CN112505673A - 一种老年人定位、跟踪、识别系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种老年人定位、跟踪、识别系统及方法，尤其涉及一种老年人定位、跟踪、识别系统，包括云端协调控制器、边缘计算网关、毫米波雷达传感器，所述云端协调控制器与边缘计算网关之间通过无线通信连接，所述边缘计算网关与毫米波雷达传感器之间通过无线通信连接，所述边缘计算网关包括跟踪模块和老人识别模块。本发明中，毫米波模组使用时，在同一空间中只需安装一个，即空间中的不同的毫米波雷达探测范围不重复、不重叠或者仅在探测边缘处重合；且该系统无需借助其他设备即可实现对老人的识别，同时可以实现在大范围，连续区域中的养老院定位和跟踪，在获取具体老人位置的时候老人无需佩戴其他任何装置，给老人带来了极大的便捷。

Description

一种老年人定位、跟踪、识别系统及方法

技术领域

本发明涉及定位跟踪识别技术领域，尤其涉及一种老年人定位、跟踪、识别系统及方法。

背景技术

在养老院中，针对老年人的定位一般有基于zigbee或者蓝牙技术，这些技术需要老人佩戴可穿戴设备才能实现对老人的定位和跟踪，这给老年人日常生活带来极大的不便，尤其是老人在房间休息时，老人不会也不愿佩戴，造成当前定位系统在养老院中成了摆设。

为了解决上述问题，本发明设计了一种老年人定位、跟踪、识别系统及方法。

发明内容

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种老年人定位、跟踪、识别系统，包括云端协调控制器、边缘计算网关、毫米波雷达传感器，所述云端协调控制器与边缘计算网关之间通过无线通信连接，所述边缘计算网关与毫米波雷达传感器之间通过无线通信连接，所述边缘计算网关包括跟踪模块和老人识别模块，所述跟踪模块主要是用于利用毫米波雷达获取的老人位置信息，对连续区域养老院中的老人的移动轨迹进行跟踪计算；所述识别模块主要用于通过对老人长时间的跟踪、实现对移动或者静止的老人是谁进行识别的模块。

优选的，所述毫米波雷达传感器是基于毫米波技术的雷达模块，该模块包含60Ghz的调频连续波技术的雷达芯片，用于对移动和静止老人的定位。

优选的，所述云端协调控制器用于位置和跟踪信息的转发，进行地图导入、网关管理、毫米波雷达位置标注。

一种老年人定位、跟踪、识别系统的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：安装、标记阶段：1.按照楼层在协调控制器中导入需要实施定位的养老院平面图；实施人员计算安装角度并进行安装雷达；在地图上标记雷达位置和该雷达所对应的边缘网关；协调控制器计算雷达探测范围和网关探测范围；实施人员根据实际房间分布情况标记探测边缘和入出口，标记床位区域、床位号、床位对应老人；

步骤二：定位跟踪阶段：从毫米波雷达中获取t时刻的老人位置x,y值；建立t-1与t时刻老人位置的对应的变化轨迹，并令t＝t-1；然后判断是否得到合适的老人轨迹；取出上次预测的对应老人的位置，与当前的实际老人位置，并修改kelman算法中的参数；针对每个老人的历史轨迹建立的惯性模型，利用kelman算法预测下次老人到达的位置；

步骤三：老人识别阶段：设定老人的更新策略；启动老人位置初始识别，把相应的位置转换为床位号；由床位号获取在该床上休息的老人；清空轨迹队列，并把此时刻的老人位置作为第一个位置，对应的老人为该时刻床位上的老人。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的毫米波模组使用时，在同一空间中只需安装一个，即空间中的不同的毫米波雷达探测范围不重复、不重叠或者仅在探测边缘处重合。

2、本发明设计的老年人定位、跟踪、识别系统和方法，无需借助其他设备即可实现对老人的识别。

3、本发明设计的老年人定位、跟踪、识别系统和方法，可以实现在大范围，连续区域中的养老定位和跟踪，让在获取具体老人位置的时候老人无需佩戴其他任何装置，给老人带来了极大的便捷。

附图说明

图1为本发明提出的一种老年人定位、跟踪、识别系统组成框图；

图2为本发明提出的一种老年人定位、跟踪、识别系统安装、标记的方法流程图；

图3为本发明提出的一种老年人定位、跟踪、识别系统对老人定位跟踪的方法流程图；

图4为本发明提出的一种老年人定位、跟踪、识别系统对老人识别的方法流程图；

图5为本发明提出的一种老年人定位、跟踪、识别系统中毫米波雷达和边缘网关初始化的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-5，一种老年人定位、跟踪、识别系统，包括云端协调控制器、边缘计算网关、毫米波雷达传感器，云端协调控制器与边缘计算网关之间通过无线通信连接，边缘计算网关与毫米波雷达传感器之间通过无线通信连接，边缘计算网关包括跟踪模块和老人识别模块，跟踪模块主要是用于利用毫米波雷达获取的老人位置信息，对连续区域养老院中的老人的移动轨迹进行跟踪计算；识别模块主要用于通过对老人长时间的跟踪、实现对移动或者静止的老人是谁进行识别的模块。

其中，毫米波雷达传感器是基于毫米波技术的雷达模块，该模块包含60Ghz的调频连续波技术的雷达芯片，用于对移动和静止老人的定位；云端协调控制器用于位置和跟踪信息的转发，进行地图导入、网关管理、毫米波雷达位置标注；

特别的，在实现时我们选用的是加特兰公司的aip 4T4R雷达，也完全兼容TI公司的的aip 4T4R雷达。这两款雷达使用了采用天线封装在芯片上技术(AiP),可以用来获取(多个)老人的距离雷达的距离，方位和运动速度等。毫米波雷达传感器可以安装在老人房间中，顶装，与水平面有向下的5-15度倾角,毫米波传感器模块采用5v1A电源供电。一般一个老人房间安装一个，走廊间隔20-40m安装一个。安装好后，在定位系统中标定一下毫米波雷达传感器的位置。

具体的，毫米波雷达传感器在老人房间实际施工时，使用角度计算系统进行计算倾斜角度，该计算系统主要是实现了下面的角度计算公式：

θ1＝0.5(π-δ1)，θ2＝0.5(π-δ2)，

其中δ1是雷达水平方向的半功率角，δ2是雷达竖直方向的半功率角，h是安装高度,w是房间宽度，d是房间长度，m是参数，表示边缘处时老人高度，得出的毫米波雷达在安装时沿水平方向的倾角为a1，a2为安装时毫米波模组沿垂直方向的倾角；多个毫米波雷达在安装时应使监控区域尽可能不重合，但也不能离得太远，造成监控盲点，实际在安装时遵循一个房间一个，走廊每隔20-30m一个，每层各个楼梯口一个。

本发明还公开了一种老年人定位、跟踪、识别系统的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：安装、标记阶段：按照楼层在协调控制器中导入需要实施定位的养老院平面图；实施人员计算安装角度并进行安装雷达；在地图上标记雷达位置和该雷达对应的边缘网关；控制器计算雷达探测范围和网关探测范围；实施人员根据实际房间分布情况标记探测边缘和入出口，标记床位区域、床位号、床位对应老人；在安装、标记好老年人定位、跟踪、识别系统和设备后，老人无需佩戴任何设备即可进行定位、跟踪、识别功能，可以通过访问控制器页面，查看各老人位置；其中，边缘计算网关探测范围是由连接到该网关的毫米波雷达共同组成的区域，如:若毫米波雷达Ai探测区域Si,则该网关探测范围为：S＝S1 U S2U…Sn,n是连接到该网关的毫米波雷达个数；控制器在计算雷达探测距离和网关探测范围时，根据实际标记的边缘和雷达的实际探测距离，计算出的探测距离；

步骤二：定位跟踪阶段：从毫米波雷达中获取t时刻的老人位置x,y值；建立t-1与t时刻老人位置的对应的变化轨迹，并令t＝t-1；然后判断是否得到合适的老人轨迹；取出上次预测的对应老人的位置，与当前的实际老人位置，修改kelman算法中的参数；针对每个老人的历史轨迹建立的惯性模型，利用kelman算法预测下次老人到达的位置；其中，一个毫米波雷达模组在同一时刻可以探测多个老人的距离雷达的距离和方位，并转换为x，y表示的二维数据，设毫米波雷达的检测频率是f，Lmax＝1/f*Pmax表示在一个毫米波检测周期内老人最远的移动距离，Pmax表示老人的最大移动速度；参照图3，在2中建立老人轨迹时，是利用每个老人在t-1时刻的x1，y1值，其在t时刻中x，y值处在x1±Pmax，y1±Pmax的范围中，因为f一般大于10，即检测周期在100ms，100ms内老人行走的距离较短，因此可以用相应的坐标直接加减Pmax，这样做能够加速计算，且对最终结果影响不大，在4和5中做了kelman滤波运算，首先利用对老人移动的位置和历史轨迹建立惯性运动模型，然后使用kelman滤波对t+1时刻做预先运算，并利用t+1时刻真实值做kelman参数优化。之以增加这一步操作是为了解决老年人在毫米波视角下的重合问题。利用对老人位置的预测，当老人发生重合后，可以提高对老人识别的准确率；

步骤三：老人识别阶段：参照图4，设定老人的更新策略；启动老人位置初始识别，把相应的位置转换为床位号；由床位号获取在该床上休息的老人；清空轨迹队列，并把此时刻的老人位置作为第一个位置，对应的老人为该时刻床位上的老人；

值得注意的是，对于在t时刻获取的位置对应的老人，继承上次在该位置获取的老人；老人在未发生重合的情况下，无论老人运动还是静止，其在空间位置上均保持连贯性，即在雷达范围内老人不会凭空消失，也不会凭空增加，在老人发生毫米波视角下的重合后，需要借助kelman滤波估算轨迹对应的老人，毫米波视角下的重合即老人在雷达视角内无法区分是两个一个移动目标还是两个移动目标，由于毫米波雷达顶装，因此重合仅指两个老人与雷达三点成一线，且两个老人之间的距离小于最小可分辨距离，最小可分辨距离跟两老人的身高有关，经过实际验证大概在0.3-0.8m；老人识别的方法一般采用策略的方法进行，即每天晚上老人都会回到自己的床上休息，如果老人在夜间设置的时间段中在自己的床上休息，则可以把该老人对应位置在的床位号关联的老人姓名认为是该老人；

更重要的是，本发明还公开了毫米波雷达和边缘网关初始化的方法：参照图5，边缘计算网关上电后，从云端协调控制器处拉取自己属的雷达列表，监控范围等参数；毫米波雷达通电后，通过WIFI接入到局域网中，并寻找自己属的边缘计算网关，并建立链接；毫米波雷达拉取自己的配置信息，包含实际位置坐标，和雷达安装的高度信息，出入口信息，床位信息，边界信息，其中实际位置信息是根据导入协调控制器中的地图的平面图，生成的针对该地图的二维坐标信息，一般包含x，y轴。边界信息是由一组位置信息描的多边形闭合图形，其中这一组位置信息，按照顺序收尾相连，即可组成闭合多边形。

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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种老年人定位、跟踪、识别系统，包括云端协调控制器、边缘计算网关、毫米波雷达传感器，其特征在于，所述云端协调控制器与边缘计算网关之间通过无线通信连接，所述边缘计算网关与毫米波雷达传感器之间通过无线通信连接，所述边缘计算网关包括跟踪模块和老人识别模块，所述跟踪模块主要是用于利用毫米波雷达获取的老人位置信息，对连续区域养老院中的老人的移动轨迹进行跟踪计算;所述识别模块主要用于通过对老人长时间的跟踪、实现对移动或者静止的老人是谁进行识别的模块。

2.根据权利要求1所述的一种老年人定位、跟踪、识别系统，其特征在于，所述毫米波雷达传感器是基于毫米波技术的雷达模块，该模块包含60Ghz的调频连续波技术的雷达芯片，用于对移动和静止老人的定位。

3.根据权利要求1所述的一种老年人定位、跟踪、识别系统，其特征在于，所述云端协调控制器用于位置和跟踪信息的转发，进行地图导入、网关管理、毫米波雷达位置标注。

4.根据权利要求1所述的一种老年人定位、跟踪、识别系统，其特征在于，所述老年人定位、跟踪、识别系统用于通过毫米波雷达技术对老人进行识别。

5.一种老年人定位、跟踪、识别系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：安装、标记阶段：1.按照楼层在协调控制器中导入需要实施定位的养老院平面图；实施人员计算安装角度并进行安装雷达；在地图上标记雷达位置和该雷达所对应的边缘网关；协调控制器计算雷达探测范围和网关探测范围；实施人员根据实际房间分布情况标记探测边缘和入出口，标记床位区域、床位号、床位对应老人；

步骤二：定位跟踪阶段：从毫米波雷达中获取t时刻的老人位置x,y值；建立t-1与t时刻老人位置的对应的变化轨迹，并令t=t-1；然后判断是否得到合适的老人轨迹；取出上次预测的对应老人的位置，与当前的实际老人位置，修改kelman算法中的参数；针对每个老人的历史轨迹建立的惯性模型，并利用kelman算法预测下次老人所到达位置；

步骤三：老人识别阶段：设定老人的更新策略；启动老人位置初始识别，把相应的位置转换为床位号；由床位号获取在该床上休息的老人；清空轨迹队列，并把此时刻的老人位置作为第一个位置，对应的老人为该时刻床位上的老人。

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