CN112672274A - 一种基于视频与uwb定位的联合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视频与UWB定位的联合方法。本发明包括如下步骤：1、首先在火电厂内构建三维安全管控系统；三维安全管控系统包含定位硬件系统、后台计算显示模块两部分；2、将三维安全管控系统通过接口与视频监控系统进行对接；3、实现三维安全管控系统与视频监控系统的视频联动。本发明中人员位置和视频监控联动播放可有效提高人员监控的效率；历史轨迹和视频监控联动播放，可大幅提高事故发生后的分析效率，之前需根据人员的描述地理位置和时间段信息翻阅大量历史视频去查找事故发生时的情况。根据事故位置和历史轨迹可快速锁定事故发生时间，联动该时间段及位置的历史视频进行快速分析。

Description

一种基于视频与UWB定位的联合方法

技术领域

本发明提供一种基于视频与UWB定位的联合方法。

背景技术

随着定位技术的不断成熟，定位技术的应用范围也在不断扩大，新兴的定位应用已经不再局限于室外场景。对室内定位以及室外高精度定位等方面提出了新的要求。例如基于精确位置的准入与禁入、事故救援等。

我们知道卫星信号在室内会被严重的影响，从而导致GPS或是北斗无法定位，所以在室内定位主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。除通讯网络的蜂窝定位技术外，常见的室内无线定位技术还有：Wi-Fi、蓝牙、红外线、RFID、ZigBee和超声波等，但是上述定位技术普遍存在定位精度低、抗干扰能力差、价格偏高、实用性差，在工业环境中无法使用。

目前室外定位普遍采用GPS或是北斗，定位精度偏低(误差在10米左右)，一些高精度定位需求无法满足。例如微信、百度地图等定位只能知道大概位置，不能知道在哪个建筑物、楼层、房间。发生危险无法实施救援。

UWB-Ultra Wideband(超宽带)技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。

超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。

UWB的室内定位功能和卫星原理很相似，就是通过室内布置3个及以上已知坐标的定位锚点(也称定位基站)，需要定位的人员或设备携带定位标签，标签按照一定的频率发送脉冲，不断和3个及以上已知位置的基站进行测距，通过一定的精确算法定出标签的位置！

发生火灾时，很多时候是在建筑物内，GPS/北斗无法进行定位，本专利讲述的是在火电厂内如何利用UWB精准定位技术与消防管理相结合的算法，通过UWB精准定位与消防管理相结合，当突发火灾时能更有效的对人员进行疏散、火灾扑灭、快速救援等工作。

发明内容

本发明发目的是针对现有技术的不足，提供一种一种基于UWB定位的消防应急方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于视频与UWB定位的联合方法，包括如下步骤：

步骤1、首先定位场所构建三维安全管控系统；三维安全管控系统包含定位硬件系统、后台计算显示模块两部分；

步骤2、将三维安全管控系统通过接口与视频监控系统进行对接；

步骤3、实现三维安全管控系统与视频监控系统的视频联动。

进一步的，步骤1所述的UWB定位硬件系统，具体实现如下：

首先，在发电厂、楼宇的室内或者室外根据需要安装一定数量的定位基站、激励器和LoRa通讯基站；其中定位基站、激励器和LoRa通讯基站均连接电源，LoRa通讯基站还连接网线；

所述的定位基站大于等于3台；

所述的定位基站室内安装在墙壁、柱子上，室外安装在路灯杆上或者外墙壁上也可埋设立杆进行安装；

所述的激励器安装在楼梯上下口位置、电梯进出口位置；

其次，将UWB定位标签与人员、物品、设备进行绑定，当人员、物品、设备在定位硬件系统覆盖的范围内移动时，UWB定位标签不断与周边的UWB定位基站测距，同时UWB定位标签将测距信息发送给LoRa通讯基站，LoRa通讯基站通过有线网络传输到后台服务器，后台服务器计算出定位坐标1；

然后，为了精确楼层位置加入了激励器；当携带UWB定位标签的人员、物品、设备通过安装在已知坐标的楼梯口位置的激励器时，UWB定位标签会被激励，同时定位标签把激励器的位置坐标发送给LoRa通讯基站，LoRa通讯基站把激励器激励信息发送给后台服务器，后台服务器通过激励器确定标签属于哪个楼层位置，结合定位坐标1实现三维空间的定位；

最后通过电脑端三维软件显示位置，即可实现三维定位。

进一步的，步骤1所述的后台计算显示模块具体实现如下：

后台计算显示模块包含后台服务器和显示终端PC：后台服务器负责收LoRa通讯基站送来的定位基站测距信息及激励器激励信息，并计算定位结果；显示终端PC采用Unity软件作为展示平台运行三维模型，在三维地图上显示定位结果，实现三维空间的定位；

所述的整个火电厂的每个消防设施的坐标位置均记录在后台服务器。

进一步的，步骤2具体实现如下：

将三维安全管控系统与监控类系统通过国标ONVIF协议进行对接。

进一步的，步骤3具体实现如下：

3-1.人员实时位置与视频联动

3-1-1.获取绑定有UWB定位标签的人员坐标；

3-1-2.获取后台录入的每个视频监控的坐标位置及覆盖范围；

3-1-3.通过计算获取距离人员坐标最近的3个视频监控，查看人员坐标是否在这3个视频监控覆盖的多边形范围内；

3-2.人员历史轨迹与视频联动

3-2-1.获取指定人员的历史轨迹的点；

3-2-2.通过射线法计算历史轨迹的每个点对应的视频监控；

所述的每个点还是对应3个视频监控；

3-2-3.将对应同一个视频监控的点进行分组，并统计出每组中该点的最早定位和最后定位的时间；

3-2-4.根据每组该点的最早定位和最后定位的时间获取对应视频监控的历史视频；

3-2-5.在历史轨迹播放过程中，同步播放每组点对应的历史视频。

本发明有益效果如下：

人员位置和视频监控联动播放可有效提高人员监控的效率，无需手动切换视频监控摄像头，系统自动根据人员位置进行切换。

历史轨迹和视频监控联动播放，可大幅提高事故发生后的分析效率，之前需根据人员的描述地理位置和时间段信息翻阅大量历史视频去查找事故发生时的情况。现在只需要根据事故位置和历史轨迹可快速锁定事故发生时间，联动该时间段及位置的历史视频进行快速分析。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

一种基于视频与UWB定位的联合方法，具体实现步骤如下：

步骤1、首先在火电厂内构建三维安全管控系统；三维安全管控系统包含定位硬件系统、后台计算显示模块两部分；

UWB定位硬件系统，具体实现如下：

首先，在发电厂、楼宇等室内或者室外安装一定数量的定位基站、激励器和LoRa通讯基站；其中定位基站、激励器和LoRa通讯基站均连接电源，LoRa通讯基站还连接网线。

所述的定位基站大于等于3台；

所述的定位基站室内安装在墙壁、柱子上，室外安装在路灯杆上或者外墙壁上也可埋设立杆进行安装；

所述的激励器安装在楼梯上下口位置、电梯进出口位置；

其次，将UWB定位标签与人员、物品、设备进行绑定，当人员、物品、设备在定位硬件系统覆盖的范围内移动时，UWB定位标签不断与周边的UWB定位基站测距，同时UWB定位标签将测距信息发送给LoRa通讯基站，LoRa通讯基站通过有线网络传输到后台服务器，后台服务器计算出定位坐标1；但是上述方式通常高度坐标精度较差，会出现跳变，楼层位置无法确定，也就无法完成三维空间的定位。

然后，为了精确楼层位置我们加入了激励器。当携带UWB定位标签的人员、物品、设备通过安装在已知坐标的楼梯口位置的激励器时，UWB定位标签会被激励，同时定位标签把激励器的位置坐标发送给LoRa通讯基站，LoRa通讯基站把激励器激励信息(激励点坐标)发送给后台服务器，后台服务器通过激励器确定标签属于哪个楼层位置，结合定位坐标1实现三维空间的定位；

最后通过电脑端三维软件显示位置，即可实现三维定位。

后台计算显示模块：

后台计算显示模块包含后台服务器和显示终端PC：后台服务器负责收LoRa通讯基站送来的定位基站测距信息及激励器激励信息，并计算定位结果。显示终端PC采用Unity软件作为展示平台运行三维模型，在三维地图上显示定位结果，实现三维空间的定位。

所述的整个火电厂的每个消防设施的坐标位置均记录在后台服务器；

步骤2、将三维安全管控系统通过接口与视频监控系统进行对接

本发明的三维安全管控系统与监控类系统均使用国标ONVIF协议进行对接。ONVIF规范描述了网络视频的模型、接口、数据类型以及数据交互的模式。ONVIF规范的目标是实现一个网络视频框架协议，使不同厂商所生产的网络视频产品(包括摄录前端、录像设备等)完全互通。ONVIF规范中设备管理和控制部分所定义的接口均以Web Services的形式提供。ONVIF规范涵盖了完全的XML及WSDL的定义。每一个支持ONVIF规范的终端设备均须提供与功能相应的Web Service。服务端与客户端的数据交互采用SOAP协议。ONVIF中的其它部分，如音视频流则通过RTSP进行。

步骤3、实现三维安全管控系统与视频监控系统的视频联动

3-1.人员实时位置与视频联动

3-1-1.获取绑定有UWB定位标签的人员坐标。

3-1-2.获取后台录入的每个视频监控的坐标位置及覆盖范围。

3-1-3.通过计算获取距离人员坐标最近的3个视频监控，查看人员坐标是否在这3个视频监控覆盖的多边形范围内。

所述的点是否在多变形内可通过射线法思路解决：

首先想到的一个解法是从这个点做一条射线，计算它跟多边形边界的交点个数，如果交点个数为奇数，那么点在多边形内部，否则点在多边形外。

解决原理如下：

首先，对于平面内任意闭合曲线，我们都可以直观地认为，曲线把平面分割成了内、外两部分，其中“内”就是我们所谓的多边形区域。

基于这一认识，对于平面内任意一条直线，我们可以得出下面这些结论：

直线穿越多边形边界时，有且只有两种情况：进入多边形或穿出多边形。在不考虑非欧空间的情况下，直线不可能从内部再次进入多边形，或从外部再次穿出多边形，即连续两次穿越边界的情况必然成对。直线可以无限延伸，而闭合曲线包围的区域是有限的，因此最后一次穿越多边形边界，一定是穿出多边形，到达外部。

假如我们从一个给定的点做射线，还可以得出下面两条结论：

如果点在多边形内部，射线第一次穿越边界一定是穿出多边形。如果点在多边形外部，射线第一次穿越边界一定是进入多边形。

把上面这些结论综合起来，我们可以归纳出：

当射线穿越多边形边界的次数为偶数时，所有第偶数次(包括最后一次)穿越都是穿出，因此所有第奇数次(包括第一次)穿越为穿入，由此可推断点在多边形外部。

当射线穿越多边形边界的次数为奇数时，所有第奇数次(包括第一次和最后一次)穿越都是穿出，由此可推断点在多边形内部。

若存在特殊情况，则如下解决：

1点在多边形的边上：判断点是否在线上的方法有很多，比较简单直接的就是计算点与两个多边形顶点的连线斜率是否相等

2点和多边形的顶点重合：计算点与两个多边形顶点的连线斜率是否相等

3射线经过多边形顶点：规定被射线穿越的点都算作其中一侧

4射线刚好经过多边形的一条边：规定射线连续经过的两个顶点都位于射线以上的一侧，因此这种情况看作没有发生穿越。

3-2.人员历史轨迹与视频联动

3-2-1.获取指定人员的历史轨迹的点。

3-2-2.通过射线法计算历史轨迹的每个点对应的视频监控。

所述的每个点还是对应3个视频监控；

3-2-3.将对应同一个视频监控的点进行分组，并统计出每组中该点的最早定位和最后定位的时间。

例如：在过去2小时内，指定人员的历史轨迹的点有100个，其中20个点在视频监控A中出现，则将该20个历史轨迹点分为一组；另有30个点在视频监控B中出现，则将该30个历史轨迹点分为另一组；直至100个历史轨迹点分组完成；

3-2-4.根据每组该点的最早定位和最后定位的时间获取对应视频监控的历史视频。

3-2-5.在历史轨迹播放过程中，同步播放每组点对应的历史视频。

Claims (5)

1.一种基于视频与UWB定位的联合方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、首先在定位场所内构建三维安全管控系统；三维安全管控系统包含定位硬件系统、后台计算显示模块两部分；

步骤2、将三维安全管控系统通过接口与视频监控系统进行对接；

步骤3、实现三维安全管控系统与视频监控系统的视频联动。

2.根据权利要求1所述的一种基于视频与UWB定位的联合方法，其特征在于步骤1所述的UWB定位硬件系统，具体实现如下：

首先，在定位场所的室内或者室外根据需要安装一定数量的定位基站、激励器和LoRa通讯基站；其中定位基站、激励器和LoRa通讯基站均连接电源，LoRa通讯基站还连接网线；

所述的定位基站大于等于3台；

所述的定位基站室内安装在墙壁、柱子上，室外安装在路灯杆上或者外墙壁上也可埋设立杆进行安装；

所述的激励器安装在楼梯上下口位置、电梯进出口位置；

其次，将UWB定位标签与人员、物品、设备进行绑定，当人员、物品、设备在定位硬件系统覆盖的范围内移动时，UWB定位标签不断与周边的UWB定位基站测距，同时UWB定位标签将测距信息发送给LoRa通讯基站，LoRa通讯基站通过有线网络传输到后台服务器，后台服务器计算出定位坐标1；

然后，为了精确楼层位置加入了激励器；当携带UWB定位标签的人员、物品、设备通过安装在已知坐标的楼梯口位置的激励器时，UWB定位标签会被激励，同时定位标签把激励器的位置坐标发送给LoRa通讯基站，LoRa通讯基站把激励器激励信息发送给后台服务器，后台服务器通过激励器确定标签属于哪个楼层位置，结合定位坐标1实现三维空间的定位；

最后通过电脑端三维软件显示位置，即可实现三维定位。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于视频与UWB定位的联合方法，其特征在于步骤1所述的后台计算显示模块具体实现如下：

后台计算显示模块包含后台服务器和显示终端PC：后台服务器负责收LoRa通讯基站送来的定位基站测距信息及激励器激励信息，并计算定位结果；显示终端PC采用Unity软件作为展示平台运行三维模型，在三维地图上显示定位结果，实现三维空间的定位；

所述的整个火电厂的每个消防设施的坐标位置均记录在后台服务器。

4.根据权利要求3所述的一种基于视频与UWB定位的联合方法，其特征在于步骤2具体实现如下：

将三维安全管控系统与监控类系统通过国标ONVIF协议进行对接。

5.根据权利要求4所述的一种基于视频与UWB定位的联合方法，其特征在于步骤3具体实现如下：

3-1.人员实时位置与视频联动

3-1-1.获取绑定有UWB定位标签的人员坐标；

3-1-2.获取后台录入的每个视频监控的坐标位置及覆盖范围；

3-1-3.通过计算获取距离人员坐标最近的3个视频监控，查看人员坐标是否在这3个视频监控覆盖的多边形范围内；

3-2.人员历史轨迹与视频联动

3-2-1.获取指定人员的历史轨迹的点；

3-2-2.通过射线法计算历史轨迹的每个点对应的视频监控；

所述的每个点还是对应3个视频监控；

3-2-3.将对应同一个视频监控的点进行分组，并统计出每组中该点的最早定位和最后定位的时间；

3-2-4.根据每组该点的最早定位和最后定位的时间获取对应视频监控的历史视频；

3-2-5.在历史轨迹播放过程中，同步播放每组点对应的历史视频。