CN110198521B

CN110198521B - 一种基于蓝牙和rfid的室内房间定位系统及方法

Info

Publication number: CN110198521B
Application number: CN201910492204.4A
Authority: CN
Inventors: 谭劲; 杨红
Original assignee: China Jiliang University; China Jiliang University Shangyu Advanced Research Institute Co Ltd
Current assignee: China Jiliang University; China Jiliang University Shangyu Advanced Research Institute Co Ltd
Priority date: 2019-06-06
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2021-08-17
Anticipated expiration: 2039-06-06
Also published as: CN110198521A

Abstract

本发明公开了一种基于蓝牙和RFID的室内房间定位系统及方法，所述定位系统包括基站、移动设备和公网服务器，基站包括蓝牙模块和RFID读写器，并将数据周期性上传至公网服务器，所述基站设置在房间内；所述移动设备佩戴在被监护人身上，移动设备设有蓝牙模块和RFID模块，所述蓝牙模块和RFID模块均有唯一的ID，并通过各自ID与基站通信；所述公网服务器保存有被监护人信息、基站的位置信息和基站周期性上传的数据。所述定位方法为基于定位系统的定位方法。本发明根据基站监测数据解析出被监护人现在位于什么房间，并能统计处在所处位置的持续时间，判断被监护人行为是否异常并通知监护人，用于监测老人/智障人是否存在异常行为。

Description

一种基于蓝牙和RFID的室内房间定位系统及方法

技术领域

本发明涉及一种房间定位方法，具体涉及一种基于蓝牙和RFID的室内房间定位系统及方法。

背景技术

根据国家老龄办发布的预测数据显示，到2020年，我国的失能老年人将达到4200万，80岁以上的高龄老年人将达到2900万，孤寡老人将到达1.18亿。失能、高龄、孤寡等种种现实问题在社会发展中逐渐浮现，养老服务重点对象大幅增加，而这类人群上卫生间在马桶上睡着了、半夜梦游不睡觉等异常行为是经常发生的，需要一种新的房间区域定位方法来解决上述问题。

综合考虑成本、部署方便、安全性等因素，Wi-Fi、蓝牙、RFID三种定位在实际应用中居多，定位算法主要有三点定位法、三角定位算法、质心定位算法和指纹定位法等。对于三点定位法、三角定位算法、质心定位算法都需要至少三个参考节点，同时需要满足三点不在同一直线上，否则该算法失效，无法实现定位；

不管是采用信号强度，还是测距的方法来定位，往往得出的是到最近基站的距离，在事先不知道房间结构的情况下（假定服务器端已知道基站所在的房间名称），都很难准确确定被监护人处在那个房间，例如在图1的普通家庭结构中，不管采用Wi-Fi、蓝牙或RFID定位，都会得出“老人在卫生间里”的错误结论；比较准确的结论是“距卫生间3米左右”地方，这不是本发明涉及到需要解决的问题所需要的，正确结论是“老人在客厅里”，进一步分析时间判断失能老人的状态。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于蓝牙和RFID的室内房间定位系统及方法，在不知道房间结构的情况下，定位老人/智障人现在处在室内什么房间中，而不是到某个房间的距离，定位系统的部署安装不需要技术人员现场介入。

一种基于蓝牙和RFID的室内房间定位系统，所述定位系统包括基站、移动设备和公网服务器，所述基站包括蓝牙模块和RFID读写器，并将数据周期性上传至公网服务器，所述基站设置在房间内；所述移动设备佩戴在被监护人身上，移动设备设有蓝牙模块和RFID模块，所述蓝牙模块和RFID模块均有唯一的ID，并通过各自ID与基站通信；所述公网服务器保存有被监护人信息、基站的位置信息和基站周期性上传的数据。

进一步的，所述的基站设有多个，每个房间内至少设置一个基站，所述基站安装在床、沙发、马桶周围，使基站能够监测到该位置的情况，基站相互之间没有联系；基站通过网络只与所在地时间同步；基站里蓝牙模块周期性地扫描周围的蓝牙信号，而RFID读写器以相对较慢的周期发送，射频电磁波检测是否有RFID标签传送出的数据，移动设备将自己的两个ID分别通过蓝牙模块、RFID模块通信传送给基站；基站将收到的0个、1个或2个ID，加上基站自己的ID和时间传送给公网服务器。

进一步的，所述的公网服务器分析被监护人活动，用于确定被监护人在室内的位置，并统计处被监护人在所处位置的持续时间，由于基站上传数据中含有本地时间，公网服务器根据时差大小能准确计算出监护人所在地的时间，结合被监护人所处位置，能判断出监护人状态。

进一步的，所述的移动设备中的RFID模块和蓝牙模块的ID与被监护人对应关系、基站ID与家庭位置对应关系均存储于公网服务器内。

进一步的，移动设备与基站进行通信，所述RFID模块的监测范围为2米以内，所述蓝牙模块的检测范围为5-10米以内，所述的被监护人的行为分为动态数据和静态数据，所述动态数据为从一个房间到另一个房间的动态数据，所述静态数据为局限在一个房间内的静态数据，当基站中的RFID模块和蓝牙模块均没有监测到数据，则该房间内无被监护人；当基站中的RFID模块没有监测到数据，蓝牙模块监测到数据，则该被监护人处于动态；当基站中的RFID模块监测到数据，而蓝牙模块没有监测到数据，则被监护人处于静态，且蓝牙模块故障；当RFID模块和蓝牙模块均监测到数据，则被监护人处于静态。

进一步的，当所有基站均为蓝牙模块监测到数据，而RFID模块没有监测到数据，用先前最近的静态数据位置作为当前位置。

进一步的，当所有基站均为蓝牙模块监测到数据，说明当前被监护人所在房间较大，该房间内设置多个基站。

一种基于所述的基于蓝牙和RFID的室内房间定位系统的定位方法，包括：

步骤（1）：部署一台提供Web API的能接收基站信息的公网服务器；

步骤（2）：准备含有唯一蓝牙ID和RFID ID的移动设备，建立蓝牙ID和RFID ID信息；

步骤（3）：准备含有唯一基站ID的基站，建立基站ID信息；

步骤（4）：公网服务器端生成了监护人账号和密码；将这些基站和移动设备与监护人账号捆绑；

步骤（5）：监护人将基站部署在被监护人所在的家庭，根据家庭结构，基站位置尽可能相互间隔较远，互相不在RFID通信范围内，将基站放置在各个房间，将移动设备佩戴在被监护人身上；

步骤（6）：将蓝牙ID和RFID ID与被监护人建立一一对应的关系；将基站ID和基站位置建立一一对应的关系；

步骤（7）：定位系统进入工作模式，一旦出现被监护人异常行为，公网服务器通知监护人。

进一步的，所述工作模式为：当基站中的RFID模块和蓝牙模块均没有监测到数据，则该房间内无被监护人；当基站中的RFID模块没有监测到数据，蓝牙模块监测到数据，则该被监护人处于动态；当基站中的RFID模块监测到数据，而蓝牙模块没有监测到数据，则被监护人处于静态，且蓝牙模块故障；当RFID模块和蓝牙模块均监测到数据，则被监护人处于静态。

进一步的，公网服务器根据时差大小能准确计算出监护人所在地的时间，结合被监护人所处位置，能判断出监护人是否有异常行为发生。

通过移动设备（手环或其它穿戴设备）向固定节点（基站，自行安装）发送ID信息，基站再加上自己ID和本地时间发送给公网服务器，然后通过公网服务器将手环ID（对应被监护人）、基站ID（对应房间）解析出被监护人现在位于什么房间，并能统计处在所处位置的持续时间，判断被监护人行为是否异常从而通知监护人，用于监测老人/智障人是否坐“在马桶上睡觉”、“该睡觉时人未在卧室”等异常行为。

附图说明

图1为本发明示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步说明。

由于蓝牙信号(传输距离5-10米)的不稳定性，获取信号达到时间TOA、信号到达时间差TDOA等参数没有多大实际意义，室内定位大多采用信号强度，蓝牙定位用于图1可能每个基站都能感知到老人的存在，服务器端比较信号强度后得出“老人在卫生间里”的错误结论；而RFID传输距离可控，信号稳定，方便测距等特点，如果增大传输距离(如蓝牙的5-10米范围)，通过测距得出的结论“距卫生间3米左右”只是更准确；由于事先不知道房间结构，不能肯定老人在客厅里；如果将RFID传输距离控制在2米左右，能准确确定老人所在的房间，但形成了监控盲区，如图1中所有基站都可能感知不倒老人的存在，位置信息的不准确就导致持续时间的不准确。

老人/智障人在室内的活动分为两种，一种是局限在一个房间内的静态数据（在房间内是可以活动的）、一种是从一个房间到另一个房间的动态数据，静态数据比动态数据重要，是监测被监护人是否坐在马桶上睡觉、梦游等异常行为的重要参数。本发明采用RFID与蓝牙相结合的方式：由于RFID的通信距离可以控制在2米左右，在基站里增加一个RFID读写器，移动设备里增加一个RFID标签，所述移动设备可以为手环，基站的蓝牙模块采用比较高的频率扫描蓝牙信号监测被监护人的动态行为，而RFID读写器采用比较低的频率发出电磁波激活手环中的RFID标签监测被监护人的静态行为；在基站上传给服务器的数据中，有全系统唯一的蓝牙模块ID和RFID标签ID，这两个ID的组合表示数据感知源，决定了老人在室内的位置，组合意义如下表（1表示存在，0表示不存在）：

蓝牙	RFID	意义
			0	0	无被监护人
1	0	被监护人处于动态
			0	1	被监护人处于静态，蓝牙可能故障，同一基站蓝牙感知距离比RFID远
1	1	被监护人处于静态，且位置准确

感知源组合为“11”可以用来记录在所处位置的持续时间，对于所有基站感知源都发出“10”组合，说明目前移动设备不能确定在哪个房间，可以用先前最近的“11”组合确定其位置，对于图1中老人从大门走进客厅（没进任何一个房间），有可能客厅里的基站也传出“10”组合(离基站较远，RFID感知不到)，说明客厅面积较大，可以在客厅里安装2个或多个基站，同一地方(客厅)有两个以上基站发出“10”，判断人在客厅里，如图1。

本发明涉及到三个部分：基站、移动设备（手环或其它穿戴设备）和公网服务器。

（1）基站

基站是一个具有蓝牙发射/接收功能和RFID读写器的节点，具有低功率、便宜、低延时等特点，可以电池或交流供电，具有WIFI或有线网络接口与外网通信，根据室内房间数量，一个家庭可以挂多个基站，基站安装在床、沙发、马桶等标志性物品旁，使基站能够监测到该位置的情况，基站之间的距离大于3米，互相间没有任何联系（有联系需要专业技术人员现场介入了）；考虑到不同地区时差，基站通过网络只与所在地时间同步；基站里蓝牙模块周期性地扫描周围的蓝牙信号，而RFID读写器以相对较慢的周期发送射频电磁波检测是否有RFID标签传送出的数据，移动设备有自己唯一的蓝牙ID和RFID标签ID，将自己的两个ID分别通过蓝牙、RFID通信传送给基站；基站将收到的0个、1个或2个ID，加上基站自己的ID和时间传送给公网服务器；

（2）移动设备（手环或其它穿戴设备等）

移动设备佩戴在被监护人身上，只用电池供电便于方便舒适；为了节省能量，移动设备没有SIM卡，只能和室内基站短距离通信，甚至不需要显示屏，最好具备长续航和防水功能（可以戴着洗澡）；移动设备有自己唯一的蓝牙ID和RFID标签ID，在收到通信范围内基站的蓝牙命令和RFID读写器发出的电磁波时，将自己的两个ID分别通过蓝牙、RFID通信传送给基站。

（3）公网服务器

公网服务器是本发明的重点，通过事先保存的被监护人信息、基站的位置信息和基站周期性上传的数据，分析被监护人活动，用于确定被监护人在室内的位置，并统计处被监护人在所处位置的持续时间，由于基站上传数据中含有本地时间，公网服务器根据时差大小能准确计算出监护人所在地的时间，一般超过20-30分钟即认为被监护人长时间呆在一个位置，公网服务器根据所处位置的特点及时间特点，能判断出监护人是否有“在马桶上睡觉”、“该睡觉时未睡觉”等异常行为发生。例如在凌晨3-4点钟，监测到被监护人在厕所待了30分钟，则判定被监护人“在马桶上睡觉”；在凌晨3-4点钟，监测到被监护人在客厅待了30分钟，则判定被监护人“该睡觉时未睡觉”。

公网服务器通过两张重要的数据库表，来保证本发明解决“事先不需要知道被监护人的家庭结构”和“部署安装不需要技术人员现场介入”的问题，两张表的内容由公网服务器后台工作人员和监护人共同维护。

表1 移动设备与被监护人名对照表

蓝牙ID(后台填写)	RFID(后台填写)	被监护人名(监护人填写)
			B000000001	R000000001	父亲
B000000002	R000000002	母亲
			……	…….	……

表2 基站所处家庭位置对照表

基站ID(后台填写)	所处家庭位置(监护人填写)
		M000000001	客厅
M000000002	主卧
		M000000003	卫生间
……	……

下面结合本发明的三部分对本发明作进一步说明：

1、部署一台提供Web API的能接收基站信息的公网服务器；

2、准备含有唯一蓝牙ID和RFID的移动设备，由后台工作人员将蓝牙ID和RFID填入表1中；

3、准备含有唯一基站ID的基站，由后台工作人员将基站ID填入表2中；

4、公网服务器端生成了监护人账号和密码；后台工作人员将这些基站和移动设备与监护人账号捆绑；

5、监护人将基站部署在被监护人所在的家庭，根据家庭结构，基站位置尽可能相互间隔较远（互相不在RFID通信范围内），将基站挂在各个房间和将移动设备佩戴在被监护人身上；

6、监护人通过手机APP将被监护人人名、基站位置分别填入到表1和表2中；

7、定位系统进入工作模式，一旦出现被监护人“在马桶上睡觉”、“该睡觉时未睡觉”等异常行为，公网服务器通过手机APP或短信通知监护人。

Claims

1.一种基于蓝牙和RFID的室内房间定位系统，其特征在于所述定位系统包括基站、移动设备和公网服务器，所述基站包括蓝牙模块和RFID读写器，并将数据周期性上传至公网服务器，所述基站设置在房间内；所述移动设备佩戴在被监护人身上，移动设备设有蓝牙模块和RFID模块，所述蓝牙模块和RFID模块均有唯一的ID，并通过各自ID与基站通信；所述公网服务器保存有被监护人信息、基站的位置信息和基站周期性上传的数据；

所述的基站设有多个，每个房间内至少设置一个基站，所述基站安装在床、沙发、马桶周围，使基站能够监测到该位置的情况，基站相互之间没有联系；基站通过网络只与所在地时间同步；基站里蓝牙模块周期性地扫描周围的蓝牙信号，而RFID读写器以相对较慢的周期发送，射频电磁波检测是否有RFID标签传送出的数据，移动设备将自己的两个ID分别通过蓝牙模块、RFID模块通信传送给基站；基站将收到的0个、1个或2个ID，加上基站自己的ID和时间传送给公网服务器；

移动设备与基站进行通信，所述RFID读写器的监测范围为2米以内，所述蓝牙模块的检测范围为5-10米以内，所述的被监护人的行为分为动态数据和静态数据，所述动态数据为从一个房间到另一个房间的动态数据，所述静态数据为局限在一个房间内的静态数据，当基站中的RFID读写器和蓝牙模块均没有监测到数据，则该房间内无被监护人；当基站中的RFID读写器没有监测到数据，蓝牙模块监测到数据，则该被监护人处于动态；当基站中的RFID读写器监测到数据，而蓝牙模块没有监测到数据，则被监护人处于静态，且蓝牙模块故障；当RFID读写器和蓝牙模块均监测到数据，则被监护人处于静态；

当所有基站均为蓝牙模块监测到数据，说明当前被监护人所在房间较大，该房间内设置多个基站。

2.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙和RFID的室内房间定位系统，其特征在于所述的公网服务器分析被监护人活动，用于确定被监护人在室内的位置，并统计处被监护人在所处位置的持续时间，由于基站上传数据中含有本地时间，公网服务器根据时差大小能准确计算出监护人所在地的时间，结合被监护人所处位置，能判断出监护人状态。

3.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙和RFID的室内房间定位系统，其特征在于所述的移动设备中的RFID模块和蓝牙模块的ID与被监护人对应关系、基站ID与家庭位置对应关系均存储于公网服务器内。

4.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙和RFID的室内房间定位系统，其特征在于当所有基站均为蓝牙模块监测到数据，而RFID读写器没有监测到数据，用先前最近的静态数据位置作为当前位置。

5.一种基于权利要求1-4任一所述的基于蓝牙和RFID的室内房间定位系统的定位方法，其特征在于包括：

步骤（3）：准备含有唯一基站ID的基站，建立基站ID信息；

步骤（5）：监护人将基站部署在被监护人所在的家庭，根据家庭结构，基站位置互相不在RFID通信范围内，将基站放置在各个房间，将移动设备佩戴在被监护人身上，基站里蓝牙模块周期性地扫描周围的蓝牙信号，而RFID读写器以相对较慢的周期发送；

步骤（7）：定位系统进入工作模式，一旦出现被监护人异常行为，公网服务器通知监护人；

所述工作模式为：当基站中的RFID读写器和蓝牙模块均没有监测到数据，则该房间内无被监护人；当基站中的RFID读写器没有监测到数据，蓝牙模块监测到数据，则该被监护人处于动态；当基站中的RFID读写器监测到数据，而蓝牙模块没有监测到数据，则被监护人处于静态，且蓝牙模块故障；当RFID读写器和蓝牙模块均监测到数据，则被监护人处于静态。

6.根据权利要求5所述的一种基于蓝牙和RFID的室内房间定位方法，其特征在于所述公网服务器根据时差大小能准确计算出监护人所在地的时间，结合被监护人所处位置，能判断出监护人是否有异常行为发生。