CN113566813A - 一种智慧建筑高精室内定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智慧建筑高精室内定位系统及方法，该系统包括：铺设设备、网关和云端服务器；所述铺设设备由多个传感器检测单元串联或并联组成，用于平铺在建筑目标区域的室内检测压力信号，并将检测到的压力信号，通过所述网关传输到云端服务器；所述压力信号包括：压力参数、压力感应时间和所在传感器检测单元的节点编号；所述云端服务器根据接收的压力信号，计算出被检测对象的位置、重力和运动速度，生成定位服务。其中，铺设设备可以根据室内检测区域的形状进行铺设，检测压力信号，基于压力信号，该系统可以精准识别定位目标的重量，运动轨迹，运动速度和其他特征，可应用于多种场景。
Description
技术领域
本发明涉及室内定位技术领域，特别涉及一种智慧建筑高精室内定位系统及方法。
背景技术
智慧建筑，智慧家居对高精室内定位的需求越来越迫切。室内定位是指在室内的环境下在房间内的区域实现定位，目前市面上的定位技术有UWB、蓝牙、WiFi、ZigBee、RFID等等，这些定位技术按精度区分，可分为三类：1，精准定位，也即高精度定位，定位精度在亚米级，也即50cm以内。蓝牙5.0定位以及UWB(超宽带)定位。2，米级定位，定位精度在1～3米以内，定位技术包括蓝牙4.0定位。3，区域级别的定位，无定位精度可言，一般指能够定位到某个楼层的某个区域，定位技术包括WiFi,ZigBee,RFID。除了上述这些定位技术，还有其他基于光跟踪定位、磁场、红外线、超声波等室内定位技术，但是如何将其应用到实际场景中才是人们对其研究开发的价值所在，将其大规模应用到实际生活中是许多行业的需求所在，帮助解决行业的痛点。那究竟如何用，如何选则需根据行业对室内定位的应用需求。高精度的实时室内定位在医院、养老、建筑节能、建筑安全等多个领域都有极大的应用前景。应用场景有面向医疗、工业、智慧大楼等不同的解决方案。
以上三种常用的定位方式，都是要有一个信号接收装置，佩戴或携带到人身，作为信号源。这种方式只能针对目标群体进行设备加持，信号入网后才能检测到被定位人员的位置。这就存在一个准入门槛：安装设备。
此外，设备充电也是一个使用瓶颈，在一个高度智能的建筑面前，定位人员应该是免受打扰或者透明的。智慧建筑要有自动感知的触手来随时报告定位的位置和环境中人的状态。
基于上述情况，如何提供一种新型的定位方式，成为同行从业人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种智慧建筑高精室内定位系统及方法，无需在被检测对象身上佩戴任何设备，通过感知地面压力的变化，来实现实时跟踪、定位和具体物体的感知。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
第一方面，本发明实施例提供一种智慧建筑高精室内定位系统，包括：铺设设备、网关和云端服务器；
所述铺设设备由多个传感器检测单元串联或并联组成，用于平铺在建筑目标区域的室内检测压力信号，并将检测到的压力信号通过所述网关传输到云端服务器；所述压力信号包括：压力参数、压力感应时间和所在传感器检测单元的节点编号；
所述云端服务器根据接收的压力信号，计算出被检测对象的位置、重力和运动速度，生成定位服务。
进一步地，所述传感器检测单元包括：基板和置于基板下方的压力发电模块、储电模块、压力感应模块、信号发送模块及控制模块；
所述控制模块分别与压力发电模块、储电模块、压力感应模块、信号发送模块连接；
所述压力发电模块与储电模块连接；
所述控制模块将所述压力感应模块的检测压力信号，经所述信号发送模块传输给所述网关。
进一步地，所述压力感应模块为具有亚敏电阻的电路，根据所受压力大小实现压力电流的变化，从而发出压力感应信号，传输给所述控制模块。
进一步地，所述压力发电模块采用薄膜分子压电材料，转换为电能，并储存到所述储电模块。
进一步地，所述信号发送模块为NBLet通信模块。
进一步地，还包括：移动终端；所述移动终端用于与所述云端服务器通信连接，用于显示云端服务器发送的被检测对象的定位数据。
第二方面，本发明实施例还提供一种智慧建筑高精室内定位方法，使用如上述任一项实施例所述的智慧建筑高精室内定位系统，实现对被检测对象的室内定位。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明实施例提供的一种智慧建筑高精室内定位系统，包括：铺设设备、网关和云端服务器；所述铺设设备由多个传感器检测单元串联或并联组成，用于平铺在建筑目标区域的室内检测压力信号，并将检测到的压力信号通过所述网关传输到云端服务器；所述压力信号包括：压力参数、压力感应时间和所在传感器检测单元的节点编号；所述云端服务器根据接收的压力信号，计算出被检测对象的位置、重力和运动速度，生成定位服务。其中，铺设设备可以根据室内检测区域的形状进行铺设，检测压力信号，基于压力信号，可实现室内定位精度高，误差小。同时，完全没有惯性室内定位的信号漂移以及累积误差问题。对比摄像头识别定位具有保护个人隐私外泄的风险。进一步地，可以识别定位目标的重量，运动轨迹，运动速度和其他特征，可应用于多种场景。
附图说明
图1为本发明实施例提供的智慧建筑高精室内定位系统结构图。
图2为本发明实施例提供的传感器检测单元的结构框图。
图3为本发明实施例提供的智慧建筑高精室内定位原理图。
图4为本发明实施例提供的智慧建筑高精室内定位计算检测对象运动速度原理图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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的限制。此外，术语“第一”、“第二”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，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1所示，本发明实施例提供一种智慧建筑高精室内定位系统，包括：铺设设备1、网关2和云端服务器3；
其中，铺设设备1由多个传感器检测单元串联或并联组成，用于平铺在建筑目标区域的室内检测压力信号，并将检测到的压力信号转换为定位数据，通过网关2传输到云端服务器3；该定位数据包括：压力参数、压力感应时间和所在传感器检测单元的节点编号；云端服务器3根据接收的定位数据，计算出被检测对象的位置、重力和运动速度，生成定位服务。
本实施例中，该系统可通过感知地面压力环境的变化，运动轨迹和出发位置来实现实时跟踪、定位和具体物体的感知。
网关2为无线网关，可减少布线，减少安装的繁琐步骤。上述铺设设备可以很方便的根据检测区域的形状进行铺设，测量压力精度高，而检测误差可以根据每个控制节点的尺寸和实际需求定制；比如可基于现有地板或地板砖尺寸进行定制，也可以直接定制0.5分米×0.5分米的正方形尺寸。因此，基于该传感器检测单元进行的定位精度，不是WIFI，蓝牙和RIFID之类的信号算法可以比拟的。同时，采用该智慧建筑高精室内定位系统，也完全没有惯性室内定位的信号漂移以及累积误差问题。而对比摄像头识别定位具有保护个人隐私外泄的风险。
进一步地，云端服务器可以识别定位目标的重量，运动轨迹，运动速度和其他特征；应用场景比较广泛，比如当应用于养老院时，可用于检测检测老人的运动轨迹及是否摔倒等。
在一个实施例中，如图2所示，传感器检测单元2包括：基板(图中未示出)和置于基板下方的压力发电模块、储电模块、压力感应模块、信号发送模块及控制模块；五个部分通过绝缘、防水材料封装在基板下方。
控制模块分别与压力发电模块、储电模块、压力感应模块、信号发送模块连接；压力发电模块与储电模块连接；控制模块将压力感应模块的检测压力信号，转换为定位数据，经信号发送模块传输给网关。
其中，上述压力感应模块为具有亚敏电阻的电路，根据所受压力大小实现压力电流的变化，从而发出压力感应信号，传输给控制模块。
利用亚敏电阻设计，根据压力大小实现压力电流的变化从而发出压力感应信号，并且具有压力大小的尺度。
压力发电模块，可以确保设备的用电保证，采用薄膜分子压电材料，比如采用PVDF柔性压电薄膜，参数见下表，在具体实施时，与基板的上表面面积相当，可增大发电面积；转换为电能，并储存到储电模块。
储电模块，为可充电电池，将多余的电量存储到电池中，以备电力比较的小发电不足的时候进行电力补充。另外，也可以通过隐蔽线缆的方式接入市电。而多个传感器检测单元的铺设时，本公开实施例对隐蔽线缆的之间的串并联关系不做限定。
信号发送模块为NBLet通信模块。采用NBLet通信协议，触发唤醒被动式通信以节约电能。
为了更好的查看定位数据，该智慧建筑高精室内定位系统，参照图1所示，还包括：移动终端4；移动终端用于与云端服务器通信连接，用于显示云端服务器发送的被检测对象的定位数据。
以养老院为例，在同一楼层的多个室内分别铺设由多个传感器检测单元串联或并联组成的铺设设备，多个室内的多个传感器检测单元也可以共用一个通信网关(在允许的通信距离范围内即可)；每个传感器检测单元在铺设时，分别预定了编号；比如：010506，其中前两位数字可表示房间编号，中间两位数字为行号，最后两位为具体的序号。比如，可采用固定地址模式：在每块传感器检测单元的控制模块中烧录地址编码，安装时，需按照每块传感器检测单元的地址编码顺序进行安装。还可以通过软件设置模式：安装时可随意安装，在第1次使用前，需通过控制软件系统联机设置每块传感器检测单元的地址编码。其它方式，只要保证具有唯一的地址编码即可。
当老人在室内活动时，可实时监测每个传感器检测单元的压力变化，基于这些压力变化值，来生成老人的运动轨迹，并可判断老人的体重；比如相邻的多个传感器检测单元均返回定位数据，分析后其中的压力参数均小于老人体重压力参数，可推测老人处于摔倒状态，可及时发出警报信息，联合现场的警报设备发出声光提醒，还可以通过手机移动终端发送提醒给监护人员；从而实现监护人员及时发现情况，做到实时动态监护老人的生活起居。
本发明实施例提供的智慧建筑高精室内定位系统，可以实现随时对进入监测区域的目标进行监测，被检测对象无需携带任何设备；而且该铺设设备也无需充电和无需铺线；也可以进行多目标识别以及踪迹识别，比如云服务器可能够使用现有技术的AI算法对监测对象进行跟深层次的分析各种有用数据，例如：重量、运动速度、运动特点以及是否摔倒跳跃滑行和上身的姿态分析等等。另一方面，相比传统的视频监控，还具有隐私保护，完全勿打扰，透明化的优点。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种智慧建筑高精室内定位方法，参照图3所示，使用如权利要求上述实施例智慧建筑高精室内定位系统，实现对被检测对象的室内定位。
由于该方法所解决问题的原理与前述智慧建筑高精室内定位系统相似，因此该方法的实施可以参见前述智慧建筑高精室内定位系统实施，重复之处不再赘述。
参照图3所示，检测对象进入检测区域，踩踏传感器检测单元，压力发电模块发电并且存储到储电模块，同时，激活控制模块，采集压力感应模块的压力信号，把压力信号经信号发送模块并发送到无线网关，无线网关把压力带有节点编号的数据传递到云端服务器，云端服务器根据传递压力感应的时间、节点编号(铺设按照一定顺序，并根据每个模块的实际大小来计算监控对象的位置)、和重力以及变化速度，可以计算检测对象的位置、重力和运动速度等，从而生成定位服务。
参照图4所示，比如每一个感应块尺寸边长为a，图中，从A感应块,时间t1到B感应块时间t2，间隔p格，距离L:a*p(误差在0-a/2),速度V＝Σna*p/(t2-t1)/n.n为计算周期，随着计算周期n的累积，速度计算精度将不断提升，无限接近真实速度。另外，可根据图4的中间部分，类似热力图，可示意出重力参数；右边部分可表示检测对象的行为姿态。即：根据重力热力图，可通过现有技术的相关技术，预测检测对象的姿态。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种智慧建筑高精室内定位系统，其特征在于，包括：铺设设备、网关和云端服务器；
所述铺设设备由多个传感器检测单元串联或并联组成，用于平铺在建筑目标区域的室内检测压力信号，并将检测到的压力信号，通过所述网关传输到云端服务器；所述压力信号包括：压力参数、压力感应时间和所在传感器检测单元的节点编号；
所述云端服务器根据接收的压力信号，计算出被检测对象的位置、重力和运动速度，生成定位服务。
2.根据权利要求1所述的一种智慧建筑高精室内定位系统，其特征在于，所述传感器检测单元包括：基板和置于基板下方的压力发电模块、储电模块、压力感应模块、信号发送模块及控制模块；
所述控制模块分别与压力发电模块、储电模块、压力感应模块、信号发送模块连接；
所述压力发电模块与储电模块连接；
所述控制模块将所述压力感应模块的检测压力信号，经所述信号发送模块传输给所述网关。
3.根据权利要求2所述的一种智慧建筑高精室内定位系统，其特征在于，所述压力感应模块为具有亚敏电阻的电路，根据所受压力大小实现压力电流的变化，从而发出压力感应信号，传输给所述控制模块。
4.根据权利要求2所述的一种智慧建筑高精室内定位系统，其特征在于，所述压力发电模块采用薄膜分子压电材料，转换为电能，并储存到所述储电模块。
5.根据权利要求2所述的一种智慧建筑高精室内定位系统，其特征在于，所述信号发送模块为NBLet通信模块。
6.根据权利要求1所述的一种智慧建筑高精室内定位系统，其特征在于，还包括：移动终端；所述移动终端用于与所述云端服务器通信连接，用于显示云端服务器发送的被检测对象的定位数据。
7.一种智慧建筑高精室内定位方法，其特征在于，使用如权利要求1-6任一项所述的智慧建筑高精室内定位系统，实现对被检测对象的室内定位。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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