务器数据并传输至中央处理器，所述时钟模块用于想中央处理器输入实时时间，所述中央处理器用于整合实时时间下各船员信息、船员对应的标签号码和位置坐标，并传输至存储器存储和显示器动态显示。
7.根据权利要求6所述的一种基于UWB技术的智能船员管理系统，其特征在于，所述中央处理器连接有打印机。
8.根据权利要求1~7任意一项所述的一种基于UWB技术的智能船员管理系统，其特征在于，所述监控终端内设有指令输入模块和第一传输模块，所述指令输入模块用于输入指令数据，所述第一传输模块用于反馈指令数据至服务器，所述服务器用于反馈标签号码对应的位置坐标和指令数据至主传感器，所述主传感器上设有第一接收模块、控制芯片和第二传输模块，所述第一接收模块用于接收标签号码对应的位置坐标和指令数据，所述控制芯片用于控制第二传输模块传输位置坐标和指令数据至标签号码对应的用户终端，所述用户终端上设有第二接收模块和显示屏，所述第二接收模块用于接收位置坐标和指令数据并输出至显示屏显示。
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