基于位置及多维信息融合的危险区域人员行为识别和监控系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于位置及多维信息融合的危险区域人员行为识别和监控系统，包括智能终端、无线基站、交换机和监控主机，监控主机通过交换机与无线基站连接，在无线基站上连接有智能终端，通过无线基站、智能终端等组成无线传感网。本发明的有益效果在于：具有多维信息感知能力；具有多维信息融合进行行为识别的能力；采用对称双边双向测距，实时确定人员或设备的位置，定位精度高，抗干扰能力强；通过信息交互进行实时的人员监控。
【专利说明】基于位置及多维信息融合的危险区域人员行为识别和监控系统
【技术领域】:
[0001]本发明属于无线通信领域，涉及一种危险区域人员行为识别和监控系统，尤其是一种基于位置及多维信息融合的危险区域人员行为识别和监控系统。
【背景技术】:
[0002]现有技术中，危险区域人员、设备的信息化管理方式均有欠缺，主要表现在以下几个方面:
[0003]1.无多维信息融合技术，
[0004]多数只有简单定位功能，对于姿态等信息无感知能力，无法综合多维信息支持安全管理工作。
[0005]2.无行为识别，
[0006]无法通过分析多维信息对人员的行为进行识别，无法对不安全行为进行管理
[0007]3.定位精度差
[0008]现有的井下人员定位方式主要有RFID、ZIGBEE等。对于RFID系统而言，监测范围小(10米-20米)，不能精确定位，不能连续监测。对于ZIGBEE系统而言，主要采用场强定位方式，抗干扰能力差，定位精度理想状况下> 5米，实际使用往往> 10米。
【发明内容】
:
[0009]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于位置及多维信息融合的危险区域人员行为识别和监控系统。
[0010]本发明的目的是通过以下技术方案来解决的:
[0011]一种基于位置及多维信息融合的危险区域人员行为识别和监控系统，包括智能终端、无线基站、交换机和监控主机，监控主机通过交换机与无线基站连接，在无线基站上连接有智能终端，通过无线基站、智能终端等组成无线传感网。
[0012]所述无线基站具有无线通讯能力，与基站监测范围内的智能终端进行双向通讯，进行测距、信息交互；同时，无线基站带有光纤以太网接口，多台基站联结至交换机，再通过交换机建立的通讯网络与监控中心之间进行通讯连接，将智能终端的信息数据上传至中心监控主机。
[0013]所述监控主机将接收到的全部智能终端信息及时间信息将保存到计算机数据库，监控主机通过全部智能终端信息及时间信息、每台无线基站的位置坐标以及危险区域的真实3D地图，计算确定智能终端的实际位置，并显示在监控大屏上；用户通过查阅计算机中所保存的智能终端信息，以回放人员行动方向、轨迹；监控软件采用多维信息融合技术，综合所有信息，自动分析危险区域内工作人员行为，对事故的隐患和不安全行为自动报警，提示监控人员采取相应措施；监控人员当需要呼叫危险区域内工作人员时，由监控主机将提示信息通过交换机、通信线路发送给指定无线基站，最后将提示信息发送给目标人员携带的智能终端，智能终端接收到呼叫信息后，发光二极管闪亮，并在显示屏上显示相应文字，向携带者发出提示。
[0014]所述智能终端具有报警按钮，在携带者发现有事故、设备故障时，可通过报警按钮报警，并通过短信发送相应问题内容，以使井上监控人员及时了解井下情况，迅速发出正确调度指令。
[0015]所述智能终端由锂电池供电，具有ARMCortex的CPU，在无线基站信号覆盖的范围内自由移动，发射和接收射频信号，测量与无线基站间的距离，并把距离结果发给周围的无线基站；同时，智能终端还具有多种传感器和OLED显示屏。 [0016]所述多种传感器包括加速度传感器、气体传感器和温度传感器；加速度传感器，用于根据加速度值对携带者的姿态加以判断，在携带者受到冲击或摔倒时自动报警的作用，能够根据各个方向不同的加速度变化情况分析人员行为；气体传感器，用于检测有害气体浓度；温度传感器，用于感知环境温度。
[0017]所述无线基站安装在危险区域内，由多个无线基站、智能终端等组成无线传感网，无线基站会自动与信号覆盖范围内的智能终端进行通信定位，并将数据实时发往监控中心；无线基站具有电源指示、通信、报警指示功能。
[0018]本发明的有益效果在于:
[0019]1.多维信息感知:
[0020]智能终端具有包括位置等多维信息的感知功能，同时系统具有与其它系统的信息化接口，可将环境、设备、地质等信息接入本系统，可以进行多维信息感知。
[0021]2.多维信息融合进行行为识别:
[0022]系统在自动监测各智能终端的位置、姿态等信息的同时，监测环境、设备、地质等信息，综合多维信息，对人员行为识别，并进行自动化的智能判断，实时监控不安全行为，实现对各种异常情况和安全遗患自动自动报警，保证安全。
[0023]3.采用对称双边双向测距(SDS-TWR)测距:
[0024]通过两次测量无线电波在基站与智能终端之间互相传输的时间，计算基站与智能终端之间的距离，从而实时确定人员或设备的位置，定位精度高，抗干扰能力强。避免了两个设备之间的时间同步，也可以消除两个设备之间的时钟偏差。
[0025]4.通过信息交互进行实时的人员监控:
[0026]智能终端和监控中心之间可以进行双向信息通讯，方法是智能终端和无线基站之间通过无线信号连接，无线基站与监控中心之间采用以太网进行连接。通过信息交互，及时上传或下发各种信息如工作安排、调度指令等，有效进行监控。
【专利附图】
【附图说明】:
[0027]图1为本发明的结构示意图；
[0028]
[0029]
[0030]其中:1为监控主机；2为交换机；3为无线基站；4为智能终端。
【具体实施方式】:[0031]下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
[0032]参见图1，系统由智能终端、无线基站、交换机、监控主机等组成。
[0033]在危险区域内建立覆盖全区域的通讯网络。每台基站都具有无线通讯能力，可与基站监测范围内工作人员佩戴的标签进行双向通讯，进行测距、信息交互等工作。同时，基站带有光纤以太网接口，多台基站联结至交换机，再通过交换机建立的通讯网络与监控中心之间进行通讯连接，将智能终端的信息数据上传至中心监控主机。
[0034]监控主机将接收到的全部智能终端信息及时间信息将保存到计算机数据库，保存数据的时间长度可由系统管理员确定。监控主机通过全部智能终端信息及时间信息、每台基站的位置坐标以及危险区域的真实3D地图，计算确定标签的实际位置，并显示在监控大屏上。用户可以查阅计算机中所保存的标签信息，以回放人员行动方向、轨迹等。监控软件采用多维信息融合技术，可综合各种信息，自动分析危险区域内工作人员行为，对有可能造成事故的隐患和不安全行为自动报警，提示监控人员采取相应措施。
[0035]监控人员当需要呼叫危险区域内工作人员时，由监控主机将提示信息通过交换机、通信线路发送给指定基站，最后将提示信息发送给目标人员携带的智能终端。智能终端接收到呼叫信息后，红色发光二极管闪亮，并在小屏上显示相应文字，向携带者发出提示。
[0036]智能终端具有报警按钮，在携带者发现有事故、设备故障等问题时，可通过报警按钮报警，并通过短信发送相应问题内容，以使井上监控人员及时了解井下情况，迅速发出正确调度指令。
[0037]智能终端由锂电池供电，具有ARMCortex的CPU，在无线基站信号覆盖的范围内自由移动，发射和接收射频信号，测量与无线基站间的距离，并把距离结果发给周围的无线基站。同时，智能终端还具有多种传感器，如加速度传感器，可根据加速度值对携带者的姿态加以判断，在携带者受到冲击或摔倒时自动报警的作用，可以根据各个方向不同的加速度变化情况分析人员行为；气体传感器，可以检测瓦斯等有害气体浓度；温度传感器；感知环境温度。此外，智能终端还有OLED显示屏。可与监控人员双向通信，收发短信，起到警示、调度等作用。
[0038]无线基站安装在危险区域内，由多个无线基站共同组成无线网络，会自动与信号覆盖范围内的标签进行通信定位，并将数据实时发往监控中心。基站具有电源指示、通信、报警指示功能。
[0039]一种矿井精确定位方法及系统(申请号/专利号:201210066499)中所提到的技术方案是以Zigbee为通讯和测距方式，其和本发明的不同点在于:
[0040]1.Zigbee是窄带通讯，带宽仅为250kbps (2.4GHz),而本发明采用的是CSS,通讯带宽可达2Mbps，而在实际使用中，本系统除定位功能外，还需传输环境、设备、人员的各种信息，考虑下井人员和设备众多，需要加大带宽以满足要求。
[0041]2.Zigbee抗干扰能力弱，Zigbee系统采用DSSS (直序列扩频)调制，频谱密度相对较高，易于受到外界施加的干扰，而CSS (线性调频扩频)采用了 80M的带宽，属于宽带系统，有着较低的频率密度，抗频率偏移能力强，传输距离远，射频功耗低，抗多径干扰能力强。
[0042]3.Zigbee定位方法是测量电测波在定位主站和定位卡之间的传输时间，需要主站与定位卡精确同步时间，事实上难以做到，所以定位精度差，而本发明采用了对称双边双向测距(SDS-TWR)方法，避免了两个设备之间的时间同步，也可以消除两个设备之间的时钟偏差。
[0043]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的【具体实施方式】仅限于此，对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
【权利要求】
1.一种基于位置及多维信息融合的危险区域人员行为识别和监控系统，其特征在于:包括智能终端、无线基站、交换机和监控主机，监控主机通过交换机与无线基站连接，在无线基站上连接有智能终端。
2.如权利要求1所述的危险区域人员行为识别和监控系统，其特征在于:所述无线基站具有无线通讯能力，与基站监测范围内的智能终端进行双向通讯，进行测距、信息交互；同时，无线基站带有光纤以太网接口，多台基站联结至交换机，再通过交换机建立的通讯网络与监控中心之间进行通讯连接，将智能终端的信息数据上传至中心监控主机。
3.如权利要求1所述的危险区域人员行为识别和监控系统，其特征在于:所述监控主机将接收到的全部智能终端信息及时间信息将保存到计算机数据库，监控主机通过全部智能终端信息及时间信息、每台无线基站的位置坐标以及危险区域的真实3D地图，计算确定智能终端的实际位置，并显示在监控大屏上；用户通过查阅计算机中所保存的智能终端信息，以回放人员行动方向、轨迹；监控软件采用多维信息融合技术，综合所有信息，自动分析危险区域内工作人员行为，对事故的隐患和不安全行为自动报警，提示监控人员采取相应措施；监控人员当需要呼叫危险区域内工作人员时，由监控主机将提示信息通过交换机、通信线路发送给指定无线基站，最后将提示信息发送给目标人员携带的智能终端，智能终端接收到呼叫信息后，发光二极管闪亮，并在显示屏上显示相应文字，向携带者发出提示。
4.如权利要求3所述的危险区域人员行为识别和监控系统，其特征在于:所述智能终端具有报警按钮，在携带者发现有事故、设备故障时，可通过报警按钮报警，并通过短信发送相应问题内容，以使井上监控人员及时了解井下情况，迅速发出正确调度指令。
5.如权利要求3所述的危险区域人员行为识别和监控系统，其特征在于:所述智能终端具有CPU，在无线基站信号覆盖的范围内自由移动，发射和接收射频信号，测量与无线基站间的距离，并把距离结果发给周围的无线基站；同时，智能终端还具有多种传感器和显示屏。
6.如权利要求5所述的危险区域人员行为识别和监控系统，其特征在于:所述多种传感器包括加速度传感器、气体传感器和温度传感器；加速度传感器，用于根据加速度值对携带者的姿态加以判断，在携带者受到冲击或摔倒时自动报警的作用，能够根据各个方向不同的加速度变化情况分析人员行为；气体传感器，用于检测有害气体浓度；温度传感器，用于感知环境温度。
7.如权利要求1所述的危险区域人员行为识别和监控系统，其特征在于:所述无线基站安装在危险区域内，由多个无线基站、智能终端共同组成无线传感网，无线基站会自动与信号覆盖范围内的智能终端进行通信定位，并将数据实时发往监控中心；无线基站具有电源指示、通信、报警指示功能。
【文档编号】G08B21/02GK103593943SQ201310365254
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】汤江浩 申请人:陕西迪捷宝信息科技有限公司