CN113225686A - 一种室内环境基于uwb的智能呼叫的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无线通信技术领域的一种室内环境基于UWB的智能呼叫的系统和方法。系统包括UWB无线定位系统和无线通信系统，无线通信系统可实现语音和短数据无线通信功能，UWB无线定位系统用于获取所述移动终端的位置信息，移动终端与UWB无线定位系统中的UWB定位标签绑定，UWB定位标签与所述移动终端呈一一对应关系；并且根据对应关系，预先建立了呼叫表，无线通信系统中的无线通信中心服务器从UWB无线定位系统获取UWB定位标签位置信息后，根据呼叫表，对UWB定位标签位置信息对应的移动终端进行呼叫。

Description

一种室内环境基于UWB的智能呼叫的系统和方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种室内环境基于UWB的智能呼叫的系统和方法。

背景技术

UWB(Ultra Wide Band，超宽带)具有良好的穿透能力，能够很好的实现较复杂室内环境的定位问题。超宽带室内定位技术可用于各个领域的室内精确定位和导航，包括人和大型物品，例如贵重物品仓储、矿井人员定位、机器人运动跟踪、汽车地库停车等。UWB室内定位技术基于TDOA定位算法，发送和接收无线系统极窄脉冲信号，利用信号到达的时间差，通过双曲线交叉点获得定位点。超宽带系统具有GHz量级的带宽，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、定位精度高等优点。根据技术手段或算法的不同，精度可保持在0.1m～0.5m。基于UWB技术的高精度定位系统可用于室内环境复杂、定位精度要求高的场景。

目前很多大型室内环境，如轨道交通客站、地铁车辆段、大型货场等室内环境都配备有无线通信系统，便于中心和现场人员及现场人员相互之间的通信。但中心调度人员无法准确知道现场人员的位置，不能有效的进行调度，现场人员之间也无法准确知道其他现场人员的位置，不能很好的按照需求进行沟通。

发明内容

在此背景下，对有高精度定位需求的室内环境，采用UWB进行室内高精度定位，然后将UWB和无线通信系统结合，调度人员可根据人员室内定位进行精准呼叫，实现室内环境基于UWB的智能呼叫方法。

本发明的目的在于克服现有技术中大型室内环境内，中心调度人员无法准确知道现场人员的位置，不能有效的进行调度的问题，将UWB和无线通信系统结合，实现了定位精准的呼叫，提出了一种室内环境基于UWB的智能呼叫的系统和方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种室内环境基于UWB的智能呼叫的系统，包括UWB无线定位系统和无线通信系统，无线通信系统可实现语音和短数据无线通信功能，包括无线通信中心服务器、移动终端和室内现场基站，UWB无线定位系统用于获取移动终端的位置信息，包括定位引擎服务器、应用服务器、UWB基站和UWB定位标签，无线通信系统中的移动终端与UWB无线定位系统中的UWB定位标签绑定，UWB定位标签与移动终端呈一一对应关系；并且根据对应关系，预先建立了呼叫表，呼叫表存储于无线通信中心服务器中，无线通信中心服务器从UWB无线定位系统获取UWB定位标签位置信息后，根据呼叫表，对UWB定位标签位置信息对应的移动终端进行呼叫。

作为优选方案，呼叫表的字段包括定位标签ID号、移动终端呼叫号和定位标签位置信息。

作为优选方案，无线通信中心服务器还存储了区域分组信息，区域分组信息是对预先划分的区域分布建立相应的呼叫组，区域与呼叫组呈一一对应关系，当UWB定位标签位置信息落入预先划分的区域，则将UWB定位标签对应的移动终端添加进相应的分组。

作为优选方案，移动终端设置的呼叫键与室内的区域相对于，使得当按下呼叫键发送语音信息时，相应区域的呼叫组内的移动终端接收语音信息。

一种室内环境基于UWB的智能呼叫的方法，包括以下步骤：

D1，构建如上述任一所述的一种室内环境基于UWB的智能呼叫的系统；

D2，UWB定位标签发射UWB定位标签信号到UWB基站；

D3，UWB基站自动测量UWB定位标签信号到达UWB基站的时间，并将获取的时间数据发送至定位引擎服务器；

D4，中心定位引擎服务器利用UWB定位标签信号到达多个UWB基站的时间差，确定发出UWB定位标签信号的UWB定位标签的具体位置；

D5，中心定位引擎服务器将获取的UWB定位标签的具体位置发送到应用服务器，应用服务器将UWB定位标签的具体位置发送到无线通信中心服务器；

D6，无线通信中心服务器根据UWB定位标签的具体位置，对移动终端进行呼叫。

作为优选方案，步骤D4中，计算UWB定位标签信号的UWB定位标签的具体位置的步骤包括：

D41，中心定位引擎服务器分别解算出UWB定位标签信号到达至少3个UWB基站的时间数据；

D42，根据时间数据，采用TODA定位算法，计算出UWB定位标签信号的UWB定位标签的具体位置。

作为优选方案，步骤D5中，应用服务器还用于结合室内地图，将UWB定位标签绑定的移动终端的位置进行可视化处。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明的装置和方法将UWB技术与现有的无线通信系统进行联动，调度人员可实时看到室内工作人员的位置信息，并可选择相应的工作人员进行呼叫，现场人员可通过区域配置，实时呼叫相应区域的手持终端佩戴者，现场人员可与特定地理位置的人员直接通话。

2、本发明的装置和方法由于采用了UWB技术，可以实现室内环境中的移动终端的高精度定位，有效减少误差。

附图说明：

图1为本发明实施例1中的手持终端按键配置示意图；

图2为本发明实施例2中的地铁车辆段定位地图；

图3为本发明实施例3中的室内环境基于UWB的智能呼叫系统图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

一种室内环境基于UWB的智能呼叫的系统包括UWB无线定位系统和无线通信系统，其中，UWB无线定位系统包括定位引擎服务器、应用服务器、数据管理与存储设备等，室内现场还设置了室内现场基站(基站具有绝对坐标)，实现室内环境UWB无线信号全覆盖，基站设置的密度由系统定位精度要求决定。其中，无线通信系统可实现语音和短数据无线通信功能，包括无线通信中心服务器和固定终端，室内现场设置基站，实现室内环境无线信号全覆盖，无线通信系统还包括作业人员或车辆配备无线通信移动终端(手持台或车载台)，每个终端有唯一的呼叫号。作业人员或车辆配备UWB定位标签，作业人员佩戴卡片式定位标签或安全帽式定位标签；作业车辆上安装车载定位标签，每个定位标签都有系统内唯一的ID标识。一种具体的室内环境基于UWB的智能呼叫的系统如图1所示。UWB无线定位系统和无线通信系统的相结合，就可以同时实现对终端的精准定位和智能呼叫。

为了两个系统的结合，主要做了以下设置：

1、无线通信移动终端与UWB定位标签绑定。

无线通信移动终端与UWB定位标签可以分开为不同设备，作业人员需同时携带移动终端和定位标签两个设备；也可以合设为一个设备，无线通信移动终端内置UWB定位标签，作业人员只需携带一个移动终端设备。

无线通信移动终端呼叫号与UWB定位标签ID号需要一一绑定，绑定方式有三种：

(1)针对不同设备，中心绑定方式：

中心服务器负责将UWB系统中的定位标签ID号与无线通信移动终端一一绑定，一个定位标签ID号绑定一个移动终端。使用完毕后，中心服务器可解绑移动终端和定位标签的关系。

(2)针对不同设备，终端绑定方式：

无线通信移动终端可自行设置绑定UWB定位标签ID号，并将绑定信息上传至中心保存，一个移动终端绑定一个定位标签ID号。使用完毕后，移动终端可发起解绑请求。

(3)针对合设的设备：

无线通信移动终端内置固定的UWB定位标签，中心服务器负责设置绑定关系，该模式不能接触绑定。

2、系统定位。

(1)当作业人员或车辆正常作业时，定位基站会自动测量定位标签信号到达基站的时间，并将此原始数据通过以太网发送至中心定位引擎服务器。

(2)定位引擎服务器通过解算至少3个基站测量的原始数据，采用TDOA定位算法，利用信号到达时间差可确定标签的具体位置。然后将位置信息发送至应用服务器，结合专业的室内地图，在可视化终端上可以清楚的标注地图位置信息，从而实现地图展示、定位展示、电子围栏报警展示等可视化功能，为用户提供定位管理、围栏报警、轨迹跟踪等应用服务。

3、呼叫表的建立。

根据绑定的信息，建立呼叫表：

(1)根据无线通信移动终端呼叫号、对应定位标签ID号、定位标签所在位置信息，建立三者的对应关系表，即为呼叫表，呼叫表如下表所示。

表1

定位标签ID号	移动终端呼叫号	位置信息
			A1	W1	位置坐标1
A2	W2	位置坐标2

(2)在地图上圈定某个区域后，为该区域分配一个组呼号。实时计算作业人员的位置信息，当作业人员出现在该区域范围内，将该作业人员所携带定位标签对应的移动终端呼叫号添加进所在区域的组呼号，更新呼叫表。

由于上述预先设置，就可以实现基于位置的智能呼叫。

本方案可提供以下种基于位置信息的智能呼叫方式：

(1)中心呼叫现场作业人员

个呼：中心管理人员根据地图点击某个位置的标签编号，即可呼叫标签所对应的移动终端；组呼：中心管理员可在地图上选定某一片区域，即可对该区域的作业人员发起组呼。

(2)现场作业人员之间基于位置的智能呼叫

移动终端设置常规呼叫键和选配呼叫键，每个按键可以绑定一个室内区域，按下该按键，即可与该区域的人员直接通话。

作为优选方案，需要对无线通信移动终端进行改进，手持终端按键总数固定，可根据实际需求进行设计，在这些按键中，包括统一设置的固定按键和各工作岗位的选配按键。手持终端按键配置示意图如图1所示。

1)按键标配

现场手持终端可统一配置固定按键，按下按键可与固定位置的人员通话，比如与中心通话的固定按键1，与后勤人员通话的固定按键2。

手持终端固定按键	呼叫对象
		固定按键1	中心
固定按键2	后勤
		……	……

2)按键选配

现场手持终端可进行按键选配，不同岗位的工作人员日常通话需求不同，可根据不同需求选配不同的按键，与不同岗位的工作人员进行通话。

手持终端选配按键	呼叫对象
		选配按键1	工作岗位1
选配按键2	工作岗位2
		……	……

3)呼叫表

中心根据各手持终端的按键配置完成呼叫表，手持终端设置每个按键的呼叫对象，中心根据该呼叫对象岗位所在的室内地理位置，确定其在室内地图的坐标范围，再对在该地理位置的手持终端进行呼叫。若手持终端配置发生变化，中心更新相关呼叫表，呼叫表如下表所示。

手持终端按键	呼叫对象工作岗位	地理位置	相应终端
				按键1	岗位1	坐标范围1	终端1，2，3
按键2	岗位2	坐标范围2	终端4
				按键3	岗位3	坐标范围3	终端5，6
……	……	……	……

实施例2

在轨道交通中，室内人员及物资定位是地铁车辆段系统管理的一个重要组成部分。地铁车辆段运用库一般有顶层覆盖，属于室内区域，内部水泥支柱分布密集，还有地铁车辆停检，遮挡物密集，环境复杂，定位困难。另外地铁车辆段，特别是无人驾驶车辆段内，存在轨行区安全防护及人员入侵报警需求，定位精度要求高。

目前地铁车辆段采用TETRA/DMR进行语音通话，车辆段工作人员配备TETRA/DMR手持终端，车辆段调度人员只能通过语音通话方式询问现场工作人员的位置，不能实时监测车辆段工作人员的位置，当发生紧急情况时，中心调度人员不能立刻知道车辆段工作人员的位置分布，因此不能进行高效的紧急调度指挥。地铁车辆段定位地图如图2所示。

室内人员及物资定位是地铁车辆段系统管理的一个重要组成部分，地铁车辆段运用库长宽约为450m×200m，高约10m，一般有顶层覆盖，属于室内区域。内部水泥支柱分布密集，还有地铁车辆停检，遮挡物密集，环境复杂，定位困难。

1、系统设置

(1)地铁车辆段设置UWB无线定位系统，中心设置UWB系统中心设备(定位引擎服务器、应用服务器、数据管理与存储设备等)，在地铁车辆段内每隔20m左右距离在支柱上部署一台UWB高精度定位基站，UWB高精度基站(基站具有绝对坐标)，实现室内环境UWB无线信号全覆盖。

(2)地铁车辆段内设置无线通信系统(可实现语音和短数据无线通信功能)，中心设置中心服务器和固定终端，室内现场设置基站，实现室内环境无线信号全覆盖。

(3)作业人员或车辆配备无线通信移动终端(手持台或车载台)，每个终端有唯一的呼叫号。

2、无线通信移动终端与UWB定位标签绑定

地铁车辆段采用中心绑定的方式，中心将UWB系统中的定位标签与无线通信系统中的终端一一对应，一个定位标签绑定一个手持终端或一个车载终端。工作人员携带了某一个定位标签，则配备的手持台为配对的手持台，即若定位标签编号A1的配对手持台为手持台编号W1，当工作人员佩戴了编号为A1定位标签，则他的手持台为编号为W1。

3、系统定位

工作人员进入车辆段工作时，需佩戴UWB定位标签，定位基站会自动搜索定位标签的UWB信号，并将此信号通过以太网发送至控制中心，定位引擎服务器利用无线定位算法解算得到定位标签的精确位置，即定位目标的位置信息，从而实现轨迹跟踪、围栏报警等业务需求。

4、呼叫表建立

中心根据绑定的信息，建立呼叫表：

(1)中心根据无线通信移动终端呼叫号、对应定位标签ID号、定位标签所在位置信息，建立三者的对应关系表，即为呼叫表；

定位标签号	移动终端呼叫号	位置信息
			A1	W1	位置坐标1
A2	W2	位置坐标2

(2)中心在地图上圈定某个区域后，为该区域分配一个组呼号。中心实时计算作业人员的位置信息，当作业人员出现在该区域范围内，将该作业人员所携带定位标签对应的移动终端呼叫号添加进所在区域的组呼号，更新呼叫表。

5、基于位置的智能呼叫

(1)中心呼叫现场作业人员

个呼：中心管理人员根据地图点击某个位置的标签编号，即可呼叫标签所对应的移动终端。当地铁车辆段C处发生情况时，中心调度人员可直接在室内环境地图上看到在距离该处最近的标签编号为A1，如图3所示，然后直接呼叫编号A1对应的手持终端W1。

组呼：中心管理员可在地图上选定某一片区域，即可对该区域的作业人员发起组呼。中心可在地图上选定某一片区域，即可对该区域的人员发起组呼。当中心想要呼叫车辆段内B处周围的人员，如图3所示，在室内地图内选择B处周围的范围，系统呼叫定位在该范围内的所有终端，即定位标签A4，A5，A6对应的手持终端。

(2)现场作业人员之间基于位置的智能呼叫

移动终端设置常规呼叫键和选配呼叫键，每个按键可以绑定一个室内区域，按下该按键，即可与该区域的人员直接通话。

上诉方法和装置是本发明方法其中的一种实施例，并不限定只能按照该顺序执行，但是基于本发明的方法思路，虽然执行顺序改变，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种室内环境基于UWB的智能呼叫的系统，包括UWB无线定位系统和无线通信系统，所述无线通信系统可实现语音和短数据无线通信功能，包括无线通信中心服务器、移动终端和室内现场基站，所述UWB无线定位系统用于获取所述移动终端的位置信息，包括定位引擎服务器、应用服务器、UWB基站和UWB定位标签，其特征在于，所述无线通信系统中的移动终端与所述UWB无线定位系统中的UWB定位标签绑定，所述UWB定位标签与所述移动终端呈一一对应关系；并且根据所述对应关系，预先建立了呼叫表，所述呼叫表存储于所述无线通信中心服务器中，所述无线通信中心服务器从所述UWB无线定位系统获取UWB定位标签位置信息后，根据所述呼叫表，对所述UWB定位标签位置信息对应的移动终端进行呼叫。

2.如权利要求1所述的一种室内环境基于UWB的智能呼叫的系统，其特征在于，所述呼叫表的字段包括定位标签ID号、移动终端呼叫号和定位标签位置信息。

3.如权利要求1所述的一种室内环境基于UWB的智能呼叫的系统，其特征在于，所述无线通信中心服务器还存储了区域分组信息，所述区域分组信息是对预先划分的区域分布建立相应的呼叫组，区域与呼叫组呈一一对应关系，当所述UWB定位标签位置信息落入预先划分的区域，则将所述UWB定位标签对应的移动终端添加进相应的分组。

4.如权利要求3所述的一种室内环境基于UWB的智能呼叫的系统，其特征在于，所述移动终端设置的呼叫键与室内的区域相对于，使得当按下所述呼叫键发送语音信息时，相应区域的呼叫组内的移动终端接收所述语音信息。

5.一种室内环境基于UWB的智能呼叫的方法，其特征在于，包括以下步骤：

D1，构建如权利要求1-4任一所述的一种室内环境基于UWB的智能呼叫的系统；

D2，UWB定位标签发射UWB定位标签信号到所述UWB基站；

D3，UWB基站自动测量所述UWB定位标签信号到达UWB基站的时间，并将获取的时间数据发送至所述定位引擎服务器；

D4，所述中心定位引擎服务器利用所述UWB定位标签信号到达多个UWB基站的时间差，确定发出所述UWB定位标签信号的UWB定位标签的具体位置；

D5，所述中心定位引擎服务器将获取的所述UWB定位标签的具体位置发送到所述应用服务器，所述应用服务器将所述UWB定位标签的具体位置发送到所述无线通信中心服务器；

D6，所述无线通信中心服务器根据所述UWB定位标签的具体位置，对移动终端进行呼叫。

6.如权利要求5所述的一种室内环境基于UWB的智能呼叫的方法，其特征在于，步骤D4中，计算所述UWB定位标签信号的UWB定位标签的具体位置的步骤包括：

D41，所述中心定位引擎服务器分别解算出UWB定位标签信号到达至少3个UWB基站的时间数据；

D42，根据所述时间数据，采用TODA定位算法，计算出所述UWB定位标签信号的UWB定位标签的具体位置。

7.如权利要求6所述的一种室内环境基于UWB的智能呼叫的方法，其特征在于，步骤D5中，所述应用服务器还用于结合室内地图，将所述UWB定位标签绑定的移动终端的位置进行可视化处理。

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