专利名称：用于定位建筑物内人和/或物体的系统和方法
技术领域：
本发明总体涉及一种用于定位建筑物内人和/或物体的系统和方法。更具体地，本发明涉及一种用于定位建筑物或复杂的工业/商业结构中的人和/ 或物体的系统，其中所述建筑物或复杂的工业/商业结构中装有一系列的照明设备，所述系统具有特定的无线电频率装置，每个照明设备装备有一个合适的无线电收发机。
背景技术：
紧急照明系统目前是公知的，其包括一系列的照明设备，其中每个设备具有用于校正操作的自诊断装置。集中诊断的紧急照明系统也是公知的，其中中央管理单元收集所有的诊断信息并也允许操作者发送命令至不同的照明设备以同步合适操作的检查测试和设定所述装置自身。普通的照明系统也是公知的，其中每个照明装置组合无线电控制馈线，其能通过无线电从电子单元接收打开、关闭、调光设置等命令，并总通过无线电将诊断信息和实际能耗相关信息发送至电子单元自身。然而，在这些系统中，无线电通讯只是代替不同的照明设备和电子系统单元之间的物理连接，只允许获得一种其中无线通讯的系统。
发明内容
本发明的目的是扩展由无线电控制照明系统提供的功能，特别是，建立一种基于一组装备有无线电收发机的照明设备而用于定位建筑物内的人和/或物体的系统，其同时允许获得所述诊断信息的集中和照明设备自身和所有其功能的集中控制。本发明的其它目的是提供一种用于定位建筑物内的人和/或物体的系统，其与传统的定位系统相比允许更好的系统安装和更简单的维护。本发明的另一个目的是建立用于定位建筑物内的人和/或物体的系统，其与现有技术相比，考虑到其取得的优点，其特别有效，可靠和可信，又易于管理并花费有限。本发明的更进一步的目的是说明一种定位建筑物内的人和/或物体的方法，其可通过上面提到的定位系统实现。通过一种根据附加的权利要求1的用于定位建筑物内的人和/或物体的系统和一种根据附加的权利要求20的相关的定位方法获得这些和其它目的。在随后的从属权利要求中介绍了其它详细的技术特征。
通过下面的描述并通过附图，本发明的更进一步的目的和优点将变得更加清楚， 其下面的描述涉及一种用于定位建筑物内的人和/或物体优选的和示例性的但不局限的实施方式，附图如下
图1示意性地示出了根据本发明的一种用于定位建筑物内的人和/或物体的系统；图2是一个根据本发明的，用于定位建筑物内的人和/或物体的系统中使用的无线电控制照明设备的示意性分解图；图3是一个根据本发明的，用于定位建筑物内的人和/或物体的系统中使用的无线电装置的示意性的透视图；图4是一个根据本发明的，图3的用户的无线电装置的示意性的分解图；图5是一个根据本发明的，对于每个接收的无线电信息，通过每个无线电控制照明设备测量渡越时间(fligh time)的时间示意图；图6是一个根据本发明的，用于定位建筑物内的人和/或物体的系统中使用的每个无线电控制照明设备中出现的电子馈线的方块图；图7是一个根据本发明的，用于定位建筑物内的人和/或物体的系统中使用的用户的无线电装置的方块图；图8示意性的示出了一个根据本发明的，用于定位建筑物内的人和/或物体的系统的另一个实施方式；图9示出了一种工业或商业的设施地图的实例，其中该设施地图具有若干建筑物和包含在产业内的建筑物的外部区域，其中可以使用根据本发明获得的用于定位人和/或物体的系统。
具体实施例方式参考附图所涉及的，1，2，3，4，5，6和7表示了多个无线电控制照明设备，8和9表示了一个或多个用户的无线电装置或目标装置，同时10表示监控和控制系统的电子单元， 其附有屏幕，所述屏幕用于在三维图上显示无线电装置8，9和/或任何个人计算机如显示装置的位置，和11表示一个或多个的便携式终端，在其显示屏上显示无线装置8，9位置的三维图。每个无线电控制照明1，2，3，4，5，6，7大体上包括一个基础包装或外壳15，其具有用于安放的吊钩16、透明聚碳酸酯盖子17，其中设置有一个或多个的光源18 (荧光管或发光二极管或高压放电灯)，所述光源与各个灯座19连接，反射镜20和电子馈线M，其具有相关的终端板25，其包括直接序列扩频(DSSQ无线电收发机和天线以及-由供电系统所吸收的功率和能量的计量计；-由光源18发出的光照射的面反射的光的计量计或传感器21；-任何可选择的电源电池22和用于给所述光源18和无线电收发机馈电的相关电子电路，在没有所述供电系统时，其与每个装置1，2，3，4，5，6，7连接；-任何可选择的，被动红外(PIR)或无线电波型，多普勒效应和高频(>IOGHz)近距离传感器23，能够探测所述照明设备1，2，3，4，5，6，7附近的人体的存在。每个用户的目标装置8，9是电子便携式装置，例如可佩戴的如手镯或口袋或其能通过扣件沈插入带子中，以及所述用户的目标装置包括由底部27和盖子观组成的塑料密封，其中具有电子电路四，所述电子电路具有内置的直接序列扩频(DSSQ无线电收发机32 和天线，该塑料密封还安置有三轴加速器和电池或可再充电的或初级类型的舌簧(REED)
5式磁性传感器33，所述传感器插入到具有盖31的隔室30中，以及用于对电池充电的可感应再充电系统和具有垫圈35的任意按钮34，所述按钮可由用户操作以发送信号。作为本发明的目标，用于定位建筑物内的人和/或物体的系统的操作，本质上如下。所述照明设备1，2，3，4，5，6和7处于建筑物内的固定位置，并且各自的照明设备 1-7的每个无线电收发机的特征在于是“扩频”调制直接序列(DSSQ扩频类型(更通常 FH-DSSS类型，S卩，“频率跳变直接序列扩频”)。此外，对于每个所接收的无线电消息，每个无线电收发机被装备有电路，其能测量所述接收信号(RSSI，“接收信号强度指示器”)的幅度和渡越时间(T0F，“渡越时间”)。特别地，所述RSSI电路在天线放大器的输出端以分贝计量形式测量模拟信号的幅度。因为在无线电波的传播现象中，衰减是发送器和接收器之间距离D的函数(接收功率在露天按照规则1/D2减少，在建筑物内按照规则1/D4减少)通过测量接收信号的幅度，能够估计两个元件之间的距离D。使用TOF的测量电路代替传播消息“ping-pong”的延迟的测量，例如如附图5所示，所述消息在收发节点之间交换，其传输信号TxA至B和从B接收信号RxA，和收发节点 B，其传输响应信号TxB至A和从A接收信号RxB，其通过时间示意图而示出。清楚的是，因为Tmsg和Tp是预定时间，其由高精度石英晶体振荡器决定并被收发机A和B获知，如果所述收发机A能足够精确地测量Tdel时间，则同样能根据下面的方程计算ToF时间ToF = (Tdel-2*Tmsg_Tp)/2所述ToF时间测量具有与距离D线性相关的优点，因为所述传播时间Tp由无线电波的传播速度决定，所述无线电波的传播速度为恒定的速度发生并与c = 300，000km/s相等，以及计算D = c*ToF。例如，ToF = 3. 3ns 相应 D = lm。用于测量所述ToF的已知技术是基于重复和/或平均测量以获得与噪声和其它导致这种技术的不精确典型的因素的统计上的充分独立性，但是由于无线电波的多个传播路径，所述技术均具有局限性，其中，通常在室内环境，甚至很可能引入相当大的误差，因为两节点之间的无线电连接经常不直接发生，而是通过，从在与以给定时间通讯的两个节点远距的物体上的反射。此外，这种不精确性在所述RSSI技术和ToF技术都不同程度的突出。根据本发明，每个照明设备1-7的所述无线电收发机交换两种类型的消息，即信息消息13和定位消肩、12ο信息消息13允许网络携带信息从一个节点至网络的另一个节点并运输信息至系统的单元10和终端11。这些消息13携带由单元10给出的命令至所述照明设备1-7和用户的无线电装置 8，9和，此外，从所述照明设备1-7和无线电装置8，9携带控制和诊断信息至系统的单元10 和终端11。照明设备1-7之间的信息消息13的连接允许从一个端点至网络自身(其是一种“网状”型网络)的另一节点的所述信息消息13自身的最有效的路由选择。根据已知的最佳路径的鉴别算法，依赖于网络需要动态修改路由，此时所述无线电的互相的结构依赖于所述节点相互间的无线电有效性和可见度而动态修改。所述网络可经常地成形作为无线电连接的变化的物理条件的结果，以总是确保网络的任何两个节点之间所述信息消息13的传递，即使所述系统具有非常大的尺寸；这是由从一个节点至相邻的节点的信息消息的多次重复的可能性所保证的。定位消息12被优化以便测量无线电收发机对之间的距离和同时能携带小尺寸的信息内容。为了定位，所述照明设备1-7处于所述系统已知的固定位置，并且特别地，每个照明设备1-7通过对于系统已知的三维笛卡尔坐标(Xj，Yj, Zj)描述。当用户的无线电装置或目标8必须决定自身的位置，发送几个定位消息至所有固定的节点，其处于无线电可见度内(即附图1中的所述照明设备1，2，3，4和6)和，然后，所述目标装置8使用RSSI和ToF技术获得来自每个固定询问的网络照明设备的每个距离的一对测量值。特别地，所述目标装置8取得所有下面的数值[Dtof (8-1)，Dkssi (8-1)]，[DToF(8-2), Dessi(8-2)],[DToF(8-3), Dessi(8-3)],[DToF(8-4), Dessi(8-4)],[DToF(8-6), Dessi(8-6)],它们是来自五个询问的固定的照明设备的十个距离数值，其可通过无线电网络被容易地传输至系统的电子单元10和，特别地，在附图1的例子中，通过所述照明设备3和5 之间和照明设备5和单元10之间的连接13或通过照明设备4和5以及单元10之间的连接13。系统的所述电子单元10，接收五对距离[DT。F(8_j)，DKSSI(8_j)]，通过计算两个三维坐标[U8T。F，y8T。F，z8T。F)，(X8kssi，ySKSSI，Z8kssi)]而处理所述目标装置8的位置的两种不同估计，所述三维坐标来自于距离队。…-]·)』·…-]·)]」=^^和已知位置(Xl，yi，Zl)，(x2，
y2，Z2) (X3，又3，(x4，Υ4' ，Υθ' 0为了计算所述目标8的坐标的估计值，至少需要来自节点1，2，3，4和6的五个距离中的三个距离，使用三角测量的方法。相似地，所述系统能够以有关距离的测量为基础定位目标装置9[DToF(9-3), Dessi(9-3)],[DToF(9-6), Dessi(9-6)],[DToF(9-5), Dessi(9-5)],[DToF(9-7), Dessi(9-7)],所述电子单元10然后可计算，在任意时间，所述系统的每个目标装置8，9的位置的至少一对估计值，根据时间ToF计算其中一个值和通过RSSI计算另一个值。通常，对于每个目标可以获得2Ν距离(N为固定设备，所述目标能够与之通信和通过该装置能够测量距离并且2为每个距离的测量的方法)。
为了计算所述目标的一个三维坐标，至少需要k = 3的距离，使用三角测量的方法。因此，在无线电能见度内具有N个固定设备的情况，对于每种方法，可以测量N个距离和计算位置，其中Pn = Dn,κ/Κ ！，有 Dn, κ = N* (N_l) * (Ν-2) *... * (Ν-Κ+1) ·例如，如果N = 5，同时k = 3，= 10，对于所述距离测量的每个方法，可获得目标位置的不同估计值。通过配置两个测量方法，每个目标的可能估计值实际为两倍，即2*IV在实施例中 2*10 = 20。为了获得一个更大量的信息以提高统计数量和估计的优势，所述系统计算超过 2*Pn个位置。当然，所述系统也计算通过两个不同的方法ToF和RSSI测量的距离的混合组合相关的所有位置，从该组合中排除采用两种方法所计算的相同部分出现的那些位置，因为其可以有意义的计算相同“部分”中用两种不同的方法测量的两个距离的三角测量。在前面的例子中，具有设备1，2，3，4和6与视域目标8相关，所有下面三维组合被排除在外[Dtof (8-1)，Dksi (8-1)，Dx]，有Dx = Dtof(8-J)，J = (2,3,4,6)和Dx = Dessi (8-J)，J = (2,3,4,6)[Dtof (8-2)，Dksi (8-2)，Dx]，有Dx = DT。F(8-J)，J = (1，3，4，6)和Dx = Dessi (8-J)，J = (1,3,4,6)[Dtof (8-3)，Dessi (8-3)，Dx]，有Dx = DT。F(8-J)，J = (1，2，4，6)和Dx = Dessi (8-J)，J = (1,2,4,6)[Dtof (8-4)，Dessi (8-4)，Dx]，有Dx = DT。F(8-J)，J = (1，2，3，6)和Dx = Dessi (8-J), J = 1,2,3,6)[Dtof (8-6)，Dessi (8-6)，Dx]，有Dx = DT。F(8-J)，J = (1，2，3，4)和Dx = Dessi (8-J), J = 1,2,3,4)在该实例中，从P2N = D2n,κ/Κ ！ =P10 = D10,3/3 ！ = 120中排除四十个组合是一个问题，并且在这样一个例子中八十个由该系统计算的组合保持有效。这里然后在该实例中，所述目标8的位置的八十个估计值，源自2Ν= 10个测量值，所述测量值采用两种方法ToF和RSSI对来自目标8的N = 5的距离的测量。更通常地，对于由一个目标可见的N个设备的任意组，所述系统计算Pt位置，有Pt = 2*Pn+2*N* (Dn^1j k/ (K-I) ！ )，K = 3 禾口有Dn-U= (N-I) * (N-2) *...* (N-K+1)，禾口Pn = Dn, κ/Κ ！，有 Dn, κ = N* (N_l) * (Ν-2) *…* (Ν-Κ+1)。
下面的表格总结了卩仏2*1\和2*n* (Drk/(K-I) ！)对于不同的N值和K = 3时
的值
权利要求
1.一种用于定位建筑物GO)内人和/或物体的系统，包括多个无线电控制的照明设备 (1-7)，一个或多个用户的无线电装置(8，9)，控制和管理系统并显示所述用户的无线电装置(8，9)的位置的至少一个电子单元(10)，和用于显示所述用户的无线电设备(8，9)位置的一个或多个便携式终端(11，14)，其特征是在所述照明设备(1-7)被安装在建筑物GO) 内的已知的和预定的位置并包括具有FH-DSSS调制的对应无线电收发机，所述无线电收发机具有电路RSSI，ToF，其适于对每个发送或接收的消息或无线电信号测量所述接收的无线电信号的幅度和/或由第一无线电收发机发送的第一无线电信号TXA和由第二无线电收发机接收的第二无线电信号RXB之间的由于所述第一无线电信号TXA的传输而导致传播延迟，以获得一个照明设备(1-7)和另一个之间存在的距离(D)的估计值。
2.如权利要求1所述的定位系统，其特征是每个照明设备(1-7)包括至少一个由电源吸收的功率和电力的测量仪和至少一个发光面反射的光的传感器。
3.如权利要求1所述的定位系统，其特征是每个照明设备(1-7)包括至少一个近距离传感器(23)，适于探测靠近所述设备(1-7)的人员的存在。
4.如权利要求1所述的定位系统，其特征是每个用户的无线电装置(8，9)是具有集成的DSSS无线电收发机(3 的便携式装置。
5.如权利要求1所述的定位系统，其特征是每个用户的无线电装置(8，9)包括供电电池、至少一个加速度计和至少一个磁性传感器(33)。
6.如权利要求1所述的定位系统，其特征是每个用户的无线电装置(8，9)存在至少一个按钮(3，4)，其可被用户操作以发送信号。
7.如权利要求1所述的定位系统，其特征是所述照明装设备(1-7)的无线电收发机互相交换信息型的消息(13)和定位消息(12)。
8.如权利要求7所述的定位系统，其特征是所述信息型的消息(13)从一个照明设备 (1-7)传输至另一个并被传送至所述电子单元(10)和所述便携式终端(11，14)，所述信息型的消息(13)包括由所述电子单元(10)给出的至所述照明设备(1-7)和用户的无线电装置(8，9)的命令，以及控制和诊断信息，所述控制和诊断信息由所述照明设备(1-7)和用户的无线电装置(8，9)发送至系统的所述控制单元(10)和便携式终端(11，14)。
9.如权利要求7所述的定位系统，其特征是所述定位消息(12)适于测量无线电收发机对之间的距离。
10.如权利要求7所述的定位系统，其特征是所述定位消息(12)传送小尺寸的信息内容。
11.如权利要求7所述的定位系统，其特征是通过至少一个用户的无线电装置(8，9)经由无线电发送多个定位消息(12)至一系列固定的在无线电的可见度内的照明设备(1-4， 6)以确定其自身的位置，以获得所述用户的无线电装置(8，9)和所述系列的每个固定的照明设备(1_4，6)之间存在的每个距离的至少一对测量数值，所述数值的对被发送至所述电子单元(10)，其根据所述用户的无线电装置(8，9)和所述固定的照明设备(1-7)之间的距离的多个可能的混合组合计算所述用户的无线电装置(8，9)的估计位置。
12.如权利要求1所述的定位系统，其特征是所述便携式终端(11，14)使用所述照明设备(1-7)用作节点和/或固定的无线电收发机，而与所述电子单元(10)交换信息消息 (13)，以获得所述用户的无线电装置(8，9)的位置。
13.如权利要求1所述的定位系统，其特征是，在安装中，探测所述多个照明设备(1-7) 中的一些的位置。
14.如权利要求6所述的定位系统，其特征是所述发送信号按钮(34)适于发送帮助消息至所述电子单元(10)。
15.如权利要求1所述的定位系统，其特征是所述用户的无线电装置(8，9)包括至少一个加速度计，以用于在预定时期探测所述装置(8，9)的运动的存在和/或消失。
16.如权利要求1的定位系统，其特征是所述照明设备(1-7)包括至少一个电子馈线 (24)，其包括微控制器A6和可调节强度类型的电源站Al，A2，A3，所述电源站用于向一个或多个光源(18)馈电。
17.如权利要求1所述的定位系统，其特征是所述用户的无线电装置(8，9)包括微控制器T3，其控制所述装置(8，9)的功能和管理无线电收发机(32)，还包括馈线Tl和至少一个磁性传感器，其允许在所述装置(8，9)不使用时自动关闭装置(8，9)。
18.如权利要求1所述的定位系统，其特征是所述便携式终端(11，14)包括无线电收发机，适于测量所述终端(11，14)和至少部分所述照明设备(1_4，6)之间的距离，因此所述终端(11，14)能被用户用作建筑物内的导航器以得知在任何时刻他自己的位置。
19.如权利要求1所述的定位系统，其特征是所述用户的无线电装置(8，9)和所述便携式终端(11，14)包括GPS接收器，其允许在露天区域定位功能的使用，所述GPS接收器也位于所述电子单元(10)的内部而且所述照明设备(1-7，36)被用作消息转发器。
20.一种用于定位建筑物GO)内的人和/或物体的方法，其特征是通过一种如权利要求1所述的定位系统进行实现。
全文摘要
一种用于定位建筑物(40)内的人和/或物体的系统，包括一系列无线电控制的照明设备(1-7)，一个或多个的用户的无线电装置(8，9)，控制和管理系统并显示所述用户的无线电装置(8，9)的位置的电子单元(10)和用于显示所述用户的无线电装置(8，9)的位置的一个和更多的便携式终端(11，14)；所述照明设备(1-7)被安装在建筑物(40)内的已知和预定的位置并包括具有FH-DSSS调制的对应无线电收发机，所述无线电收发机具有电路(RSSI，ToF)，其适于对每个发送或接收的消息或无线电信号测量所述接收的无线电信号的幅度和/或由第一无线电收发机发射的第一无线电信号(TXA)和由第二无线电收发机接收的第二无线电信号(RXB)之间的由于第一无线电信号(TXA)传输而导致的传播延迟，以获得照明设备(1-7)和另一个之间存在的距离(D)的估计值。
文档编号H04W64/00GK102170294SQ20111005912
公开日2011年8月31日 申请日期2011年1月27日 优先权日2010年1月27日
发明者G·P·贝格利 申请人:贝格利服务有限责任公司