CN204925402U - 基于北斗和超宽带技术的室内外定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于北斗和超宽带技术的室内外定位系统，包括上位机管理平台、多个室内超宽带定位基站、定位终端、WiFi链路、自组网链路，上位机管理平台通过WiFi链路和自组网链路与室内定位基站和定位终端通讯连接，通过室内超宽带定位基站的超宽带定位以及北斗卫星定位系统的定位对定位终端所处室内外环境进行判断，并通过定位终端控制模块控制定位终端工作模式，使得定位终端在室外时通过北斗卫星系统精确确定其位置，在室内则由室内定位基站精确确定其位置，从而实现了对定位终端的室内外精准定位和无缝切换，可以为隧道、井下、海岛等环境中的人员提供室内外准确定位。

Description

基于北斗和超宽带技术的室内外定位系统

技术领域

本实用新型涉及遇险人员搜救技术领域，尤其涉及一种基于北斗和超宽带技术的室内外定位系统。

背景技术

随着社会经济的发展，基础建设施工较多，有一些施工环境(例如隧道或井下)非常危险、恶劣，通讯不畅而易失联，同时施工现场易出现火灾、塌方、跌落等安全事故，施工现场的人员疏散难。此外，随着人们生活水平的提高，人们越来越喜欢亲近大自然，户外运动及探险等活动蓬勃发展，然而大多数人还缺少必要的户外知识，地震、火灾、泥石流、山洪等自然灾难以及方向迷失等不可预知的不利因素随时威胁着户外运动爱好者的安全。因此让管理人员实时监测相关人员的分布状况，即对相关人员进行定位监控，保障室内外的通讯链路显得尤为重要。

现有定位终端大多面向室外开阔场景，通过GPS、北斗等终端芯片接收定位信息，并通过GPRS网络等通讯链路回传监测终端，这种定位方式只能对室外进行定位，无法覆盖室内以及隐蔽的室外空间，因此对处于在高楼林立的城市区域、大型场馆的室内以及隧道、井下、塌方等室内危险场景的相关人员无法定位；而面向室内定位的定位终端多为标签式，采用射频、WIFI等技术，定位距离有限，受环境干扰很大，不适合室外场景的定位。

因此，需要一种室内外融合定位技术，能够实现室内外精准定位和无缝切换。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于北斗和超宽带技术的室内外定位系统，能够实现室内外精准定位和无缝切换。

为解决上述问题，本实用新型提出一种基于北斗和超宽带技术的室内外定位系统，包括上位机管理平台、多个室内超宽带定位基站、定位终端、WiFi链路、自组网链路，其中，

所述定位终端佩戴于需定位人员身上，包括与北斗卫星定位系统通信连接的北斗通讯模块、与每个室内超宽带定位基站通信连接的超宽带脉冲发射模块和自组网链路节点接口；

每个室内超宽带定位基站均包括WiFi通讯模块、超宽带脉冲接收模块、超宽带定位处理模块以及自组网链路中继接口，超宽带脉冲接收模块与定位终端的超宽带脉冲发射模块通信连接，用于接收所述超宽带脉冲发射模块发射的超宽带脉冲；所述超宽带定位处理模块与超宽带脉冲接收模块连接，用于根据超宽带脉冲接收模块接收的超宽带脉冲信号对定位终端进行超宽带定位；WiFi通讯模块与WiFi链路连接，用于将超宽带定位数据传输至WiFi链路以及从WiFi链路上获取数据；自组网链路中继接口分别与自组网链路以及定位终端的自组网链路节点接口通信连接；

上位机管理平台包括定位信息处理模块、北斗信息处理模块、定位终端控制模块以及自组网链路网关，所述定位信息处理模块用于根据WiFi链路传输的超宽带定位数据以及北斗信息处理模块的数据对定位终端的位置信息进行处理；北斗信息处理模块连接自组网链路网关接口，用于对自组网链路网关接口从自组网链路上接收的定位终端的北斗定位数据进行处理；定位终端控制模块连接自组网链路网关接口，用于产生控制定位终端的指令信号并将该指令信号通过自组网链路网关接口传输至自组网链路；

自组网链路连接各个超宽带室内定位基站的自组网链路中继接口与上位机管理平台的自组网链路网关接口，用于将所述控制定位终端的指令信号传输至定位终端，实现上位机管理平台对定位终端的管理，以及将定位终端产生的报警信号经超宽带室内定位基站的自组网链路中继接口回传至上位机管理平台。

进一步的，所述上位机管理平台还包括数据共享模块，所述数据共享模块包括用于存储定位终端各种数据的数据库，以及连接数据库与WiFi链路的、用于将数据库中的数据通过WiFi链路共享至Internet网云端服务器的Internet通讯单元。

进一步的，所述上位机管理平台还包括人机交互界面，所述人机交互界面用于显示定位终端的各种状态以及接收管理员控制定位终端的指令信息。

进一步的，所述人机交互界面包括用于显示定位终端电量的电量显示单元；用于显示定位终端运行状态的状态显示单元；用于控制定位终端的北斗通讯模块启动和停止运行的北斗控制键以及用于与佩戴定位终端的需定位人员进行交流的交互单元。

进一步的，所述交互单元包括多种不同的响铃按键。

进一步的，所述人机交互界面包括连接定位信息处理模块的、用于显示定位信息处理模块中获得的定位终端的实际地理位置坐标的坐标显示单元。

进一步的，所述数据库中存储有需定位人员所处位置及其周边环境的地图，所述地图为二维地图或三维地图，所述人机交互界面包括连接定位信息处理模块的、用于将定位信息处理模块中获得的定位终端的实际地理位置坐标显示在所述地图上的坐标显示单元。

进一步的，所述定位终端还包括用于显示定位终端状态信息的显示面板。

进一步的，所述显示面板包括用于显示充电状态的充电显示单元、用于实现佩戴定位终端的需定位人员发送报警信号的报警按键、用于显示定位终端北斗通讯模块运行状态的北斗状态显示单元、用于显示报警状态的报警显示单元以及用于显示定位终端系统状态是否正常的系统状态显示单元。

进一步的，所述自组网链路为WaveMesh无线移动自组网链路。

与现有技术相比，本实用新型提供的基于北斗和超宽带技术的室内外定位系统，包括上位机管理平台、多个室内超宽带定位基站、定位终端、WiFi链路、自组网链路，上位机管理平台通过WiFi链路和自组网链路与室内定位基站和定位终端通讯连接，通过室内超宽带定位基站的超宽带定位以及北斗卫星定位系统的定位对定位终端所处室内外环境进行判断，并通过定位终端控制模块控制定位终端工作模式，使得定位终端在室外时通过北斗卫星系统精确确定其位置，在室内则由室内定位基站精确确定其位置，从而实现了对定位终端的室内外精准定位和无缝切换，可以为隧道、井下、海岛等环境中的人员提供室内外准确定位。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例的基于北斗和超宽带技术的室内外定位系统的结构框图；

图2是本实用新型具体实施例的定位终端的显示面板结构示意图；

图3是本实用新型具体实施例的人机交互界面的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明，然而，本实用新型可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。

请参考图1至图3，本实用新型提出一种基于北斗和超宽带技术的室内外定位系统，包括上位机管理平台10、多个室内超宽带定位基站40、定位终端50、WiFi链路20、自组网链路30。

所述定位终端50佩戴于需定位人员身上，包括显示面板500、北斗通讯模块501、终端管理模块502、超宽带脉冲发射模块503以及自组网链路节点接口504，其中，北斗通讯模块501与北斗卫星定位系统70通信连接，用于当定位终端在室外时实时获取定位终端的实际地理位置坐标；终端管理模块502用于在定位终端50处直接对定位终端50进行控制和管理，例如电源管理、显示面板500的显示管理、对北斗通讯模块501的开启或停止管理、使得北斗通讯模块501和超宽带脉冲发射模块503自动切换的管理等等；超宽带脉冲发射模块503与每个室内超宽带定位基站40通信连接，用于当定位终端处于室内时，主动向各个室内超宽带定位基站40发送窄脉冲，室内超宽带定位基站40根据窄脉冲到达时间差计算定位终端50与自己的距离，并将距离信息通过WIFI链路20上传至上位机管理平台10，上位机管理平台10通过各个室内超宽带定位基站40对同一个的定位终端50的测距信息，计算得出该定位终端50的实际地理坐标位置；自组网链路节点接口504连接各个室内超宽带定位基站40的自组网链路中继接口，从而使得各个室内超宽带定位基站40作为定位终端50和上位机管理平台10之间的路由器，方便上位机管理平台10与定位终端50之间的数据和指令传输，其传输的数据包括北斗通讯模块501获取的坐标数据、定位终端50自身系统的运行状态数据、佩戴定位终端50的需定位人员发回的数据等等，其传输的指令包括佩戴定位终端50的需定位人员发回的遇险求救指令、上位机管理平台10向佩戴定位终端50的需定位人员发出的开启北斗通讯模块的指令以及停止运行北斗通讯模块的指令等等。显示面板500包括用于显示充电状态的充电显示单元5001、用于实现佩戴定位终端50的需定位人员发送报警信号的报警按键5002、用于显示定位终端50的北斗通讯模块501运行状态的北斗状态显示单元5003、用于显示报警状态的报警显示单元5004以及用于显示定位终端50的系统状态是否正常的系统状态显示单元5005。充电显示单元5001包括两个LED指示灯：充电状态指示灯(例如为绿色LED灯)以及充电电源指示灯(例如为红色LED指示灯)，当定位终端50连接充电器充电时，充电状态指示灯、充电电源指示灯均会常亮，当充电完成时充电状态指示灯熄灭，当拔出充电器后，充电电源指示灯熄灭。北斗状态显示单元5003为北斗电源指示灯，该灯亮起时，表示北斗通讯模块501开启，定位终端正在搜寻北斗卫星定位系统70；该灯熄灭时，表示北斗通讯模块501停止工作。报警按键5002实现定位终端50的主动报警功能，用于在佩戴定位终端50的需定位人员遇险时按下，向上位机管理平台10发出遇险求救信号，上位机管理平台10处会给管理者相应的报警提示，例如声光报警，报警按键5002可设置为：长按该键5秒会启动报警，定位终端50进行鸣叫；当上位机管理平台10发回下一步指示时，按一下该键即可停止鸣叫而消音。报警显示单元5004也为LED指示灯，当人员遇险时，报警按键5002按下一定时长，例如长按5秒后，报警显示单元5004的灯会亮起，同时北斗状态显示单元5003的灯也会亮起，此时，北斗通讯模块501会持续工作，直到救援人员到来或者定位终端50的电源电量耗尽，报警显示单元5004和北斗通讯模块501的灯此时还可以起到光报警的作用，指引近距离的救援人员迅速找到遇险的佩戴者。系统状态显示单元5005同样为LED指示灯，用于系统运行指示，例如该灯每5秒闪烁一次，表示定位终端50正常运行；若该灯不闪烁，表示定位终端50运行异常(比如死机或者电池没电)。

每个室内超宽带定位基站40均包括WiFi通讯模块401、超宽带脉冲接收模块402、超宽带定位处理模块403以及自组网链路中继接口404。超宽带脉冲接收模块402与定位终端50的超宽带脉冲发射模块503通信连接，用于接收所述超宽带脉冲发射模块503发射的窄脉冲(即超宽带脉冲)。所述超宽带定位处理模块403与超宽带脉冲接收模块402连接，用于根据窄脉冲到达时间差计算定位终端50与自己的距离，以对定位终端进行超宽带定位。WiFi通讯模块401与WiFi链路20连接，用于将超宽带定位处理模块403计算得出的距离信息(即超宽带定位数据)经WiFi链路传输至上位机管理平台10，以及从WiFi链,20上获取上位机管理平台10传来的数据，从而实现上位机管理平台10与室内超宽带定位基站40的双向通讯和数据传输，以及实现上位机管理平台10对室内超宽带定位基站40的控制管理。自组网链路中继接口404分别与自组网链路30以及定位终端50的自组网链路节点接口504通信连接，用于使得该室内超宽带定位基站40作为定位终端50和上位机管理平台10之间的路由器，方便上位机管理平台10与定位终端50之间的数据和指令传输。

上位机管理平台10包括人机交互界面101、定位信息处理模块102、数据共享模块103、北斗信息处理模块104、定位终端控制模块105以及自组网链路网关106。所述定位信息处理模块102用于根据WiFi链路20传输的超宽带定位数据以及北斗信息处理模块104的数据对定位终端50的位置信息进行处理，例如判断定位终端50是否处于室内环境，以及判断在室内后，利用各个室内超宽带定位基站40对同一个定位终端50的测距信息(即室内超宽带定位基站40计算出的定位终端50与自己的距离)，进行进一步计算，得到该定位终端50的实际地理坐标位置，并在人机交互界面101显示。北斗信息处理模块104连接自组网链路网关接口106，用于对自组网链路30传来的定位终端50的北斗定位数据进行处理，例如判断北斗定位精度是否合理，为判断定位终端50处于室外环境或室内环境提供参考；或者与北斗卫星定位系统70通讯，获取上位机管理平台10的地理坐标，并根据上位机管理平台10的地理坐标和定位终端50的地理坐标获得定位终端50相对上位机管理平台10的位置信息。定位终端控制模块105连接自组网链路网关接口106，用于产生控制定位终端50的指令信号并将该指令信号通过自组网链路网关接口106传输至自组网链路，例如实现上位机管理平台10远程遥控定位终端50启动或停止其北斗通讯模块501(即远程启动或停止定位终端50北斗定位)的功能。自组网链路30连接各个超宽带室内定位基站40的自组网链路中继接口404与上位机管理平台10的自组网链路网关接口106，用于定位终端50的远程管理和报警回传，即用于将上位机管理平台10控制定位终端50的指令信号传输至定位终端50，实现上位机管理平台10对定位终端50的远程遥控，以及将定位终端50产生的报警信号经超宽带室内定位基站40的自组网链路中继接口504回传至上位机管理平台10。数据共享模块103包括用于存储定位终端50各种数据的数据库，以及连接数据库与WiFi链路的、用于将数据库中的数据通过WiFi链路共享至Internet网云端服务器60(即图1中的internet服务器)的Internet通讯单元，数据库存储了定位终端50的名称、编号、运行状态、北斗定位情况以及所处周边环境的二维或三维地图，定位信息处理模块102可以根据数据库中的地图，将定位终端的地理坐标显示在地图中，Internet通讯单元可以通过Internet网将数据库中的数据在云端进行备份。

请参考图3，上位机管理平台的人机交互界面101用于显示各个定位终端的各种状态以及接收管理员控制各个定位终端的指令信息，包括：用于显示定位终端电量的电量显示单元1012；用于显示定位终端运行状态的状态显示单元1011；用于控制定位终端的北斗通讯模块启动和停止运行的北斗控制键1013；用于与佩戴定位终端的需定位人员进行交流的交互单元1014以及连接定位信息处理模块的、用于显示定位信息处理模块中获得的定位终端的实际地理位置坐标的坐标显示单元(未图示)。坐标显示单元以图形化方式显示定位终端的位置，并在显示画面背景上用线条勾画出定位终端所处的实际场景，由此可以使得上位机管理平台的管理员在必要情况下，如发现某个或几个定位终端进入危险区域时，通过人机交互界面主动向相应的定位终端发送预警、撤离命令，命令通过自组网链路下行发送到对应的定位终端上，定位终端接收到该指令后，其内部相应的报警器会发出鸣叫。状态显示单元1011能够表明携带定位终端的人员正常和异常的情况，例如设置为包括：遇险显示窗口，以显示当前携带定位终端的人员是否遇险；以及在线显示窗口，以根据定时通讯规则判断并显示定位终端与上位机管理平台是否通信畅通。电量显示单元1012显示定位终端当前电池电量百分比。北斗控制键1013包括北斗启动键，用于手动启动定位终端的北斗通讯模块，以立即获取该定位终端的当前北斗坐标；以及北斗停止键，用于手动停止定位终端的北斗通讯模块。交互单元1014用于实现向定位终端的远程预警功能，包括多种不同的响铃按键，每种响铃按键表示不同的指示指令，例如可以自行设定声音含义用于预警、撤离指示等。

本实施例的自组网链路为433MWaveMesh无线移动自组网链路，Wifi链路为5.8GWifi链路。此外，定位终端50的终端管理模块502或上位机管理平台10的定位终端控制模块105会自动控制定位终端50在室外时使用北斗卫星定位系统定位，进入室内(例如隧道、矿井)时会自动切换到使用超宽带定位方式定位。

综上所述，本实用新型提供的基于北斗和超宽带技术的室内外定位系统，包括上位机管理平台、多个室内超宽带定位基站、定位终端、WiFi链路、自组网链路，上位机管理平台通过WiFi链路和自组网链路与室内定位基站和定位终端通讯连接，通过室内超宽带定位基站的超宽带定位以及北斗卫星定位系统的定位对定位终端所处室内外环境进行判断，并通过定位终端控制模块控制定位终端工作模式，使得定位终端在室外时通过北斗卫星系统精确确定其位置，在室内则由室内定位基站精确确定其位置，从而实现了对定位终端的室内外精准定位和无缝切换，可以为隧道、井下、海岛等环境中的人员提供室内外准确定位。本实用新型的室内外定位系统，把北斗卫星定位技术与超宽带定位技术、以及便携式定位终端进行整合，具备远程预警和终端主动报警功能，可用于对定位终端佩戴人员进行日常定位管理、险情预警以及当佩戴人员发出求救报警时，对佩戴人员的位置进行探测并在显示，可以帮助经常在偏远户外活动或危险场景活动的人员，并对危险做到提前预警，提高更加有保障的紧急情况呼救通讯模式，适用于地震、火灾、塌方、隧道、矿井等场景的搜救工作。

显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于北斗和超宽带技术的室内外定位系统，包括上位机管理平台、多个室内超宽带定位基站、定位终端、WiFi链路、自组网链路，其特征在于：

所述定位终端佩戴于需定位人员身上，包括与北斗卫星定位系统通信连接的北斗通讯模块、与每个室内超宽带定位基站通信连接的超宽带脉冲发射模块和自组网链路节点接口；

每个室内超宽带定位基站均包括WiFi通讯模块、超宽带脉冲接收模块、超宽带定位处理模块以及自组网链路中继接口，超宽带脉冲接收模块与定位终端的超宽带脉冲发射模块通信连接，所述超宽带定位处理模块与超宽带脉冲接收模块连接，WiFi通讯模块与WiFi链路连接，自组网链路中继接口分别与自组网链路以及定位终端的自组网链路节点接口通信连接；

上位机管理平台包括定位信息处理模块、北斗信息处理模块、定位终端控制模块以及自组网链路网关，所述定位信息处理模块与WiFi链路以及北斗信息处理模块分别连接，北斗信息处理模块还连接自组网链路网关接口，定位终端控制模块连接自组网链路网关接口；

自组网链路连接各个超宽带室内定位基站的自组网链路中继接口与上位机管理平台的自组网链路网关接口。

2.如权利要求1所述的室内外定位系统，其特征在于，所述上位机管理平台还包括数据共享模块，所述数据共享模块包括用于存储定位终端各种数据的数据库，以及分别连接数据库、WiFi链路以及Internet网云端服务器的Internet通讯单元。

3.如权利要求1所述的室内外定位系统，其特征在于，所述上位机管理平台还包括人机交互界面。

4.如权利要求3所述的室内外定位系统，其特征在于，所述人机交互界面包括用于显示定位终端电量的电量显示单元、用于显示定位终端运行状态的状态显示单元、用于控制定位终端的北斗通讯模块启动和停止运行的北斗控制键以及用于与佩戴定位终端的需定位人员进行交流的交互单元。

5.如权利要求4所述的室内外定位系统，其特征在于，所述交互单元包括多种不同的响铃按键。

6.如权利要求3所述的室内外定位系统，其特征在于，所述人机交互界面包括连接定位信息处理模块的、用于显示定位信息处理模块中获得的定位终端的实际地理位置坐标的坐标显示单元。

7.如权利要求1所述的室内外定位系统，其特征在于，所述数据库中存储有需定位人员所处位置及其周边环境的地图，所述地图为二维地图或三维地图，所述人机交互界面包括连接定位信息处理模块的、用于将定位信息处理模块中获得的定位终端的实际地理位置坐标显示在所述地图上的坐标显示单元。

8.如权利要求1所述的室内外定位系统，其特征在于，所述定位终端还包括用于显示定位终端状态信息的显示面板。

9.如权利要求8所述的室内外定位系统，其特征在于，所述显示面板包括用于显示充电状态的充电显示单元、用于实现佩戴定位终端的需定位人员发送报警信号的报警按键、用于显示定位终端北斗通讯模块运行状态的北斗状态显示单元、用于显示报警状态的报警显示单元以及用于显示定位终端系统状态是否正常的系统状态显示单元。

10.如权利要求1所述的室内外定位系统，其特征在于，所述自组网链路为WaveMesh无线移动自组网链路。