虚拟边界实时自动识别的方法及系统与流程

本发明涉及即时数据处理领域，特别是涉及一种虚拟边界实时自动识别的方法及系统。

背景技术：

随着越来越多的人饲养宠物，人与宠物的关系也越来越亲密。随之而来的宠物管理也就成为人们日常生活中必须客观面对的问题。

人们饲养的宠物，由于其好运性，经常难于管理。通常人们采用篱笆、栅栏等实物边界圈养宠物，使宠物在实物边界内活动。随着城市化的进程，人们生活的地方均与城市接壤，或本身就居住于城市当中，如果不注重对宠物的管理，常常会发生宠物的意外事件。比如，有的宠物经常会越过篱笆、栅栏等实物边界，宠物在越界之后，可能会发生咬人事件，给户主造成意外的赔付损失等；有的宠物可能会散乱地走向马路、铁路，造成宠物受到伤害甚至丧命，对于饲养多年并喜爱宠物的户主来讲，也许会是一种精神上的打击。而采用实物边界在经济上成本较高，篱笆、栅栏等实物占用较大的面积，造成资源的浪费，为此，如何通过虚拟边界加强对宠物的管理，使宠物在规定的界线范围内活动，无论是对社会或者个人，均是一项十分有益的研究。

技术实现要素：

基于此，有必要针对难以对宠物管理的问题，提供一种虚拟边界实时自动识别的方法和系统。

一种虚拟边界实时自动识别的方法，包括：

获取可活动区域的边界线的边界坐标点；

实时计算活动点在可活动区域内运动时的坐标点；

判断计算的所述活动点在可活动区域内运动时的坐标点是否与所述边界坐标点重合；以及

当所述活动点在可活动区域内运动时的坐标点与所述边界坐标点重合时，对所述活动点发出越界警告。

在其中一个实施例中，所述获取固定区域的边界线的边界坐标点的步骤包括：

预先确定可活动区域的边界线；

在预先确定的边界线上设置至少三个不在同一直线的固定点；

选择任意三个不在同一直线上的固定点建立二维坐标系；

在活动点沿着预先确定的可活动区域的边界线运动时，根据建立的所述二维坐标系获取所述活动点沿预先确定的边界线运动的坐标点。

在其中一个实施例中，所述根据建立的所述二维坐标系获取所述活动点沿预先确定的边界线运动的坐标点的步骤

以及

实时计算活动点在可活动区域内运动时的坐标点的步骤包括：

分别计算所述活动点与对应选择的三个固定点之间的距离r₁,r₂,r₃；

根据以下公式计算获取所述活动点的坐标点(x,y)：

其中，(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)为所选择的三个固定点在二维坐标系中的坐标。

在其中一个实施例中，所述活动点沿着预先确定的可活动区域的边界线运动，包括沿所述边界线的单向运动。

在其中一个实施例中，所述活动点及选择的三个固定点均包含有无线通信模块，根据所述活动点与所述三个固定点之间的通信时间以分别计算所述活动点与对应选择的三个固定点之间的距离r₁,r₂,r₃。

在其中一个实施例中，所述活动点及选择的三个固定点所包含的无线通信模块中的一个或多个设置有用于存储获取的边界坐标点的存储单元，所述判断计算的所述活动坐标点是否与所述边界坐标点重合时，将计算的所述活动坐标点与所述存储单元存储的边界坐标点进行对比以判断是否重合。

在其中一个实施例中，所述无线通信模块为基于UWB定位方式的decawave 芯片。

一种虚拟边界实时自动识别的系统，包括：

边界模块，用于获取可活动区域的边界线的边界坐标点；

计算模块，用于实时计算活动点在可活动区域内运动时的坐标点；

判断模块，用于判断计算的所述活动点在可活动区域内运动时的坐标点是否与所述边界坐标点重合；以及

报警模块，用于当所述活动点在可活动区域内运动时的坐标点与所述边界坐标点重合时，对所述活动点发出越界警告。

在其中一个实施例中，所述边界模块包括：

预定子模块，用于预先确定可活动区域的边界线；

设置子模块，用于在预先确定的边界线上设置至少三个不在同一直线的固定点；

坐标系子模块，用于选择任意三个不在同一直线上的固定点建立二维坐标系；

获取子模块，用于在活动点沿着预先确定的可活动区域的边界线运动时，根据建立的所述二维坐标系获取所述活动点沿预先确定的边界线运动的坐标点。

在其中一个实施例中，所述计算模块与获取子模块均包括：

第一单元，用于分别计算所述活动点与对应选择的三个固定点之间的距离r₁,r₂,r₃；

第二单元，用于根据以下公式计算获取所述活动点的坐标点(x,y)：

其中，(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)为所选择的三个固定点在二维坐标系中的坐标。

在其中一个实施例中，所述活动点沿着预先确定的可活动区域的边界线运动时，包括沿所述边界线的单向运动。

在其中一个实施例中，所述活动点及选择的三个固定点均包含有无线通信模块，所述第一单元根据所述活动点与所述三个固定点之间的通信时间以分别计算所述活动点与对应选择的三个固定点之间的距离r₁,r₂,r₃。

在其中一个实施例中，所述活动点及选择的三个固定点所包含的无线通信模块中的一个或多个设置有用于存储获取的边界坐标点的存储单元，所述判断模块判断计算的所述活动坐标点是否与所述边界坐标点重合时，将计算的所述活动坐标点与所述存储单元存储的边界坐标点进行对比以判断是否重合。

在其中一个实施例中，所述无线通信模块为基于UWB定位方式的decawave芯片。

上述虚拟边界实时自动识别的方法及系统，通过实时判断活动点在边界线内的坐标点是否与边界线的坐标点重合，及时警告越界的活动点，可有效对宠物进行管理，防止宠物超出活动范围可能引发的意外状况。

附图说明

图1为一实施方式的虚拟边界实时自动识别的方法的流程图；

图2为图1中步骤S120的详细流程图；

图3为可活动区域的边界示意图；

图4为根据三个固定点建立二维坐标的示意图；

图5为图2中步骤S128获取边界坐标点的原理示意图；

图6为另一实施方式的虚拟边界实时自动识别的系统的结构图；

图7为图6中边界模块120的结构图。

120边界模块 140计算模块

160判断模块 180报警模块

122预定子模块 124设置子模块

126坐标子模块 128获取子模块

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要指出的是，本实施例中所述的运动、坐标等，均为在平面上的二维限制，因此，本实施例中所述坐标均为二维平面坐标。

如图1所示，一实施方式的虚拟边界实时自动识别的方法，包括步骤S120至S180。

步骤S120，获取可活动区域的边界线的边界坐标点。可活动区域为户主事先为宠物划定的可活动范围，可以是家园附近，小区旁边，园林植被区等可以由宠物活动的地方。划定可活动区域后，可以获取可活动区域的边界坐标点，边界坐标点为限定可活动区域活动范围的二维边界点，通过边界坐标点可以以数据的形式将可活动区域的范围数据化。

步骤S140，实时计算活动点在可活动区域内运动时的坐标点。活动点可以是宠物，如狗、猫、猪等宠物，也可以是需要照看的小孩、年长的老人等，当活动点在可活动区域内运动时，可以实时的计算出活动点的坐标点。

步骤S160，判断计算的活动点在可活动区域内运动时的坐标点是否与边界坐标点重合。在判断活动点是否越界时，需要自动识别活动点的坐标是否在边界的坐标点上。

步骤S180，当活动点在可活动区域内运动时的坐标点与边界坐标点重合时，对活动点发出越界警告。当活动点的坐标点与边界坐标点重合时，则可以发出越界警告，户主接收到越界警告信息后，即可锁定越界的活动点，加强对宠物、老人或孩子的管理，防止可能出现的意外状况。

上述虚拟边界实时自动识别的方法，通过实时判断活动点在边界线内的坐标点是否与边界线的坐标点重合，及时警告越界的活动点，可有效对宠物进行管理，防止宠物超出活动范围可能引发的意外状况。

在具体获取边界线的边界坐标点时，如图2所示，步骤S120包括步骤S122至步骤S128。

步骤S122，预先确定可活动区域的边界线。可活动区域的边界线可以事先规划，例如，可以根据居住地周围的地图，在地图上事先规划选择合适的可活动区域，划定出一个边界线，如图3所示，其显示了两个边界线，包括边界线1和边界线2。边界线1和边界线2可以提前在地图上划出，例如，边界线1可以是根据房屋周边的情况划定的可活动区域，边界线2可以是根据游泳池等易发生意外情况的地方划定的边界线，这样即可将整体的边界线划出，如图3中所示，边界线1与边界线2之间的区域即为可活动的区域。

步骤S124，在预先确定的边界线上设置至少三个不在同一直线的固定点。固定点可以设置有多个，但至少需要有3个不在同一直线上。固定点是可以发射无线信号的固定点，可以是无线通信模块，本实施例采用基于UWB定位方式的decawave芯片作为无线通信模块。

步骤S126，选择任意三个不在同一直线上的固定点建立二维坐标系。如图4所示，以所选择的三个固定点1、固定点2和固定点3为例，可以在选择的三个固定点中任意选择二个固定点建立X轴，比如，选择固定点1和固定点2建立X轴，连接固定点1和固定点2即可，在X轴的垂直方向建立Y轴，使其它固定点均在X轴的正上方或者正下方。此时，即可确定所选择的三个固定点的坐标点，例如，固定点1、固定点2和固定点3的二维坐标依次为(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)。

步骤S128，在活动点沿着预先确定的可活动区域的边界线运动时，根据建立的二维坐标系获取活动点沿预先确定的边界线运动的坐标点。根据建立的二维坐标系可以直接获取可活动区域的边界坐标点。活动点包括有无线通信模块，可以发射并接收无线信号，本实施例采用基于UWB定位方式的decawave芯片作为无线通信模块。如图5所示，当活动点沿着预先确定的边界线运动时，根据活动点与三个固定点之间的通信时间可以分别计算活动点与对应选择的三个固定点之间的距离r₁,r₂,r₃，根据以下公式即可计算活动点的坐标点(x,y)：

若在建立二维坐标系时，以固定点1作为X轴与Y国的交汇点，由于固定点2在X轴上，则固定点1、固定点2和固定点3的坐标(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)可以依次为(0，0)、(d，0)和(m，n)，将固定点1、固定点2和固定点3的坐标(0，0)、(d，0)和(m，n)代入上述公式后，则转化为：

则计算出的活动点的坐标点(x,y)为：其中，k为系数。

在一实施例中，在活动点沿着预先确定的可活动区域的边界线运动时，也许户主想临时改变可活动的区域范围，或者在运动时，走的路径错误，此时，可以预先规定只有沿边界的单向运动为确定边界坐标点的运动，双向或者其它的运动方式均为错误的运动方式，从而允许户主根据实际情况调整边界的范围。

在另一实施例中，当由步骤S120获取了可活动区域的边界线的边界坐标点后，即可在可活动区域的范围内将宠物作为活动点放在可活动区域的范围内，或者将老人、孩子作为活动点放在可活动区域的范围内。对于宠物，可以为它们设置无线通信模块于头上或者其它宠物的体位，老人或者孩子则可以为他们配置相应的无线通信模块。当步骤S140实时计算活动点在可活动区域内运动时的坐标点时，可同样通过步骤S128中的原理实时计算活动点在可活动区域中的坐标点(x,y)，即当活动点在可活动区域内运动时，根据活动点与三个固定点之间的通信时间可以分别计算活动点与对应选择的三个固定点之间的距离r₁,r₂,r₃，并根据以下公式即可计算活动点的坐标点(x,y)：

同样，若在建立二维坐标系时，以固定点1作为X轴与Y国的交汇点，由于固定点2在X轴上，则固定点1、固定点2和固定点 3的坐标(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)可以依次为(0，0)、(d，0)和(m，n)，将固定点1、固定点2和固定点3的坐标(0，0)、(d，0)和(m，n)代入上述公式后，则转化为：

则计算出的活动点的坐标点(x,y)依然可以采用如下公式计算活动点的坐标点(x,y)：其中，k为系数。

另一实施例中，活动点及选择的三个固定点所包含的无线通信模块中的一个或多个设置有用于存储获取的边界坐标点的存储单元，步骤S160在判断计算的活动点在可活动区域内运动时的坐标点是否与边界坐标点重合时，可以将计算的活动坐标点与存储单元存储的边界坐标点进行对比以判断是否重合。如果存储边界坐标的存储单元设置于选择的固定点所包含的无线通信模块中，则在判断时，活动点需要从无线通信模块的存储单元中读取边界坐标点的数据，影响了判断的实时性，为此，本实施例采取将存储单元设置于活动点的无线通信模块，从而提高判断的实时性和准确性。

又一实施例中，对于宠物，比如狗，无线通信设备可以是一个电子设备项圈，该项圈可以在发出警告时产生轻微的电击。当宠物在可活动的区域内发生越界或即将发生越界时，在项圈发出警告后，如果宠物忽略警告或者宠物跨越(栅栏)边界时，宠物会受到项圈的轻微电击。随着宠物临近边界受到刺激后的逐渐影响，宠物很快即可学会避免无形的围墙的位置，使无形的边界成为有效的虚拟障碍。而人类及其它动物等没有带这个项圈时在穿过边界则不会受到干扰。宠物是聪明的，他们会逐渐学会避免穿越边界，留在安全的地方，从而确定宠物在设定的可活动区域范围内运动，避免可能出现的意外状况。另外，对于老人和孩子，无线通信设备可以是设置于移动设备中的警告装置，移动设 备可以是智能手机、智能手表、带有电子设备的拐杖等，还可以是孩子喜爱的玩具等，在越界时，移动设备可以发出警告，并将警告信息发送到户主，由户主实时关注老人或者孩子的位置。

上述虚拟边界实时自动识别的方法，通过实时判断活动点在边界线内的坐标点是否与边界线的坐标点重合，及时警告越界的活动点，可有效对宠物进行管理，防止宠物超出活动范围可能引发的意外状况。

如图7所示，为一实施例的虚拟边界自动识别的系统，包括边界模块120、计算模块140、判断模块160和报警模块180。

边界模块120用于获取可活动区域的边界线的边界坐标点。可活动区域为户主事先为宠物划定的可活动范围，可以是家园附近，小区旁边，园林植被区等可以由宠物活动的地方。划定可活动区域后，可以获取可活动区域的边界坐标点，边界坐标点为限定可活动区域活动范围的二维边界点，通过边界坐标点可以以数据的形式将可活动区域的范围数据化。

计算模块140用于实时计算活动点在可活动区域内运动时的坐标点。活动点可以是宠物，如狗、猫、猪等宠物，也可以是需要照看的小孩、年长的老人等，当活动点在可活动区域内运动时，可以实时的计算出活动点的坐标点。

判断模块160用于判断计算的活动点在可活动区域内运动时的坐标点是否与边界坐标点重合。在判断活动点是否越界时，需要自动识别活动点的坐标是否在边界的坐标点上。

报警模块180用于当活动点在可活动区域内运动时的坐标点与边界坐标点重合时，对活动点发出越界警告。当活动点的坐标点与边界坐标点重合时，则可以发出越界警告，户主接收到越界警告信息后，即可锁定越界的活动点，加强对宠物、老人或孩子的管理，防止可能出现的意外状况。报警模块180可以是活动点随身携带的具有报警功能的无线通信模块，比如，包括宠物(例如狗、猫等)携带的具有通信功能的宠物项圈，老人或者孩子携带的可以通信的小型电子设备(如手机、平板、电子玩具)等。

上述虚拟边界实时自动识别的系统，通过实时判断活动点在边界线内的坐标点是否与边界线的坐标点重合，及时警告越界的活动点，可有效对宠物进行 管理，防止宠物超出活动范围可能引发的意外状况。

在具体获取边界线的边界坐标点时，如图7所示，边界模块120包括预定子模块122、设置子模块124、坐标子模块126和获取子模块128。

预定子模块122用于预先确定可活动区域的边界线。可活动区域的边界线可以事先规划，例如，可以根据居住地周围的地图，在地图上事先规划选择合适的可活动区域，划定出一个边界线，如图3所示，其显示了两个边界线，包括边界线1和边界线2。边界线1和边界线2可以提前在地图上划出，例如，边界线1可以是根据房屋周边的情况划定的可活动区域，边界线2可以是根据游泳池等易发生意外情况的地方划定的边界线，这样即可将整体的边界线划出，如图3中所示，边界线1与边界线2之间的区域即为可活动的区域。

设置子模块124用于在预先确定的边界线上设置至少三个不在同一直线的固定点。固定点可以设置有多个，但至少需要有3个不在同一直线上。固定点是可以发射无线信号的固定点，可以是无线通信模块，本实施例采用基于decawave芯片的无线通信模块。

坐标子模块126用于选择任意三个不在同一直线上的固定点建立二维坐标系。本实施例中，活动点与固定点的高度处于水平位置时，建立的二维坐标的精度更高。如图4所示，以所选择的三个固定点1、固定点2和固定点3为例，可以在选择的三个固定点中任意选择二个固定点建立X轴，比如，选择固定点1和固定点2建立X轴，连接固定点1和固定点2即可，在X轴的垂直方向建立Y轴，使其它固定点均在X轴的正上方或者正下方。此时，即可确定所选择的三个固定点的坐标点，例如，固定点1、固定点2和固定点3的二维坐标依次为(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)。

获取子模块128用于在活动点沿着预先确定的可活动区域的边界线运动时，根据建立的二维坐标系获取活动点沿预先确定的边界线运动的坐标点。根据建立的二维坐标系可以直接获取可活动区域的边界坐标点。活动点包括有无线通信模块，可以发射并接收无线信号，本实施例采用基于decawave芯片的无线通信模块。具体的，获取子模块128包括第一单元和第二单元，第一单元用于分别计算活动点与对应选择的三个固定点之间的距离r₁,r₂,r₃；第二单元，用于根 据以下公式计算获取活动点的坐标点(x,y)：

其中，(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)为所选择的三个固定点在二维坐标系中的坐标。如图5所示，当活动点沿着预先确定的边界线运动时，第一单元根据活动点与三个固定点之间的通信时间可以分别计算活动点与对应选择的三个固定点之间的距离r₁,r₂,r₃，第二单元根据以下公式即可计算活动点的坐标点(x,y)：

若在建立二维坐标系时，以固定点1作为X轴与Y国的交汇点，由于固定点2在X轴上，则固定点1、固定点2和固定点3的坐标(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)可以依次为(0，0)、(d，0)和(m，n)，将固定点1、固定点2和固定点3的坐标(0，0)、(d，0)和(m，n)代入上述公式后，则转化为：

则计算出的活动点的坐标点(x,y)为：其中，k为系数。

在一实施例中，在活动点沿着预先确定的可活动区域的边界线运动时，也许户主想临时改变可活动的区域范围，或者在运动时，走的路径错误，此时，可以预先规定只有沿边界的单向运动为确定边界坐标点的运动，双向或者其它的运动方式均为错误的运动方式，从而允许户主根据实际情况调整边界的范围。

在另一实施例中，当由边界模块120获取了可活动区域的边界线的边界坐 标点后，即可在可活动区域的范围内将宠物作为活动点放在可活动区域的范围内，或者将老人、孩子作为活动点放在可活动区域的范围内。对于宠物，可以为它们设置无线通信模块于头上或者其它宠物的体位，老人或者孩子则可以为他们配置相应的无线通信模块。当计算模块140实时计算活动点在可活动区域内运动时的坐标点时，可同样通过获取子模块128中的原理实时计算活动点在可活动区域中的坐标点(x,y)，具体的，计算模块140包括同样的第一单元和第二单元，第一单元用于分别计算活动点与对应选择的三个固定点之间的距离r₁,r₂,r₃；第二单元，用于根据以下公式计算获取活动点的坐标点(x,y)：

其中，(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)为所选择的三个固定点在二维坐标系中的坐标。即当活动点在可活动区域内运动时，计算模块140的第一单元可以根据活动点与三个固定点之间的通信时间分别计算活动点与对应选择的三个固定点之间的距离r₁,r₂,r₃，并由第二单元根据以下公式即可计算活动点的坐标点(x,y)：

同样，若在建立二维坐标系时，以固定点1作为X轴与Y国的交汇点，由于固定点2在X轴上，则固定点1、固定点2和固定点3的坐标(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)可以依次为(0，0)、(d，0)和(m，n)，将固定点1、固定点2和固定点3的坐标(0，0)、(d，0)和(m，n)代入上述公式后，则转化为：

则计算出的活动点的坐标点(x,y)依然可以采用如下版式计算活动点的坐标 点(x,y)：其中，k为系数。

另一实施例中，活动点及选择的三个固定点所包含的无线通信模块中的一个或多个设置有用于存储获取的边界坐标点的存储单元，判断模块160在判断计算的活动点在可活动区域内运动时的坐标点是否与边界坐标点重合时，可以将计算的活动坐标点与存储单元存储的边界坐标点进行对比以判断是否重合。如果存储边界坐标的存储单元设置于选择的固定点所包含的无线通信模块中，则在判断时，活动点需要从无线通信模块的存储单元中读取边界坐标点的数据，影响了判断的实时性，为此，本实施例采取将存储单元设置于活动点的无线通信模块，从而提高判断的实时性和准确性。

又一实施例中，对于宠物，比如狗，无线通信设备可以是一个电子设备项圈，该项圈可以在发出警告时产生轻微的电击。当宠物在可活动的区域内发生越界或即将发生越界时，在项圈发出警告后，如果宠物忽略警告或者宠物跨越(栅栏)边界时，宠物会受到项圈的轻微电击。随着宠物临近边界受到刺激后的逐渐影响，宠物很快即可学会避免无形的围墙的位置，使无形的边界成为有效的虚拟障碍。而人类及其它动物等没有带这个项圈时在穿过边界则不会受到干扰。宠物是聪明的，他们会逐渐学会避免穿越边界，留在安全的地方，从而确定宠物在设定的可活动区域范围内运动，避免可能出现的意外状况。另外，对于老人和孩子，无线通信设备可以是设置于移动设备中的警告装置，移动设备可以是智能手机、智能手表、带有电子设备的拐杖等，还可以是孩子喜爱的玩具等，在越界时，移动设备可以发出警告，并将警告信息发送到户主，由户主实时关注老人或者孩子的位置。

在本实施例中，也可以采用其它实现的方式。具体的，可以为活动点(如狗、老人、孩子等)配置定位导航模块，如DGPS(差分GPS)导航，在活动点运动时，导航模块可以计算具体的活动点离边界上的坐标点的最近距离，当距离为零时，即可发出报警。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对 上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。