CN112261585A - 一种基于uwb的安全区域监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于UWB的安全区域监测方法，包括：在一个测距周期中选取N个不完全重叠的固定时长的区域作为侦听时间，每个侦听时间对应一个UWB设备，只有在对应的侦听时间内，UWB设备才会响应其他UWB设备的测距请求；驱使每个UWB设备按照预设发送周期发送一次广播报文，所述广播报文包括所属UWB设备下一次的侦听时间起点，以及所属UWB设备下一次侦听时间起点与当前广播报文之间的时间间隔，使其他UWB设备在侦听时间内发送测距请求至对应的UWB设备。本发明只需利用UWB测距即可设立自己的防护区域，避免人员长时间接触和人员接触的可追溯，UWB设备大部分时间处于休眠状态，节能省耗。

Description

一种基于UWB的安全区域监测方法
技术领域
本发明涉及UWB测距技术领域，具体而言涉及一种基于UWB的安全区域监测方法。
背景技术
当前有诸多应用场景需要人和人，人和设备之间保持安全距离，例如，工厂环境，需要每个人保持一定安全社交距离之外，还需要追溯与他人接触的记录。
常规设置安全区域方法主要有以下两种：(1)通过定位实现距离控制，(2)通过信号感知实现距离控制。然而两者均存在一定的局限性，例如，前者存在定位系统架设复杂，在没有覆盖的区域无法实现，成本很高等问题，而后者由于是通过信号感知，区域划分不准确，设备一直处于感知状态无法进行低功耗处理，难以长时间运作。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于UWB的安全区域监测方法，通过合理设置广播时间和侦听时间，只需利用UWB测距即可设立自己的防护区域，其他人员进入防护区域进行告警提示，避免人员长时间接触和人员接触的可追溯，同时，UWB设备大部分时间处于休眠状态，节能省耗，可以实现长时间运作。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于UWB的安全区域监测方法，所述监测方法包括：
在一个测距周期中选取N个不完全重叠的固定时长的区域作为侦听时间，每个侦听时间对应一个UWB设备，只有在对应的侦听时间内，UWB设备才会响应其他UWB设备的测距请求；
驱使每个UWB设备按照预设发送周期发送一次广播报文，所述广播报文包括所属UWB 设备下一次的侦听时间起点，以及所属UWB设备下一次侦听时间起点与当前广播报文之间的时间间隔，使其他UWB设备在侦听时间内发送测距请求至对应的UWB设备。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，采用下述公式计算得到所述测距周期T1：
T1＝t1+Δτ1
式中，t1是指第一预设固定时长，单位是毫秒；Δτ1是随机生成的第一间隔时长，
Figure RE-GDA0002797125880000011
单位是毫秒；m取值取决于区域内的UWB设备数量。
进一步地，采用下述公式计算得到所述预设发送周期T2：
T2＝t2+Δτ2
式中，t2是指第一预设固定时长，单位是毫秒；Δτ2是随机生成的第一间隔时长，
Figure RE-GDA0002797125880000012
单位是毫秒；k取值取决于区域内的UWB设备数量，单位是毫秒。
进一步地，所述测距周期为1s，所述侦听时间为150ms，所述预设发送周期为100ms。
进一步地，所述监测方法还包括：
如果在侦听时间内，UWB设备侦听到超过2个其他UWB设备，只选择其中两个信号强度最佳的UWB设备进行测距。
进一步地，所述监测方法还包括：
除侦听时间和广播时间，UWB设备均处于休眠状态。
进一步地，所述监测方法还包括：
如果任意两个UWB设备之间的距离小于预设距离阈值，两个UWB设备均发出警报信息，且将UWB设备信息和距离信息记录备案。
本发明的有益效果是：
(1)通过合理设置广播时间和侦听时间，只需利用UWB测距即可设立自己的防护区域，其他人员进入防护区域进行告警提示，避免人员长时间接触和人员接触的可追溯。
(2)同时，UWB设备发送广播和侦听其余时间均处于休眠状态，节能省耗，可以实现长时间运作。
(3)通过广播告知的方式，实现周期内的同步。
(4)通过多级随机的方式减少冲突。
(5)通过选择最好的设备减少时间浪费。
附图说明
图1是本发明的单个UWB设备工作流程示意图。
图2是本发明的多个UWB设备互相测距的流程示意图。
图3是本发明的TOF测距原理示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明提及一种基于UWB的安全区域监测方法，所述监测方法包括：
在一个测距周期中选取N个不完全重叠的固定时长的区域作为侦听时间，每个侦听时间对应一个UWB设备，只有在对应的侦听时间内，UWB设备才会响应其他UWB设备的测距请求。
驱使每个UWB设备按照预设发送周期发送一次广播报文，所述广播报文包括所属UWB 设备下一次的侦听时间起点，以及所属UWB设备下一次侦听时间起点与当前广播报文之间的时间间隔，使其他UWB设备在侦听时间内发送测距请求至对应的UWB设备。
以图1为例，假设所述测距周期为1s，所述侦听时间为150ms，所述预设发送周期为100ms。每个UWB设备按照以下规律进行工作：
每隔100ms发送一个广播报文(只发不收)，广播报文会将本周期内开始侦听的时间点发送出去，并告知其他设备这个周期内开始侦听与当前广播报文的间隔时间。每个周期固定侦听150ms，用于响应其他设备发起的测距请求。除了发送广播和侦听其余时间都处于休眠状态。
如图2所示，假设区域内存在设备A、B、C，设备A、B、C都按照自己的工作流程发包：
设备B在150ms侦听阶段能够接收到设备A和设备C的广播，A和C的广播里面分别包含各自在本周期内侦听的开始时间，设备B记录A、C侦听开始时间，当设备B在第3次广播时计算出此时是设备A侦听时间，设备B此时向设备A发起测距请求，其他设备也是如此进行工作，从而实现了UWB设备之间的互相测距，且极大地降低了功耗。
测距流程采用TOF测距，如图3所示，ToF测距分成3个阶段，报文关系如下：请求端主动发送Poll报文；其他设备收到Poll报文后，回复Resp报文；请求端接收到Resp报文后计算距离，并将距离信息通过Final报文发送给响应设备。
应当理解，当区域内设备多于3个时，仍然采用此种测距方法，只要每个设备的侦听时间不完全重叠即可。由于广播报文中记录有每个设备的侦听时间范围，UWB设备可以计算出只与一个其他UWB设备对应的测距时间。
优选的，为了避免冲突每个侦听时间开启前会增加一定的随机时间，每次广播前也增加随机时间，通过多级随机的方式减少冲突。
例如，采用下述公式计算得到所述测距周期T1：
T1＝t1+Δτ1
式中，t1是指第一预设固定时长，单位是毫秒；Δτ1是随机生成的第一间隔时长，
Figure RE-GDA0002797125880000031
单位是毫秒；m取值取决于区域内的UWB设备数量。
进一步地，采用下述公式计算得到所述预设发送周期T2：
T2＝t2+Δτ2
式中，t2是指第一预设固定时长，单位是毫秒；Δτ2是随机生成的第一间隔时长，
Figure RE-GDA0002797125880000032
单位是毫秒；k取值取决于区域内的UWB设备数量，单位是毫秒。
在前述例子中，为了避免冲突每个侦听时间开启前可以增加1-30ms的随机时间，每次广播前也增加1-5ms随机时间，从而减少冲突。
在一些例子中，当场景中存在较多数量的UWB设备时，为了减少运算量，可以只选择信号最好的数个设备来测距，这也是基于距离越近信号越强的基本理念。例如，如果150ms 侦听周期内能够听得多个其他设备，此时只选择两个信号强度最好的设备保存等等。
为了距离之间可追溯，本发明还设置如下：
如果任意两个UWB设备之间的距离小于预设距离阈值，两个UWB设备均发出警报信息，且将UWB设备信息和距离信息记录备案。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于UWB的安全区域监测方法，其特征在于，所述监测方法包括：
在一个测距周期中选取N个不完全重叠的固定时长的区域作为侦听时间，每个侦听时间对应一个UWB设备，只有在对应的侦听时间内，UWB设备才会响应其他UWB设备的测距请求；
驱使每个UWB设备按照预设发送周期发送一次广播报文，所述广播报文包括所属UWB设备下一次的侦听时间起点，以及所属UWB设备下一次侦听时间起点与当前广播报文之间的时间间隔，使其他UWB设备在侦听时间内发送测距请求至对应的UWB设备。
2.根据权利要求1所述的基于UWB的安全区域监测方法，其特征在于，采用下述公式计算得到所述测距周期T1：
T1＝t1+Δτ1
式中，t1是指第一预设固定时长，单位是毫秒；Δτ1是随机生成的第一间隔时长，
Figure FDA0002723612880000011
单位是毫秒；m取值取决于区域内的UWB设备数量。
3.根据权利要求1所述的基于UWB的安全区域监测方法，其特征在于，采用下述公式计算得到所述预设发送周期T2：
T2＝t2+Δτ2
式中，t2是指第一预设固定时长，单位是毫秒；Δτ2是随机生成的第一间隔时长，
Figure FDA0002723612880000012
单位是毫秒；k取值取决于区域内的UWB设备数量，单位是毫秒。
4.根据权利要求1所述的基于UWB的安全区域监测方法，其特征在于，所述测距周期为1s，所述侦听时间为150ms，所述预设发送周期为100ms。
5.根据权利要求1所述的基于UWB的安全区域监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括：
如果在侦听时间内，UWB设备侦听到超过2个其他UWB设备，只选择其中两个信号强度最佳的UWB设备进行测距。
6.根据权利要求1所述的基于UWB的安全区域监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括：
除侦听时间和广播时间，UWB设备均处于休眠状态。
7.根据权利要求1所述的基于UWB的安全区域监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括：
如果任意两个UWB设备之间的距离小于预设距离阈值，两个UWB设备均发出警报信息，且将UWB设备信息和距离信息记录备案。
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