ES2864746T3

ES2864746T3 - Sistema de determinación de posición

Info

Publication number: ES2864746T3
Application number: ES11776498T
Authority: ES
Inventors: Wilfred Edwin Booij; Øystein Haug Olsen
Original assignee: Sonitor Technologies AS
Current assignee: Sonitor Technologies AS
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: US9310207B2; US20160192864A1; JP5976000B2; CN103403570A; US10368783B2; WO2012052766A3; US20130307696A1; EP2630513A2; JP2013543968A; WO2012052766A2; GB201017711D0; PL2630513T3; DK2630513T3; EP2630513B1

Abstract

Un sistema de determinación de posición que comprende una o más unidades base fijas (110) y una o más unidades móviles (140), en el que el sistema se dispone para determinar la posición horizontal de una unidad móvil (140) en base a la proximidad de dicha unidad móvil (140) a, al menos, una de dichas unidades base (110) y en el que el sistema se dispone para determinar la altura de dicha unidad móvil (140) en base a la presión de aire detectada en la unidad móvil (140) y la presión de aire detectada en una o más de las unidades base (110); caracterizado porque el sistema se dispone para determinar la posición horizontal de dicha unidad móvil (140) mediante el uso de comunicación por ultrasonidos con al menos una de dichas unidades base (110) para determinar la proximidad de dicha unidad móvil (140) a al menos una de dichas unidades base (110) y en el que el sistema comprende además una zona de calibración de altura, comprendiendo dicha zona de calibración de altura una pluralidad de unidades base (110) dispuestas posicionalmente para poder determinar la altura de una unidad móvil (140) en base a la proximidad de dicha unidad móvil (140) a cada una de dicha pluralidad de unidades base (110) en dicha zona de calibración de altura y sin el uso de sensores de presión, disponiéndose el sistema para realizar una calibración de dicha unidad móvil (140) en base a dicha altura determinada por dicha pluralidad de unidades base (110) en la zona de calibración de altura.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de determinación de posición

La invención se refiere a un sistema de determinación de posición para determinar la posición de una o más unidades móviles con respecto a una o más unidades base de posición fija.

Los sistemas de ubicación en tiempo real para interiores (RTLS) pueden funcionar con diferentes niveles de precisión en función de la infraestructura del sistema. En general, un sistema de ubicación en tiempo real puede proporcionar una posición tridimensional (por ejemplo, coordenadas x, y, z) mediante el uso de, por ejemplo, triangulación en amplitudes de señal de ultrasonido o radiofrecuencia (RF) (por ejemplo, desde una infraestructura Wi-Fi). Sin embargo, cuando se despliega en un solo piso, normalmente no es posible determinar una coordenada vertical (z) precisa. Puede obtenerse una coordenada vertical precisa al instalar una infraestructura adicional significativa. Por ejemplo, con infraestructura adicional, las coordenadas tridimensionales pueden determinarse con precisión centimétrica. Sin embargo, esta infraestructura adicional puede resultar muy costosa.

En algunos escenarios, es muy valioso fijar la posición a lo largo del eje vertical. Por ejemplo, en un entorno hospitalario o de atención domiciliaria, es fundamental establecer rápidamente si un paciente colapsó o cayó al piso. Es suficiente saber en qué habitación se encuentra el paciente cuando se encuentra en el piso, es decir, no es necesario determinar el plano horizontal (x, y) con gran precisión, mientras que el eje vertical (z) debe diferenciar entre el paciente acostado en el piso y sentado en una silla. Esto es contrario a la precisión de un sistema de ubicación en tiempo real en interiores normal que proporciona una alta precisión en el plano horizontal y una baja precisión en el eje vertical.

Los acelerómetros pueden parecer atractivos a primera vista, pero un sistema tan inercial también requiere una estimación de la actitud (mediante el uso de giroscopios) y se vuelve rápidamente complejo. Un sistema inercial también necesitaría encontrarse encendido todo el tiempo para integrar la aceleración para lograr la velocidad y la posición y, por lo tanto, consumiría demasiada energía para una etiqueta alimentada por batería.

El documento US 2010/0052896 describe un sistema de detección de caídas en el que se utilizan sensores de presión en etiquetas móviles (por ejemplo, basadas en la muñeca) para detectar una caída por parte del usuario y en el que se utilizan señales de radiofrecuencia para rastrear la ubicación del usuario hasta la precisión del nivel de la habitación. El documento FR 2888940 describe otro sistema de ubicación que utiliza detección de proximidad por radiofrecuencia con detección de presión que se utiliza para la determinación de la altura.

El documento US 2009/0012818 describe un sistema para monitorear y verificar la dispensación de medicamentos a pacientes mediante el uso de sistemas de ubicación basados en radiofrecuencia o ultrasonidos para monitorear las ubicaciones de los pacientes, el personal y los medicamentos.

De acuerdo con un primer aspecto, la invención proporciona un sistema de determinación de posición como se reivindicó en la reivindicación 1.

Por tanto, las unidades base y las unidades móviles comprenden medios para determinar la presión del aire, por ejemplo, sensores de presión del aire. Mediante el uso de sensores de presión de aire para determinar la altura (es decir, la posición del eje vertical o la ordenada z) de la unidad móvil, el sistema puede evitar la complejidad y el gasto adicionales de la infraestructura adicional descrita anteriormente. Aunque es necesario introducir sensores de presión de aire en el sistema, estos pueden introducirse en las unidades existentes, es decir, las unidades móviles y las unidades base. No se requiere la instalación de más unidades base para aumentar la precisión vertical del sistema.

De hecho, aunque muchos sistemas pueden querer retener una determinación de posición precisa en el plano horizontal (x, y) (por ejemplo, con precisión centimétrica como se describió anteriormente), el sistema permite que el hardware del sistema se reduzca aún más donde esto no sea necesario. Por ejemplo, como se mencionó anteriormente, en algunas circunstancias la precisión del nivel de la habitación es suficiente. Esto puede lograrse con una sola unidad base en cada habitación. La unidad base puede simplemente determinar la presencia o ausencia de una unidad móvil. Alternativamente, incluso si más de una unidad base puede detectar la unidad móvil, la posición puede determinarse fácilmente al nivel de la habitación en base a la intensidad de la señal. En otras configuraciones, puede ser posible usar solo una unidad base por piso.

Al medir la presión del aire en la unidad base que está en una posición fija (estática) a una altura conocida, y al medir la presión del aire en la unidad móvil que es móvil y a una altura variable, puede determinarse la diferencia de presión y, por lo tanto, puede calcularse una diferencia de altura. Por tanto, puede determinarse la altura de la unidad móvil con respecto a la altura conocida de la unidad base.

Recientemente, se encuentran disponibles sensores de presión de aire de baja potencia y económicos que pueden proporcionar una precisión de altura de hasta 10 cm (es decir, pueden detectar el cambio de presión causado por 10 cm de movimiento vertical). En el caso de una etiqueta móvil que se lleva en el brazo de un paciente, esta precisión es suficiente para distinguir entre las situaciones en las que el paciente se encuentra sentado en una silla y acostado en el piso.

Las lecturas del sensor de presión de aire pueden variar lentamente con el tiempo. Esto puede dar lugar a determinaciones de altura inexactas y, en consecuencia, a un análisis de situación incorrecto (ya sean falsos positivos o falsos negativos). Las lecturas del sensor pueden variar debido a cambios en la presión del aire y también debido a cambios en la temperatura o estrés mecánico dentro del sensor. Por ejemplo, los sensores de presión se fabrican típicamente mediante el uso de tecnología de microsistemas de silicio y pueden surgir tensiones de las diferencias en los coeficientes de expansión entre los materiales de los que se hace el sensor de presión, por ejemplo, entre el embalaje y el propio sensor. Esta variación es inherente al sensor. Por lo tanto, preferentemente, el sistema de determinación de posición comprende una pluralidad de unidades base y el sistema se dispone para determinar una presión de referencia en base a un promedio de las presiones detectadas en cada una de la pluralidad de unidades base. Al combinarse las lecturas de múltiples unidades base, puede promediarse la variación inherente del sensor para proporcionar la presión de referencia general. En función de la infraestructura empleada en el sistema, las lecturas de todas las unidades base pueden combinarse o las unidades base pueden formarse en grupos (por ejemplo, un grupo por piso) y las lecturas de cada grupo combinadas para proporcionar una pluralidad de presiones de referencia.

Las lecturas del sensor de presión de aire en las unidades móviles también pueden variar con el tiempo. No es práctico proporcionar varios sensores de presión en cada unidad móvil, por lo que no puede emplearse el esquema de promediado anterior. Las unidades móviles podrían simplemente calibrarse manualmente a intervalos regulares para garantizar que las lecturas sean precisas. Sin embargo, preferentemente el sistema de determinación de posición comprende al menos una unidad base de referencia de altura y el sistema se dispone de tal manera que cuando se determina que una unidad móvil está dentro de una cierta proximidad de dicha unidad base de referencia de altura, el sistema determina que la unidad móvil está en una altura de referencia predeterminada de la unidad móvil. En respuesta a dicha determinación de proximidad, el sistema puede indicar a la unidad móvil que realice una calibración en base a la altura de referencia de la unidad móvil.

Para explicarlo con más detalle, en determinadas situaciones puede suponerse que una unidad móvil se encuentra dentro de una determinada banda de altura estrecha. Por ejemplo, cuando un paciente pasa por una puerta o por un pasillo, puede suponerse que el paciente se encuentra caminando. Por lo tanto, una unidad móvil que se lleva en el brazo de una persona se encuentra a una altura bastante uniforme sobre el piso. En esos momentos, se conoce la altura de la unidad móvil y la presión de aire actual a esa altura se conoce a partir de las unidades base, por lo que el sensor de presión en la unidad móvil puede calibrarse para que sea coherente con las unidades base. Esto puede hacerse al enviar información de corrección a la unidad móvil o puede hacerse al almacenar información de corrección en otro lugar dentro del sistema para aplicarla a todos los datos de presión recopilados de esa unidad móvil.

Preferentemente, puede instruirse a la unidad móvil para que aumente la velocidad de comunicación cuando esté muy cerca de la unidad base de referencia de altura. Esto permite que el sistema detecte el punto en el que la unidad móvil y la unidad base están más cerca, lo que permitirá realizar una calibración más precisa. Cuando las unidades están más cerca entre sí, las relaciones presión-altura en las dos ubicaciones serán más similares.

La altura predeterminada puede ser diferente para cada etiqueta. Por ejemplo, las personas pueden tener diferentes alturas. Por lo tanto, las unidades móviles (etiquetas) que lleven esas personas se colocarán a diferentes alturas sobre el piso. En consecuencia, cuando esas personas pasen por la zona de calibración, la calibración deberá tener en cuenta esas diferentes alturas. Preferentemente, cada unidad móvil para su uso con el sistema tiene un identificador único y el sistema puede determinar qué unidad móvil pasa la unidad base de referencia de altura. Luego, el sistema puede buscar el identificador en una base de datos para encontrar la altura esperada de esa unidad móvil para realizar la calibración correctamente. En realizaciones alternativas, la altura esperada de cada unidad móvil puede programarse en la unidad móvil respectiva. La calibración puede efectuarse entonces al transmitir los datos de altura esperados desde la unidad móvil a la unidad base o al transmitir datos de presión desde la unidad base a la unidad móvil. El procesamiento para realizar los cálculos de calibración puede realizarse en la unidad móvil, en la unidad base o en un procesador separado conectado al sistema.

De acuerdo con la invención, el sistema comprende una zona de calibración de altura. El sistema de determinación de altura comprende una pluralidad de unidades base dispuestas posicionalmente para poder determinar la altura de una unidad móvil en base a la proximidad de dicha unidad móvil a cada una de dicha pluralidad de unidades base. De esta manera, puede obtenerse una posición precisa del eje vertical sin el uso de sensores de presión. En respuesta a dicha determinación de altura, el sistema instruye a la unidad móvil para que realice una calibración en base a una altura determinada de la unidad móvil. La calibración puede realizarse en un servidor o dentro de la unidad móvil, como se explica con más detalle más adelante. Aunque esta disposición requiere la infraestructura adicional para la determinación precisa del eje vertical, esa infraestructura solo se requiere en la ubicación de la zona de calibración, no en todo el sistema. Por tanto, se minimiza el coste adicional.

Preferentemente, el sistema se dispone para generar una alarma en base a que el sistema cumpla uno o más criterios. Con mayor preferencia, uno de los criterios implica información tomada de una unidad móvil. La alarma podría adoptar la forma de una alerta audible (por ejemplo, una sirena), una alerta visual (por ejemplo, una luz intermitente) o una alerta en un sistema informático (que puede notificar a uno o más usuarios del sistema). La alarma también podría adoptar la forma de llamar a una o más personas (por ejemplo, personal médico) o llamar por teléfono a una o más personas (por ejemplo, familiares o amigos) y reproducir un mensaje grabado. Preferentemente, la alarma se dispone para indicar una identificación de la unidad móvil y una posición actual de la unidad móvil. Esto permite a los que responden a la alarma proceder a la ubicación de la unidad móvil en particular de manera rápida y eficiente.

Preferentemente, un criterio de alarma es en base a la altura actual de la unidad móvil. Como se describió anteriormente, en un entorno médico o asistencial, este criterio puede utilizarse para detectar un paciente que colapsa o cae al piso. Otro criterio de alarma puede ser en base a una cantidad umbral, una diferencia de altura y/o velocidad de cambio de altura de dicha unidad móvil: por ejemplo, un cambio repentino de altura puede ser indicativo de un colapso del paciente.

En realizaciones preferentes, los criterios de alarma dependen de la posición actual de dicha unidad móvil. Por ejemplo, si el sistema se utiliza para detectar emergencias de pacientes mediante la detección de un colapso de un paciente, es importante distinguir ciertas zonas, como escaleras, donde debe permitirse que un paciente (y la unidad móvil correspondiente) descienda hasta el nivel del piso y por debajo del mismo sin tener que generar una alarma. De manera similar, un paciente puede hundirse rápidamente en una silla o en una cama cuando no hay una situación de emergencia.

En tales situaciones, pueden combinarse varios datos diferentes para hacer una determinación más precisa de una situación de alarma. Por ejemplo, los datos de altura pueden combinarse con los datos de cambio de altura para establecer, por ejemplo, si un paciente descendió rápidamente, pero no al nivel del piso, o si el paciente descendió al nivel del piso lenta y deliberadamente (por ejemplo, para recoger algo o mirar debajo de una cama). En situaciones que no están claras, pueden recopilarse más datos como se describe con más detalle a continuación.

La unidad base y la unidad móvil se disponen para comunicarse a través de ultrasonidos, es decir, se proporcionan de respectivos transmisores y/o receptores de ultrasonidos. Además, la unidad base y la unidad móvil pueden disponerse para comunicarse mediante comunicación por radio, es decir, se proporcionan de transmisores y/o receptores de radio respectivos. En cualquier caso, las comunicaciones pueden ser unidireccionales o bidireccionales. Pueden preferirse diferentes configuraciones de comunicación en diferentes situaciones. Por ejemplo, las ondas de radio pueden atravesar objetos sólidos con más facilidad que las ondas de ultrasonido. En situaciones en las que la determinación de posición debe llevarse a cabo al nivel de una habitación dentro de un edificio, puede preferirse el ultrasonido ya que es menos probable que los sensores en las habitaciones vecinas detecten una unidad móvil. La radiación electromagnética también puede interferir con equipos importantes dentro de un hospital o entorno de atención, lo que favorece nuevamente el ultrasonido. Alternativamente, en habitaciones de forma irregular o donde pueden ubicarse muchos objetos obstructores, puede preferirse la radiación electromagnética.

La determinación de la altura de la unidad móvil puede ser en base a los datos de presión combinados con la determinación de la altura en base a la proximidad a las unidades base. Por ejemplo, puede obtenerse una estimación aproximada de la altura en base a la ubicación relativa a las unidades base (por ejemplo, mediante triangulación o trilateración) sin utilizar los datos de presión. Los datos de presión (que probablemente sean más precisos) pueden combinarse con esta estimación de altura bruta para proporcionar una determinación de altura más precisa. Las técnicas de fusión de sensores pueden emplearse para combinar los diversos datos.

En realizaciones preferentes, puede disponerse una unidad móvil estacionaria para que actúe como una unidad base adicional. Cuando la unidad móvil se encuentra estacionaria (según lo determinado por un sensor de movimiento o por detectores de posición externos, por ejemplo), esencialmente puede proporcionar la misma función que una unidad base fija. Con esta disposición, todas las unidades móviles estacionarias pueden usarse para mejorar la estimación de la presión de referencia sin la complejidad y el gasto que implica agregar unidades base adicionales al sistema.

Preferentemente, las unidades móviles y/o las unidades base comprenden sensores de temperatura. Los sensores de temperatura pueden utilizarse en la calibración de los sensores de presión.

La unidad móvil puede comprender un transmisor de ultrasonidos y/o un receptor de ultrasonidos para la determinación de posición horizontal, un sensor de presión de aire y un transmisor dispuesto para transmitir datos desde dicho sensor de presión de aire a dicho sistema. El transmisor puede ser un transmisor de ultrasonidos.

En algunas realizaciones, la unidad móvil comprende un receptor y la unidad se adapta para transmitir datos de posición que incluyen al menos datos de dicho sensor de presión en respuesta a la recepción de una instrucción o señal de solicitud.

Preferentemente, la unidad móvil se adapta para recibir una instrucción de calibración y, en respuesta a dicha instrucción de calibración, la unidad móvil se adapta para calibrar el sensor de presión. La instrucción de calibración puede incluir al menos una presión de referencia y/o una altura de referencia.

El sensor de presión es preferentemente capaz de determinar la altura (altitud) a los 30 cm más cercanos, con mayor preferencia a los 20 cm más cercanos, con mayor preferencia aún a los 10 cm más cercanos.

La unidad móvil y las unidades base muestrean preferentemente la presión del aire a intervalos regulares. La unidad móvil puede comprender un sensor de movimiento y la unidad móvil puede adaptarse para reducir la frecuencia de muestreo de la presión del aire cuando el sensor de movimiento no detecta movimiento de la unidad móvil durante un tiempo predeterminado. La frecuencia puede reducirse a cero, pero preferentemente la presión del aire se muestrea regularmente para compensar la variación. Cuando la unidad móvil se encuentra estacionaria, puede suponerse que todos los cambios de presión se derivan de la variación del sensor o de los cambios de presión atmosférica.

En realizaciones preferentes, la unidad móvil descrita anteriormente se usa como parte del sistema de determinación de posición descrito anteriormente.

De acuerdo con un aspecto adicional, la invención proporciona un edificio que comprende un sistema de determinación de posición como se describió anteriormente, el edificio comprende una o más zonas de monitoreo para posicionar unidades móviles, en el que cada zona de monitoreo comprende al menos una unidad base. Preferentemente, al menos una zona de monitoreo comprende solo una unidad base. Una o más zonas de monitoreo pueden corresponder cada una a una habitación dentro del edificio. Un edificio así equipado con un sistema de determinación de posición puede utilizarse para ubicar unidades de monitoreo dentro de la precisión de la habitación.

Los edificios inteligentes se vuelven más comunes, con sensores que se instalan en cada vez más componentes del edificio y son capaces de enviar datos a una estación central de monitoreo. Dichos sensores pueden proporcionar indicaciones adicionales útiles de una situación particular y, por lo tanto, la incorporación de estos sensores en la lógica del sistema puede proporcionar un análisis de situación más confiable. Esto puede resultar en menos determinaciones falsas positivas y/o falsas negativas. Como ejemplo, un sistema que determina una situación de emergencia de un paciente en base a los datos de presión detectados, puede determinar que la situación es más probablemente un falso positivo si inmediatamente después, la puerta de la habitación detectada se cierra y la luz se apaga. Por lo tanto, preferentemente, el sistema de determinación de posición se adapta para recibir datos de uno o más sensores dentro del edificio, los sensores incluyen al menos uno de: un sensor de interruptor de luz, un sensor de movimiento, un sensor de puerta y un sensor de actividad telefónica. Preferentemente, el sistema de determinación de posición se adapta para generar una alarma en base a uno o más criterios que cumple una unidad móvil y en base a la salida de dichos sensores del edificio.

De acuerdo con otro aspecto, la invención proporciona un procedimiento para determinar la posición de una unidad móvil, como se reivindica en la reivindicación 17.

Debe entenderse que, cuando las características preferidas se describen anteriormente en relación con un aspecto (por ejemplo, el sistema, la unidad móvil, el edificio o el procedimiento), son igualmente aplicables a todos los demás aspectos. Los diferentes aspectos descritos anteriormente todos se interrelacionan y forman parte del mismo sistema general.

Aunque algunas de las características anteriores se describen en relación con un hospital u otro entorno de atención para detectar emergencias de pacientes, se entenderá que el sistema también puede aplicarse a un gran número de otras situaciones.

En un ejemplo, el sistema podría usarse como parte de un equipo o sistema de monitoreo de inventario para localizar piezas específicas de equipo o artículos de almacenamiento, y para detectar la colocación incorrecta de artículos. Por ejemplo, puede generarse una alarma si se detecta que los artículos frágiles se mueven por encima de una cierta altura que se considera riesgosa.

En un conjunto de realizaciones, el sistema se dispone para generar una alarma cuando una unidad móvil está en una zona predeterminada y su velocidad de cambio de una coordenada vertical es menor que un valor umbral. La zona puede ser un hueco de escalera, una rampa o un hueco de ascensor o alguna otra región similar de las instalaciones del sistema en la que puede esperarse que la altura de una unidad móvil cambie (aumente o disminuya) a una cierta velocidad. Por ejemplo, en un entorno de atención como se describe en otra parte de este documento, se espera que un paciente en un hueco de escalera suba o baje las escaleras. Si una unidad móvil unida al paciente indica que el paciente no cambia su coordenada vertical, puede indicar que el paciente tiene dificultades y debe generarse una alarma. Al igual que con los otros sistemas descritos en este documento, la determinación de posición horizontal no necesita ser particularmente precisa; podría ser precisa solo al nivel de la habitación (por ejemplo, suficiente para ubicar el hueco de escalera en el que se encuentra el paciente).

En algunas realizaciones, el sistema comprende además al menos una zona en la que el sistema se dispone para generar una alarma cuando la velocidad de cambio de una coordenada vertical de una unidad móvil es mayor que un valor predeterminado. Como se describe en otra parte, el sistema necesita distinguir entre los dos tipos de zona, ya que las condiciones para generar una alarma cambian cuando el paciente se mueve de un tipo de zona a otro. En una habitación normal, se espera que el paciente permanezca mayormente a una altura constante y debe generarse una alarma si esa altura cambia rápidamente.

Las realizaciones preferentes de la invención se describirán ahora, solo a manera de ejemplo, con referencia a los dibujos acompañantes en los que:

La figura 1 muestra un piso de un edificio con un sistema de ubicación de acuerdo con la invención; y

La figura 2 ilustra esquemáticamente una unidad móvil y una unidad base.

La figura 1 ilustra un piso 100 de un edificio que se equipa con un sistema de ubicación en tiempo real que incorpora la invención. El piso 100 se divide en varios espacios separados 101 a 108. 101 es un hueco de escalera con escaleras que suben y/o bajan a los pisos superiores y/o inferiores. 102 a 107 son varias habitaciones y 108 es un pasillo. En particular, la habitación 105 es una sala de monitoreo que contiene un ordenador central 130 que puede monitorearse por un operador 134. Sin embargo, debe apreciarse que el ordenador 130 puede ubicarse en otro lugar dentro del edificio o completamente fuera del sitio, conectado al sistema a través de una conexión directa, o sobre una red y/o Internet.

La figura 2 ilustra esquemáticamente una etiqueta móvil 140 y una estación base 110 en comunicación entre sí. La estación base 110 se fija a una estructura estática del edificio, como una pared, piso o techo. Tiene un receptor 220 y un transmisor 222. Estos pueden ser cualquier tipo de transmisor y receptor inalámbrico, pero lo más conveniente es que se utilicen comunicaciones electromagnéticas de ultrasonido o radiofrecuencia (RF). El ultrasonido es ventajoso en entornos de cuidados, ya que las ondas electromagnéticas pueden interferir con otros equipos del edificio. El ultrasonido tampoco penetra las paredes y, por lo tanto, la interferencia entre las estaciones base o el ruido de fondo se reduce en comparación con las transmisiones electromagnéticas. Pueden utilizarse combinaciones de comunicación electromagnética y de ultrasonidos.

La unidad base 110 incluye un sensor de presión de aire 224 y un sensor de temperatura 226. Estos se ilustran por separado, pero en la práctica los dos sensores podrían combinarse en un solo circuito de sensor. La unidad base 110 también incluye un procesador 228 y una memoria 230. El procesador 228 controla el transmisor 222 y el receptor 220 para transmitir y recibir datos y también lee datos de los sensores de presión y temperatura 224, 226. La memoria 230 puede usarse durante el procedimiento de procesamiento y también puede almacenar datos históricos y/o valores precargados tales como valores predeterminados o umbrales para su uso en cálculos y/o estructuras de bases de datos (que pueden encontrarse pobladas o despobladas con datos). Todos estos valores de datos pueden actualizarse durante el curso de la operación.

La unidad móvil o etiqueta 140 se monta en una correa 202 que puede usarse para sujetar la etiqueta 140 a una persona u objeto. En algunas realizaciones preferentes, la correa 202 es una banda para el brazo. La etiqueta 140 tiene un transmisor 204 y un receptor 206. Al igual que con la unidad base 110, estos pueden ser transductores de ultrasonidos o antenas de RF o combinaciones de ambos. La etiqueta 140 también tiene un sensor de presión de aire 208 y un sensor de temperatura 210 similar a la estación base 110. De nuevo, el transmisor 204, el receptor 206, el sensor de presión 208 y el sensor de temperatura 210 se operan todos por un procesador 214 que de nuevo tiene una memoria 216 disponible para su uso. Además, se proporciona un sensor de movimiento 212 (también conectado al procesador 214) para su uso como se describe a continuación.

Para los sensores de presión y los sensores de temperatura 208, 210, 224, 226, las unidades 110, 140 pueden usar el SCP1000 de VTI y/o el MS5607 de MEAS Suiza. Estos dispositivos son de baja potencia, relativamente económicos y pueden proporcionar una medición de altura con una precisión de 10 cm. Ambas unidades también incorporan un sensor de temperatura.

Primero se describirá la infraestructura general con referencia a la figura 1. La descripción siguiente se da en relación con un entorno de atención en el que las etiquetas 140 se unen a los pacientes y el sistema se dispone para detectar situaciones de emergencia cuando un paciente colapsa. Se muestran varias etiquetas 140a-d en diferentes ubicaciones dentro del piso.

Se proporcionan una o más estaciones base (unidades base) 110 por piso 100 de un edificio, cada una de las cuales contiene un sensor de presión de aire 224 (mostrado en la figura 2). Las estaciones base 110 se ubican estáticamente, es decir, están en posiciones fijas conocidas. Se conoce la altura sobre el piso de cada estación base 110. La estación base 110 muestrea la presión del aire a intervalos de tiempo regulares. El intervalo de muestreo puede depender de si la unidad 110 se alimenta por batería o se alimenta externamente.

Una etiqueta (unidad móvil) 140 se une a un paciente, por ejemplo, a través de una banda para el brazo 202. La etiqueta 140 también contiene un sensor de presión 208 (mostrado en la figura 2). La presión del aire en la etiqueta 140 se transmite, ya sea mediante ultrasonidos (US) o mediante radiación electromagnética (RF) de radiofrecuencia, y el sistema calcula la diferencia de presión de aire entre la etiqueta 140 y la estación base 110.

La altitud H viene dada por

( 1) donde:

T es la temperatura en Kelvin,

P es la presión,

P0 es una presión de referencia a una altura fija,

G = -dT/dH es el negativo del gradiente de temperatura,

R es la constante de gas específica y

g es la aceleración de la gravedad.

Puede suponerse que la temperatura en las proximidades de una unidad base de presión es constante o, alternativamente, el sistema puede compensarla en función de la altura en base al hecho de que el aire caliente sube al techo.

Si todas las unidades base de presión están a la misma altura, esa altura y la presión correspondiente pueden usarse como altura y presión de referencia. En general, si las unidades base están a diferentes alturas, cada unidad debe convertir su presión medida en una presión de referencia a una altura de referencia común (por ejemplo, en el piso).

El gradiente de temperatura también puede medirse mediante el uso de sensores de temperatura a diferentes alturas, por ejemplo, en el piso y en el techo (o en la altura más alta relevante para la instalación).

Para calcular las diferencias de altura dentro de las habitaciones, la fórmula anterior puede aproximarse como:

donde P es la presión de referencia y AP es la diferencia de presión entre la unidad móvil y la unidad base.

La ecuación (2) es una variante de baja potencia de la ecuación (1) que puede ser más sencilla de implementar en unidades móviles.

Por tanto, las mediciones de la presión del aire en la etiqueta 140 y en la estación base 110 proporcionan una medida de la diferencia de altura entre las dos. Al conocer la altura de la estación base 110 sobre el piso, puede deducirse la altura de la etiqueta 140 sobre el piso. En particular, puede determinarse si la etiqueta 140 (y el paciente) posiblemente estén en el piso o no.

Las mediciones de la presión del aire se asocian con un ruido considerable. Por ejemplo, la presión en la región del sensor variará continuamente debido al movimiento constante de aire debido al movimiento de personas, apertura de puertas, circulación de aire causada por ventiladores, etc. Puede aplicarse acondicionamiento de señal, como promediar varias muestras, filtrado de paso bajo o filtrado de Kalman para obtener una medida sólida de la altura sobre el piso.

Las lecturas del sensor de presión de aire pueden variar lentamente con el tiempo. Mediante el uso de múltiples estaciones base 110 con sensores de presión de aire 224 en el mismo piso 100, esta variación puede promediarse para proporcionar una presión de aire de referencia para el piso (al asumir que la variación es de naturaleza aleatoria, las variaciones de cada estación base se cancelarán al promediar sobre varias estaciones base).

La variación en los sensores de presión de aire 208 en las etiquetas 140 puede compensarse de varias formas. Algunas etiquetas 140 incluyen un sensor de movimiento 212 que puede usarse para hacer que la etiqueta 140 entre en un modo de suspensión cuando la etiqueta 140 se encuentra estacionaria. En este modo, la presión del aire puede muestrearse ocasionalmente para compensar la variación. El procedimiento de calibración de la presión del aire y compensación de la variación puede realizarse en segundo plano, aunque la unidad móvil se encuentre estacionaria (en el caso de que tenga un sensor de movimiento y, de lo contrario, estaría dormida para ahorrar energía).

En algunas realizaciones, cuando la etiqueta se encuentra estacionaria (como lo indica, por ejemplo, el sensor de movimiento), la etiqueta puede realizar el papel de una estación base, que se comunica con las otras estaciones base y que mejora la estimación de la presión de referencia y ahorra costos en la infraestructura.

Otra forma de compensar la variación en los sensores de las etiquetas móviles 140 es asumir una banda de altura cuando el sistema detecta movimiento de una habitación a otra. Por ejemplo, puede suponerse que una etiqueta 140 unida al brazo de un paciente está en una banda de altura bastante estrecha si puede determinarse que el paciente camina. Una disposición de este tipo se ilustra en el pasillo 108 de la figura 1, donde la unidad móvil 140d pasa a lo largo del pasillo. Cabe señalar que, aunque se muestran dos unidades base 110 en el pasillo 108, solo se requiere una unidad base 110 para este procedimiento de calibración. Cuando la unidad 110 detecta que la etiqueta 140d está muy próxima (por ejemplo, dentro de una distancia de umbral), determina que la etiqueta que lleva el paciente 140d está en el pasillo en las proximidades de la unidad base 110 y, por lo tanto, es casi seguro que camina. Por lo tanto, puede suponerse que la etiqueta 140d está a una altura predeterminada. La altura predeterminada variará de un paciente a otro (de acuerdo con la altura del paciente) y preferentemente se almacena en una base de datos en el ordenador central 130. La unidad 110 puede contactar con el ordenador central 130 (ya sea a través de una conexión directa o a través de una red y por cable o de forma inalámbrica) para solicitar la altura predeterminada para esa etiqueta 140d. Cada etiqueta tiene un identificador único que puede leerse por la unidad base 110 y enviarse al ordenador central 130. El ordenador central busca el identificador en su base de datos y devuelve la altura predeterminada apropiada a la unidad base 110. Alternativamente, todos los cálculos de calibración pueden realizarse en el ordenador central 130 que luego puede devolver los valores de calibración (presión y/o altura) a la estación base 110.

Si la etiqueta es capaz de recibir datos, la unidad base 110 puede enviar datos de calibración (por ejemplo, una altura actual y/o una lectura de presión corregida a la etiqueta 140 para que la etiqueta 140 pueda recalibrarse por sí misma. En una disposición alternativa, la etiqueta 140 podría tener la altura predeterminada programada en ella, por ejemplo, almacenada en la memoria 216 (que podría ser una memoria de acceso aleatorio, una memoria flash o similar). Una unidad de procesador a bordo 214 puede realizar los cálculos de recalibración. Si la etiqueta 140 no se configura para recibir datos o instrucciones entrantes, entonces no puede ordenarse a la unidad que vuelva a calibrar. En cambio, la etiqueta 140d envía sus datos de presión normalmente a la unidad base 110 y la unidad base 110 (o el ordenador central 130) determina un error entre esta lectura y la lectura que se esperaría para la altura predeterminada. Este error determinado puede almacenarse (por ejemplo, en una base de datos en el ordenador central 130) junto con el identificador único para la etiqueta 140d y usarse para aplicar una corrección a todos los datos recibidos de la etiqueta 140d. Cada vez que la etiqueta 140d pasa a través de una zona de recalibración, el cálculo puede realizarse de nuevo y la base de datos puede actualizarse con datos corregidos.

Otra forma de compensar la variación es aprovechar las zonas instrumentadas para el posicionamiento 3D completo para calibrar la lectura de presión de aire de la etiqueta 140. Tales zonas no se basan en ningún dato de presión para determinar una altura precisa para la etiqueta 140. Estas zonas pueden desplegarse con el propósito de posicionamiento 3D general como se ilustra en la habitación 104 de la figura 1 que tiene tres unidades base 110 unidas a las paredes y preferentemente tiene una unidad base adicional 110 montada en el techo o piso para proporcionar una coordenada z precisa (es decir, altura sobre el piso). La calibración puede realizarse de una manera similar a la descrita anteriormente.

Cuando la etiqueta 140 se obliga a moverse a través de portales, por ejemplo, puertas, pasillos estrechos, etc., la infraestructura de estimación de la altura puede desplegarse específicamente para proporcionar una medida de altura precisa. Por ejemplo, una serie de receptores (que podría ser una unidad base 110) dispuestos en una matriz vertical podrían detectar simultáneamente la proximidad de una etiqueta 140 a medida que pasa. Se determina que el receptor que recibe la señal más fuerte es el receptor a la altura más cercana a la de la etiqueta 140, lo que proporciona un procedimiento de detección de altura simple pero preciso. Si la etiqueta se equipa con comunicación bidireccional, puede indicarse a la etiqueta que entre en un modo de actualización frecuente para proporcionar una estimación de posición precisa, por ejemplo, para captar el momento exacto en que la etiqueta 140 se mueve a través de una puerta.

La detección de caídas (por ejemplo, el colapso de un paciente) puede, en la realización más simple, detectarse simplemente sobre la base de la altura de una etiqueta 140 que se detecta en el piso o cerca del mismo. Sin embargo, puede haber otras razones por las que una etiqueta esté en o cerca del piso, como un paciente que se inclina para recoger algo o para acceder a un cajón o armario bajo. Por lo tanto, un sistema que se base únicamente en la altura actual de una etiqueta puede disparar alarmas de falsos positivos, es decir, el sistema podría generar una alarma cuando la situación no lo requiera. Sin embargo, un sistema de este tipo es razonablemente resistente a los falsos negativos, es decir, debería detectar de forma fiable la mayoría de las situaciones en las que un paciente colapsa y cae al piso y generar la alarma correctamente.

En un sistema un poco más avanzado, la detección de caídas también puede activarse por una caída repentina de altura, independientemente de la presión de referencia en la estación base 110. La unidad móvil 140 puede generar la alarma por sí misma en base a únicamente sus propios datos. Sin embargo, la estación base 110 puede proporcionar información adicional sobre la altura inicial y la altura final de la etiqueta. Por ejemplo, la estación base 110 puede confirmar que la etiqueta realmente terminó en el piso. Un sistema inteligente puede combinar estos datos y generar una alarma en base a la caída repentina de altura junto con la información de que la altura final está al nivel del piso o cerca de él.

En sistemas aún más avanzados, el sistema de ubicación en tiempo real para interiores puede tener además zonificación dentro de las habitaciones. Por ejemplo, como se muestra en la habitación 104 de la figura 1, el sistema puede identificar diferentes áreas dentro de la habitación. Dichas áreas pueden incluir áreas que contienen camas, sofás, sillas, escaleras, etc., que pueden asociarse con alturas típicas de pacientes/etiquetas y pueden proporcionar información de filtrado adicional para proporcionar alarmas confiables. Como se muestra en la figura 1, se identifican dos zonas especiales (y se programan en el sistema) en la habitación 104. La primera zona 120 es una zona que contiene una cama 122. Cuando un paciente se encuentra acostado en la cama 122, puede esperarse que una etiqueta 140 esté dentro de una banda de altura predecible y puede esperarse que permanezca a esa altura durante algún tiempo. Una segunda zona 124 contiene una mesa 126 y cuatro sillas 128. Nuevamente, puede esperarse que las etiquetas 140 dentro de esta zona 124 permanezcan principalmente dentro de una cierta banda de altura predecible, pero serán propensas a subidas y bajadas repentinas cuando la gente se sienta o se levanta. Sin embargo, las alturas de las etiquetas 140 no deberían terminar al nivel del piso. El sistema también puede combinar información de tiempo con las zonas espaciales, por ejemplo, pueden identificarse períodos de tiempo en los que se espera que una persona esté en la cama 122 o cenando en la mesa 126.

Como se muestra en la habitación 107 de la figura 1, un edificio inteligente puede equiparse con varios otros sensores que pueden alimentar datos al sistema de detección de posición y pueden usarse para determinar situaciones de alerta. La habitación 107 contiene un sensor de movimiento 150 (por ejemplo, un detector de movimiento infrarrojo, de ultrasonido o de radar como el que puede usarse en un sistema de alarma antirrobo), un sensor de interruptor de luz 152 que indica el estado actual (encendido/apagado) de la luz, y un sensor de puerta 154 que indica si la puerta se encuentra abierta o cerrada. Se apreciará que estos son solo ejemplos de sensores que podrían usarse y muchos otros podrían incorporarse fácilmente al sistema.

Con todos estos datos de sensor disponibles para el sistema, puede construirse una lógica sustancial que involucre todas las lecturas de sensor disponibles, por ejemplo, presión de aire (en la etiqueta 140 y unidades base 110), señales de ultrasonido y/o RF de las etiquetas 140 y otros indicadores como actividad telefónica, evidencia de movimiento de una alarma antirrobo, operación de interruptores de luz, apertura de puertas y otros sensores en el edificio inteligente. Se apreciará que la alarma de detección de caídas debe ser fiable. En un entorno de atención domiciliaria, existe un alto costo de falsos positivos, ya que los procedimientos de emergencia se iniciarán cuando se active la alarma. Asimismo, los falsos negativos pueden ser desastrosos para las personas que no reciben la atención adecuada. En general, cuanta más información esté disponible, más confiablemente podrá determinarse la situación.

Se apreciará que los sistemas de ubicación en tiempo real en interiores pueden proporcionar información adicional como detección de movimiento a través del desplazamiento Doppler que también puede usarse para verificar la alarma de detección de caídas.

En algunas situaciones, la lógica para determinar una situación de alerta puede ser significativamente diferente, en función de la ubicación. En particular, podría haber zonas para escaleras con lógica dedicada, de modo que no habrá alarma cuando la etiqueta descienda hacia (y a través) del nivel del piso. Al mismo tiempo, dentro de una zona de escaleras, debe emitirse una alarma si la altura permanece constante, independientemente de la altura; o si se reduce demasiado rápido.

En general, los sensores de presión de aire pueden utilizarse para permitir el posicionamiento tridimensional en una infraestructura desplegada para el posicionamiento bidimensional. Esta configuración no solo es útil para el caso de detección de caídas descrito anteriormente, sino que puede usarse en todas las situaciones en las que el posicionamiento tridimensional es útil. Los beneficios de costo de usar los sensores de presión en lugar de unidades base de ultrasonido o RF adicionales aún se aplican en tales situaciones.

También se apreciará que el principio anterior de usar un sensor de presión de aire para detectar la altura de una unidad móvil 140 puede combinarse ventajosamente con cualquier RTLS independiente del tipo de principio de posicionamiento implementado. Además, las etiquetas 140 y las estaciones base 110 descritas anteriormente pueden interactuar fácilmente con las etiquetas existentes (sin sensores de presión) o con la infraestructura bidimensional, simplemente sin utilizar la información de presión. De manera similar, la infraestructura bidimensional existente puede actualizarse fácil y convenientemente simplemente al agregar sensores de presión a las unidades base existentes o al reemplazar las unidades base antiguas por nuevas. Tales actualizaciones no necesitan implicar la instalación de unidades adicionales para proporcionar un posicionamiento tridimensional completo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de determinación de posición que comprende una o más unidades base fijas (110) y una o más unidades móviles (140), en el que el sistema se dispone para determinar la posición horizontal de una unidad móvil (140) en base a la proximidad de dicha unidad móvil (140) a, al menos, una de dichas unidades base (110) y en el que el sistema se dispone para determinar la altura de dicha unidad móvil (140) en base a la presión de aire detectada en la unidad móvil (140) y la presión de aire detectada en una o más de las unidades base (110); caracterizado porque el sistema se dispone para determinar la posición horizontal de dicha unidad móvil (140) mediante el uso de comunicación por ultrasonidos con al menos una de dichas unidades base (110) para determinar la proximidad de dicha unidad móvil (140) a al menos una de dichas unidades base (110) y en el que el sistema comprende además una zona de calibración de altura, comprendiendo dicha zona de calibración de altura una pluralidad de unidades base (110) dispuestas posicionalmente para poder determinar la altura de una unidad móvil (140) en base a la proximidad de dicha unidad móvil (140) a cada una de dicha pluralidad de unidades base (110) en dicha zona de calibración de altura y sin el uso de sensores de presión, disponiéndose el sistema para realizar una calibración de dicha unidad móvil (140) en base a dicha altura determinada por dicha pluralidad de unidades base (110) en la zona de calibración de altura.

2. Un sistema de determinación de posición como se reivindicó en la reivindicación 1, en el que el sistema comprende una pluralidad de unidades base (110) y en el que el sistema se dispone para determinar una presión de aire de referencia en base a un promedio de las presiones de aire detectadas en cada una de la pluralidad de unidades base (110).

3. Un sistema de determinación de posición como se reivindicó en la reivindicación 1 o 2, en el que el sistema comprende al menos una unidad base de referencia de altura (110) y en el que el sistema se dispone de manera que cuando se determina que una unidad móvil (140) está dentro de una cierta proximidad de dicha unidad base de referencia de altura (110) el sistema determina que la unidad móvil (140) está a una altura predeterminada de referencia de la unidad móvil.

4. Un sistema de determinación de posición como se reivindicó en la reivindicación 3, en el que en respuesta a dicha determinación de proximidad con respecto a dicha unidad base de referencia de altura (110), el sistema instruye a la unidad móvil (140) para realizar una calibración en base a la altura de referencia de la unidad móvil.

5. Un sistema de determinación de posición como se reivindicó en cualquier reivindicación anterior, en el que en respuesta a dicha determinación de altura por dicha pluralidad de unidades base (110) en dicha zona de calibración de altura, el sistema instruye a la unidad móvil (140) para realizar una calibración en base a la altura determinada por dicha pluralidad de unidades base (110) en dicha zona de calibración de altura.

6. Un sistema de determinación de posición como se reivindicó en cualquier reivindicación anterior, en el que el sistema se dispone para generar una alarma en base a que una unidad móvil (140) cumpla uno o más criterios, y en el que un criterio es en base a la altura actual de dicha unidad móvil (140) o en un cambio detectado de altura de dicha unidad móvil (140).

7. Un sistema de determinación de posición como se reivindicó en la reivindicación 6, en el que la alarma se dispone para indicar una identificación de dicha unidad móvil (140) y una posición actual de dicha unidad móvil (140).

8. Un sistema de determinación de posición como se reivindicó en la reivindicación 6 o 7, en el que los criterios de alarma dependen de la posición actual de dicha unidad móvil (140).

9. Un sistema de determinación de posición como se reivindicó en cualquier reivindicación anterior, en el que dicha una o más unidades base (110) y dicha una o más unidades móviles (140) se disponen para comunicarse mediante comunicación por radio.

10. Un sistema de determinación de posición como se reivindicó en cualquier reivindicación anterior, en el que la determinación de la altura de la unidad móvil (140) en base a datos de presión se combina con la determinación de la altura en base a la proximidad a las unidades base (110).

11. Un sistema de determinación de posición como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dicha unidad móvil (140) comprende un transmisor de ultrasonidos (204) y/o un receptor de ultrasonidos (206) para la determinación de posición horizontal, y un sensor de presión de aire (208) y un transmisor (204) adaptado para transmitir datos desde dicho sensor de presión de aire (208) a dicho sistema.

12. Un sistema de determinación de posición como se reivindicó en la reivindicación 11, en el que dicha unidad móvil (140) comprende un receptor (206) y en el que dicha unidad móvil (140) se adapta para transmitir datos de posición que incluyen al menos datos de dicho sensor de presión de aire (208).

13. Un sistema de determinación de posición como se reivindicó en la reivindicación 12, en el que dicha unidad móvil (140) se adapta para recibir una instrucción de calibración y, en respuesta a dicha instrucción de calibración, dicha unidad móvil (140) se adapta para calibrar dicho sensor de presión de aire (208).

14. Un edificio que comprende un sistema de determinación de posición como se reivindicó en cualquier reivindicación anterior, comprendiendo dicho edificio una o más zonas de monitorización para posicionar unidades móviles (140), en el que al menos una zona de monitorización comprende solo una unidad base (110).

15. Un edificio como se reivindicó en la reivindicación 14, en el que dicho sistema de determinación de posición se adapta para recibir datos de uno o más sensores (150, 152, 154) dentro de dicho edificio, dichos sensores del edificio incluyen al menos uno de: un sensor de interruptor de luz (152), un sensor de movimiento (150), un sensor de puerta (154) y un sensor de actividad telefónica.

16. Un edificio como se reivindicó en la reivindicación 15, en el que el sistema de determinación de posición se adapta para generar una alarma en base a que una unidad móvil (140) cumpla uno o más criterios y en base a la salida de dichos sensores del edificio (150, 152, 154).

17. Un procedimiento para determinar la posición de una unidad móvil (140) con respecto a una o más unidades base fijas (110), que comprende:

medir la presión del aire en la posición de dicha unidad móvil (140);

medir la presión del aire en la posición de dichas unidades base (110);

medir la proximidad de la unidad móvil (140) a dichas unidades base (110);

determinar la posición horizontal de dicha unidad móvil (140) en base a dichas mediciones de proximidad; calibrar dicha unidad móvil (140) en base a una altura determinada por una pluralidad de unidades base (110) instaladas en una zona de calibración de altura, dicha pluralidad de unidades base (110) dispuestas posicionalmente en dicha zona de calibración de altura para poder determinar la altura de una unidad móvil (140) en base a la proximidad de dicha unidad móvil (140) a cada una de dicha pluralidad de unidades base (110) y sin el uso de sensores de presión; y

determinar la altura de dicha unidad móvil (140) en base a dichas mediciones de presión de aire;

en el que dicha medición de la proximidad de la unidad móvil (140) a dichas unidades base (110) usa comunicación por ultrasonidos con dichas unidades base (110).