CN113379362A - 一种疫苗储运过程综合判定位置的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种疫苗储运过程综合判定位置的方法和系统，通过电子标签的位置传感器自动测量疫苗的运动方向和距离，对运动时定位信息进行校准，从而获得精确位置，然后通过算法的计算，得出疫苗准确位置信息。同时，结合终端APP，利用终端的GPS定位功能，增加定位精度。本发明解决了单一使用基带定位存在较大的误差，单一使用GPS定位功耗高的弊端，实现了无线定位的高效快速。
Description
技术领域
本发明涉及疫苗储存及运输领域，特别涉及一种疫苗储运过程综合判定位置的方法和系统。
背景技术
近年来，医药监控技术快速发展，方便、高效、准确的位置监控在人们生活中广泛应用，特别是应用于对位置信息有较高要求，需实时监测位置的物品（如疫苗）等。但是，传统位置监测手段单一，目前大多仅使用GPS系统对疫苗位置监控记录，该方式监控位置精确度高，但要求环境对GPS系统信号无屏蔽。疫苗在实际储存及运输过程都须放置于冷库或冷藏车中，冷库或冷藏车均为金属厢体结构，对GPS信号的屏蔽较大，而且冷藏车在实际运输过程常常会遇到无GPS通讯信号或信号弱的情况。单一通过GPS系统这种方式记录位置难以实现连续性监测，起不到实时准确监控的作用。同时，GPS系统监控实时位置信息需要随时与卫星通讯，需要消耗电能较大，对无线通讯电池要求较高。因此，单一使用GPS系统对疫苗位置监控不能适用于疫苗储存、运输的每一个场景，不满足覆盖疫苗“生产—流通—接种”全生命周期的监管体系的要求。因位置异常不当监控造成的社会事件时有发生，更有效的位置监控方式越来越受到社会各届的重视。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种疫苗储运过程综合判定位置的方法和系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种疫苗储运过程综合判定位置的方法，该方法包括：
（1）疫苗生产时，在疫苗包装中设置电子标签，采用终端扫描电子标签，进行疫苗信息与电子标签绑定；终端的GPS定位模块将位置信息上传到云端，同时激活电子标签，电子标签按设定周期记录温度和位置信息，并上传至云端；
（2）疫苗入库时，采用终端扫描电子标签，办理疫苗登记，同时，终端的GPS定位模块将位置信息上传到云端；
（3）疫苗在库房中存储时，疫苗静置不动超过30min，电子标签的位置传感器进入休眠状态，不再联网，疫苗位置默认在最后一次联网位置；当搬动疫苗，电子标签的位置传感器感重新链接网络，将位置信息上传到云端；
（4）疫苗出库时，采用终端扫描电子标签，办理疫苗登记，同时，终端的GPS定位模块将位置信息上传到云端；
（5）疫苗运输时，电子标签自动加快联网频率，加快位置信息收集频率，同时，电子标签的位置传感器自动测量疫苗的运动距离，对该定位进行校准，并将数据上传至云端；
（6）疫苗运送到目的地时，采用终端扫描电子标签，办理疫苗登记，同时，终端的GPS定位模块将位置信息上传到云端；
（7）疫苗发放到接种端时，采用终端扫描电子标签和受种者二维码，完成疫苗信息和受种者信息绑定，同时，终端的GPS定位模块将位置信息上传到云端；疫苗包装打开，电子标签的光感传感器感应光照度超过50lx，电子标签自动锁定并断电，电子标签停止工作。
进一步的，所述的一种疫苗储运过程综合判定位置的方法，所述疫苗运输时，当出现无法通讯的情况，电子标签的数据信息自动存储在芯片存储器中，当恢复通讯后数据信息将自动上传至云端。
进一步的，所述的一种疫苗储运过程综合判定位置的方法，所述疫苗运输时，电子标签的位置传感器方位识别特征通过位置传感器相对于引力场矢量的方位变化测量计算，得到：
加速度矢量公式：
Acc_x = 1g.sinθ·cosΦ
Acc_y = -1g.sinθ·sinΦ
Acc_z = 1g.cosθ；
其中，θ为位置传感器Z轴相对于引力场矢量的方位变化、Φ为位置传感器X轴相对于初始位置的方位变化；
加速度矢量和：a(t)=Acc_x+Acc_y+Acc_z；
速率：
；
位移：
；
其中：a(t)为连续时域加速度波形，v(t)为连续时域速率波形，s(t)为连续位移波形，ai为i时刻的加速度采样值，vi为i时刻的速率值，Δt为两次采样之间的时间差；
将多点位相对位置比较，绘制连续位移波形，可确定电子标签在空间中的方位和运动轨迹。
进一步的，所述的一种疫苗储运过程综合判定位置的方法，所述终端的GPS定位模块测量疫苗出库时的加速度和速率值做为起始值，再获取i时刻的加速度和速率值，计算出疫苗出库时到i时刻的位移，得到i时刻的位置信息；其与电子标签的位置传感器获取的位置信息比较，进行修正并上传到云端。
一种疫苗储运过程综合判定位置的系统，该系统包括：
电子标签，设置于疫苗包装中，用于按设定周期记录温度和位置信息，并上传至云端；和
终端，用于扫描所述电子标签进行疫苗信息绑定或登记，获取所述电子标签的位置信息，并上传到云端。
进一步的，所述的一种疫苗储运过程综合判定位置的系统，所述电子标签包括：
测温芯片，用于采集所述电子标签周边的温度信息；
位置传感器模块，用于采集所述电子标签的运动信息；
光感传感器模块，用于采集所述电子标签周边的光照信息；
NB-IoT无线通讯模块，分别连接所述测温芯片、所述位置传感器模块和所述光感传感器模块，用于获取所述电子标签的所述温度信息、所述运动信息和所述光照信息，并与云端进行通讯；
电池组，用于供电。
进一步的，所述的一种疫苗储运过程综合判定位置的系统，所述测温芯片集成有MCU、存储器、测温模块、硬件加密模块和NFC近场通讯模块。
进一步的，所述的一种疫苗储运过程综合判定位置的系统，所述位置传感器模块集成有电容式三轴加速度传感器、三轴地磁传感器和缓冲器。
进一步的，所述的一种疫苗储运过程综合判定位置的系统，所述终端为电脑终端、移动设备或读卡器，其集成有GPS定位模块。
本发明的优点与效果是：
本发明通过电子标签的位置传感器自动测量疫苗的运动方向和距离，对运动时定位信息进行校准，从而获得精确位置，然后通过算法的计算，得出疫苗准确位置信息。同时，结合终端APP，利用终端的GPS定位功能，增加定位精度。本发明解决了单一使用基带定位存在较大的误差，单一使用GPS定位功耗高的弊端，实现了无线定位的高效快速。
本发明提供的一种疫苗储运过程综合判定位置的方法和系统用于对冷链运输物品的位置进行实时记录，以保证物品在规定贮藏环境和运输路径下，提高冷链存储和运输的安全及可靠性。
本发明通过位置传感器集成的加速度传感器，使NB-IoT无线通讯在疫苗运动时联网频率加快，疫苗静止不动时不联网，自动实现连接和休眠，并自动转换。当出现无法通讯的时候，数据信息自动存储在芯片存储器中，当恢复通讯后数据将自动上传至云端数据库。本发明可降低功耗，提升了数据传输速度。
本发明提供的疫苗储运过程综合判定位置的方法和系统使疫苗在储存及运输全过程中，相关管理人员根据云端数据库信息，实时掌握疫苗位置信息，并具有可追溯性，推广应用普适性。
附图说明
图1示出本发明提供的疫苗储运过程综合判定位置的系统的示意图；
图2示出本发明提供的疫苗储运过程综合判定位置的系统的电子标签的结构示意图；
图3（a）、图3（b）示出引力场的位置矢量分量定义图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面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更加详细的描述。所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：
在本发明的描述中，需要理解的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本文中可能以功能块和/ 或逻辑块组件和各种处理步骤描述本公开的实施方式。应当理解，这种块组件可以通过被配置为执行指定功能的任意数量的硬件、软件、和/ 或固件组件实现。为了简洁，本文中可能不详细地描述传统技术和涉及氧气发生器、流体动力学、系统封装、制造、传感器和系统的其他功能方面（系统的独立操作组件）的组件。此外，本领域中的技术人员将理解本公开的实施方式可以结合各种结构主体实践，并且本文中描述的实施方式仅是本公开的示例性实施方式。
本发明提供的一种疫苗储运过程综合判定位置的方法包括：
（1）疫苗生产时，在疫苗包装中设置（放置或粘贴等）电子标签，采用终端扫描电子标签，进行疫苗信息与电子标签ID绑定。其中，终端可以是装设有与电子标签匹配的APP软件的电脑终端、移动设备或读卡器，并且该终端集成有GPS定位模块。终端的GPS定位模块将其获取的此时的位置信息上传到云端，同时激活电子标签，电子标签按设定周期记录温度和位置信息，并上传至云端，直至其停止工作。电子标签的设定周期优选但不局限于30min/次。
（2）疫苗入库时，采用终端扫描电子标签，办理疫苗登记（入库手续），同时，终端的GPS定位模块将其获取的此时的位置信息上传到云端，以增加疫苗的定位精度。
（3）疫苗在库房中存储时，电子标签的位置传感器检测到疫苗静置不动超过30min，电子标签的位置传感器进入休眠状态，不再联网，疫苗位置默认在最后一次联网位置不动；当搬动疫苗，电子标签的位置传感器感重新链接网络，将位置信息上传到云端。
（4）疫苗出库时，采用终端扫描电子标签，办理疫苗登记（出库手续），同时，终端的GPS定位模块将其获取的此时的位置信息上传到云端，以增加疫苗的定位精度。
（5）疫苗运输时，电子标签的位置传感器检测到疫苗一直处于运动过程，电子标签自动加快联网频率，加快位置信息收集频率，同时，电子标签的位置传感器自动测量疫苗的运动距离，对该定位进行校准，并将数据上传至云端。
电子标签的位置传感器方位识别特征通过位置传感器相对于引力场矢量g的方位变化测量计算，引力场的位置矢量分量定义图如图3（a）、图3（b）所示，得到：
加速度矢量公式：
Acc_x = 1g.sinθ·cosΦ
Acc_y = -1g.sinθ·sinΦ
Acc_z = 1g.cosθ；
其中，θ为位置传感器Z轴相对于引力场矢量g的方位变化、Φ为位置传感器X轴相对于初始位置的方位变化。
根据计算各方向加速度矢量的大小，可得出加速度传感器测量振动所得的加速度矢量和：a(t)=Acc_x+Acc_y+Acc_z；
对加速度积分一次可得速率：
；
对速率信号积分一次可得位移：
；
其中：a(t)为连续时域加速度波形，v(t)为连续时域速率波形，s(t)为连续位移波形，ai为i时刻的加速度采样值，vi为i时刻的速率值，Δt为两次采样之间的时间差。
通过上式得出两点位相对位置。将多点位相对位置比较，绘制连续位移波形，可确定电子标签在空间中的方位和运动轨迹。
终端的GPS定位模块测量疫苗出库时的加速度和速率值做为起始值，再获取i时刻的加速度和速率值，计算出疫苗出库时到i时刻的位移，得到i时刻的位置信息；其与电子标签的位置传感器获取的位置信息比较，进行修正并上传到云端。具体的是，若将终端的GPS定位模块测量点O的加速度a0，速率值v0做为起始值，a1为A时刻的加速度采样值，v1为A时刻的速率值，因O点位置相对准确，可较准确的计算出O点到A点的位移，得到A点相对于O点的位置。同时，A点的位置信息通过电子标签的NB-IoT无线通讯模块采集，与A点计算位置比较后，对A点的位置信息进行修正并上传到云端数据库。同理，下一移动点B的位置可以相对于A点计算后与B点的位置信息通过NB-IoT无线通讯模块采集，比较，修正并上传到云端数据库。此方法大大简化了各种运动状态检测的算法，可进行地理方位信息精准地判定。通常通过各移动点位相对位置积分计算姿态有累积误差，需要确定最近参照点位的精确位置进行计算，采用GPS和NB基站位置信息优势互补可以增加位置测量精度。
当出现无法通讯的情况，电子标签的数据信息自动存储在芯片存储器中，当恢复通讯后数据信息将自动上传至云端。
（6）疫苗运送到目的地时，采用终端扫描电子标签，办理疫苗登记（入库手续），同时，终端的GPS定位模块将其获取的此时的位置信息上传到云端，以增加疫苗的定位精度；
（7）疫苗发放到接种端时，采用终端扫描电子标签和受种者二维码，完成疫苗信息和受种者信息绑定，同时，终端的GPS定位模块将其获取的此时的位置信息上传到云端。疫苗包装打开，电子标签的光感传感器感应光照度超过50lx，电子标签自动锁定并断电，电子标签停止工作。
图1示出本发明提供的疫苗储运过程综合判定位置的系统的示意图。该系统包括电子标签、和终端。电子标签设置于疫苗包装中，用于按设定周期记录温度和位置信息，并上传至云端。终端用于扫描所述电子标签进行疫苗信息绑定或登记，获取所述电子标签的位置信息，并上传到云端。电子标签和终端电信网络与云端连接。终端可以是装设有与电子标签匹配的APP软件的电脑终端、移动设备或读卡器，并且该终端集成有GPS定位模块。电脑终端登录WEB管理系统进行电子标签的管理及信息的查看。移动设备，如智能手机，登录APP软件进行电子标签的管理及信息的查看。
电子标签包括测温芯片、位置传感器模块、位置传感器模块、NB-IoT无线通讯模块和电池组。当电子标签被激活后，电池组开始为其他各模块进行供电。电池组优选但不局限于采用锂-二氧化锰电池，一次性使用，容量大于1000mAh，支持微电子标签连续工作。测温芯片用于采集电子标签周边的温度信息，其温度测量范围优选为-20℃～+60℃，测量精度为±0.5℃。光感传感器用于采集微电子标签周边的环境（光照）信息。位置传感器用于采集微电子标签的运动信息。NB-IoT无线通讯模块分别连接所述测温芯片、所述位置传感器模块和所述光感传感器模块，用于采集电子标签的所述温度信息、运动信息和光照信息，并通过电信基站与云端进行通讯。
测温芯片集成有MCU、存储器、测温模块、硬件加密模块和NFC近场通讯模块。位置传感器模块集成有电容式三轴加速度传感器、三轴地磁传感器和缓冲器。其中，电容式三轴加速度传感器支持可编程的±2g/±4g/±8g/±16g全量程检测，三轴地磁传感器支持±1200μT全量程检测。位置传感器模块采用标准I2C接口与芯片MCU通信。
位置传感器模块采用两种不同的电源模式：正常模式和挂起模式，可以极大的减少电源消耗。
在正常模式下，位置传感器模块周期性地在休眠阶段和唤醒阶段之间切换。在休眠阶段，位置传感器模块除缓冲器外的模拟部分关断。唤醒阶段对应于测量状态下的操作，电路完全上电。在唤醒阶段，如果检测到使能中断，则只要中断条件持续（非锁存中断），或直到锁存时间到期（临时锁存中断），或直到中断复位（锁存中断），器件就会一直处于唤醒阶段。如果未检测到中断，器件进入休眠阶段。
挂起模式即掉电模式，仅支持I2C接口，挂起模式下I2C接口不与芯片MCU通讯，位置数据暂存于缓冲器中。
为了清晰地说明硬件、固件和软件的这种互换性和兼容性，通常以他们的功能性描述各种说明性组件、块、模块、电路和步骤。这种功能性是否实现为硬件、固件、或软件取决于对整个系统的具体应用和设计约束条件。那些熟悉本文中描述的概念的技术人员可以以分别针对具体应用的适宜方式实现这种功能性，但是这种实施方式决定不应当解释为引起偏离本公开的范围。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，并非用来限定本发明的实施范围。但凡在本发明的保护范围内所做的等效变化及修饰，皆应认为落入了本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种疫苗储运过程综合判定位置的方法，其特征在于，该方法包括：
（1）疫苗生产时，在疫苗包装中设置电子标签，采用终端扫描电子标签，进行疫苗信息与电子标签绑定；终端的GPS定位模块将位置信息上传到云端，同时激活电子标签，电子标签按设定周期记录温度和位置信息，并上传至云端；
（2）疫苗入库时，采用终端扫描电子标签，办理疫苗登记，同时，终端的GPS定位模块将位置信息上传到云端；
（3）疫苗在库房中存储时，疫苗静置不动超过30min，电子标签的位置传感器进入休眠状态，不再联网，疫苗位置默认在最后一次联网位置；当搬动疫苗，电子标签的位置传感器感重新链接网络，将位置信息上传到云端；
（4）疫苗出库时，采用终端扫描电子标签，办理疫苗登记，同时，终端的GPS定位模块将位置信息上传到云端；
（5）疫苗运输时，电子标签自动加快联网频率，加快位置信息收集频率，同时，电子标签的位置传感器自动测量疫苗的运动距离，对该定位进行校准，并将数据上传至云端；
（6）疫苗运送到目的地时，采用终端扫描电子标签，办理疫苗登记，同时，终端的GPS定位模块将位置信息上传到云端；
（7）疫苗发放到接种端时，采用终端扫描电子标签和受种者二维码，完成疫苗信息和受种者信息绑定，同时，终端的GPS定位模块将位置信息上传到云端；疫苗包装打开，电子标签的光感传感器感应光照度超过50lx，电子标签自动锁定并断电，电子标签停止工作。
2.根据权利要求1所述的一种疫苗储运过程综合判定位置的方法，其特征在于，所述疫苗运输时，当出现无法通讯的情况，电子标签的数据信息自动存储在芯片存储器中，当恢复通讯后数据信息将自动上传至云端。
3.根据权利要求1所述的一种疫苗储运过程综合判定位置的方法，其特征在于，所述疫苗运输时，电子标签的位置传感器方位识别特征通过位置传感器相对于引力场矢量的方位变化测量计算，得到：
加速度矢量公式：
Acc_x = 1g.sinθ·cosΦ
Acc_y = -1g.sinθ·sinΦ
Acc_z = 1g.cosθ；
其中，θ为位置传感器Z轴相对于引力场矢量的方位变化、Φ为位置传感器X轴相对于初始位置的方位变化；
加速度矢量和：a(t)=Acc_x+Acc_y+Acc_z；
速率：
；
位移：
；
其中：a(t)为连续时域加速度波形，v(t)为连续时域速率波形，s(t)为连续位移波形，ai为i时刻的加速度采样值，vi为i时刻的速率值，Δt为两次采样之间的时间差；
将多点位相对位置比较，绘制连续位移波形，可确定电子标签在空间中的方位和运动轨迹。
4.根据权利要求3所述的一种疫苗储运过程综合判定位置的方法，其特征在于，所述终端的GPS定位模块测量疫苗出库时的加速度和速率值做为起始值，再获取i时刻的加速度和速率值，计算出疫苗出库时到i时刻的位移，得到i时刻的位置信息；其与电子标签的位置传感器获取的位置信息比较，进行修正并上传到云端。
5.一种实现如权利要求1-4任一所述疫苗储运过程综合判定位置的方法的系统，其特征在于，该系统包括：
电子标签，设置于疫苗包装中，用于按设定周期记录温度和位置信息，并上传至云端；和
终端，用于扫描所述电子标签进行疫苗信息绑定或登记，获取所述电子标签的位置信息，并上传到云端。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述电子标签包括：
测温芯片，用于采集所述电子标签周边的温度信息；
位置传感器模块，用于采集所述电子标签的运动信息；
光感传感器模块，用于采集所述电子标签周边的光照信息；
NB-IoT无线通讯模块，分别连接所述测温芯片、所述位置传感器模块和所述光感传感器模块，用于获取所述电子标签的所述温度信息、所述运动信息和所述光照信息，并与云端进行通讯；
电池组，用于供电。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述测温芯片集成有MCU、存储器、测温模块、硬件加密模块和NFC近场通讯模块。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述位置传感器模块集成有电容式三轴加速度传感器、三轴地磁传感器和缓冲器。
9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述终端为电脑终端、移动设备或读卡器，其集成有GPS定位模块。
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