专利名称：一种在有限空间中人员活动的感知方法
技术领域：
本发明涉及一种在有限不规则空间中人员活动的感知方法，属于通信和计算机技术领域。本发明还涉及一种应用本方法的参考系统。
背景技术：
在智慧城市等新兴领域中，普遍的趋势是采用物联的技术去采集各种物理世界的数据以达到对物理世界丰富信息的感知，从而形成新型融合型的业务系统。无线传感 网络典型地是属于物联网络的核心部分，为感知各种各样的物理特征提供了相应的网络通路，也为双向的交互提供了相应的网络通路。在为网络端点配置及连接上传感和执行装置后，我们可以在物联网络上设计提供各种各样的服务。由此，无线传感网络可以随时随地收集物理世界的信息。当因特网覆盖了世界的大部分空间的时候，无线传感网络可以辅助覆盖那部分未被因特网完全覆盖的“空间”，从而扩充了因特网的作用空间，使得将来的因特网通用服务可以“无所不在”。近几年，物联网络从标准、规范、方法及技术等众多方面得到的一定的发展，各种传感技术也不断创新，物联网络和因特网络的融合程度越来越高。本发明也是这种技术及业务融合潮流中的一种方法和技术。
发明内容
本发明的目的在于提出一种在有限不规则空间中人员活动的感知方法，基于一种综合的室内定位和状态感知的技术，可以实现室内人员活动的感知系统。本方法要求在该有限不规则空间中部署无线传感网络，活动人员在一般时间里佩带专用的适合佩带的随身设备。依赖于随身设备与室内无线传感网络的交互，实现对其中人员活动的定位和状态感知。本发明考虑在一个有限不规则空间中，空间基本封闭。典型的场景如一般的家庭居室及其中的功能单元，如客厅，卫生间，起居室，卧室，阳台等，需要对这样的或不规则的空间中确定特定物体是否存在，及其特定的运动特征或状态。该特定物体本文中称为被定位对象。有限不规则空间是一个功能空间的集合，在每个功能空间中至少部署一个特定感应物体，称为感应接受对象。该对象同时是无线传感网络中的一个承担路由功能的特殊节点，称为路由节点，同时配置了超声波接收器。感应接受对象在空间中的部署要求是安装在相对无遮挡的墙体角，使超声波接收器角居中并向下偏水平角45度左右，使得感应接受对象有相对好的超声波能量接收能力。被定位对象携带一个超声波发射器,称为随身节点。被定位对象按照特定的规则，编码一串规定信息编码，编码中包含标识被定位对象的信息。承载该规定编码的超声波在此有限不规则空间中发射、传递并形成多次的反射，由以上考虑部署位置和方向的感应接受对象有效检测到。每个被定位对象发射的超声波携带特定编码，感应接受对象验证该特定编码。这个编码在传输、反射的过程中受到环境噪声及反射过程的干扰。本方法采用被定位对象和感应接受对象之间协同的随机脉冲编码及解调技术，并且感应接受对象对接收到的超声波进行相关性检测。满足规定相关性要求的即认为检测到对应的被定位对象存在，根据接收能量的变化范围还可以确定被定位对象是否在活动状态。编码的分布性可以确保被定位对象识别的准确率。由此方法实现的系统，可以在一个规定的被定位对象和规定的有限不规则空间的集合中，有效地确定某个(组)有限不规则空间中是否存在某个被定位对象，检测该对象在其中不同功能空间中移动的状态，是否处于静止或活动过程中等，也可以感知该被定位对象的一些活动特征。一个参考系统实现此方法。规定一个空间，比如一个家庭空间，由若干相对封闭的功能空间的集合组成。在功能空间集合中部署一个由IEEE 802. 15. 4协议的无线传感网络。这个典型参考系统由一个网关节点，每个功能空间至少部署一个作为这个功能空间中感应接受对象的路由节点。随身节点在各功能空间中活动。其中路由节点、随身节点、网关 节点及为了系统功能而部署的其它类型的节点组成动态无线传感网络。每个节点完成自己的特定功能，而且网关节点是本网络的局部集中计算的节点。该网络的基础功能是在网关节点作为无线传感网络协调器的控制下，实现随身节点在该组功能空间中的定位及其移动状态和特征等的判断，实现对人员活动及活动特征的感知；并在感知的基础上，建立各类服务。本发明的核心特征是，基于对活动人员的定位不是相对于空间中某个物理点作为参考点建立位置描述的参考系，而是确定被定位的对象在该空间中是否存在。这样位置的描述是该活动人员在某个时间处于有限不规则空间中的某个子空间内。辅助其它的感知方式，可以确定其特定的运动特征，从而实现对活动人员状态的感知。
图I用于说明一个典型的系统部署示意 1.一个空间是若干功能空间的集合，每个功能空间中至少存在一个路由节点；
2.各路由节点按IEEE802. 15. 4规范进行无线组网；该通信网络中包括一个协调器对象(网关节点)，作为该系统中发起通信的控制者。图2用于说明一个感知过程 在感知过程中，定位要求由无线传感网络中的网关节点对象周期性发起；在初始化阶段，网关节点对网络中的所有感应接受对象进行配置，包括可识别的被定位对象的标识，用于相关性检测；感知过程由上述标准的对象序列图描述。
具体实施例方式本发明的目的提出一种在有限不规则空间中人员活动的感知方法，基于一种综合的室内定位和状态感知的技术，可以实现室内人员活动的感知系统。本方法要求活动人员在一般时间里佩带专用的适合佩带的随身设备，在该有限不规则空间中部署无线传感网络。依赖于随身设备与室内无线传感网络的交互，实现对其中人员活动的定位和状态感知。本发明考虑在一个有限不规则空间中，空间基本封闭。典型的场景如一般的家庭居室及其中的功能单元，如客厅，卫生间，起居室，卧室，阳台等，需要对这样的或不规则的空间中确定特定物体是否存在，及其特定的运动特征或状态。该特定物体本文中称为被定位对象。有限不规则空间是一个功能空间的集合，在每个功能空间中至少部署一个特定感应物体，称为感应接受对象。该对象同时是无线传感网络中的一个承担路由功能的特殊节点，称为路由节点，同时配置了超声波接收器。感应接受对象在空间中的部署要求是安装在相对无遮挡的墙体角，使超声波接收器角居中并向下偏水平角45度左右，使得感应接受对象有相对好的超声波能量接受能力。被定位对象携带一个超声波发射器,称为随身节点。被定位对象按照特定的规则，编码一串规定信息编码，编码中包含标识被定位对象的信息。承载该规定编码的超声波在此有限不规则空间中发射、传递并形成多次的反射，由以上考虑部署位置和方向的感应接 受对象有效检测到。每个被定位对象发射的超声波携带特定编码，感应接受对象验证该特定编码。这个编码在传输、反射的过程中受到环境噪声及反射过程的干扰。本方法采用被定位对象和感应接受对象之间协同的随机脉冲编码及解调技术，并且感应接受对象对接收到的超声波进行相关性检测。满足规定相关性要求的即认为检测到对应的被定位对象存在，根据接收能量的变化范围还可以确定被定位对象是否在活动状态。编码的分布性可以确保被定位对象识别的准确率。由此方法实现的系统，可以在一个规定的被定位对象和规定的有限不规则空间的集合中，有效地确定某个(组)有限不规则空间中是否存在某个被定位对象，检测该对象在其中不同功能空间中移动的状态，是否处于静止或活动过程中等，也可以感知该被定位对象的一些活动特征。一个参考系统实现此方法。规定一个空间，比如一个家庭空间，由若干相对封闭的功能空间的集合组成。在功能空间集合中部署一个由IEEE 802. 15. 4协议的无线传感网络。这个典型参考系统由一个网关节点，每个功能空间至少部署一个作为这个功能空间中感应接受对象的路由节点。随身节点在各功能空间中活动。其中路由节点、随身节点、网关节点及为了系统功能而部署的其它类型的节点组成动态无线传感网络。每个结点完成自己的特定功能，而且网关节点是本网络的局部集中计算的节点。该网络的基础功能是在网关节点作为无线传感网络协调器的控制下，实现随身节点在该组功能空间中的定位及其移动状态和特征等的判断，实现对人员活动及活动特征的感知；并在感知的基础上，建立各类服务。具体地，一个参考系统可以以如下的方式组成(见图I系统部署示意图)
1、一个空间是若干功能空间的集合，每个功能空间中至少存在一个路由节点；
2、各路由节点按IEEE802. 15. 4规范进行无线组网；该通信网络中包括一个协调器对象，作为该系统中发起通信的控制者，该对象又称网关节点。超声波传感器安装
在按照规定安装的功能空间中，路由节点兼感应接受对象，通常感应接受对象配置超声波感应传感器，并以近90度左右的扇面感应角接收超声波，一般安装在空间的角上。超声波感应传感器以下倾角45度左右安装，目的是最大可能接收直接或从地面、顶面、墙面或其它任何物体反射的超声波。活动人员佩带被定位对象，但在某些时刻可以离身，系统通过被定位对象和整个传感网络的状态设计感知模型。感知模型的基础表述如下
1、被定位对象的位置或基础状态描述
a)被定位对象离开了活动人员；
b)被定位对象随身，并存在于某个功能空间中；
c)被定位对象随身，并在某个功能空间中处于特定运动状态；
d)被定位对象随身，并在特定时间段内在不同功能空间中移动；
e)被定位对象随身，不能被检测到，并在某个功能空间中或整个空间的某一个功能空间中；
2、活动人员活动轨迹描述具体的活动轨迹描述由实际的系统设计。感知工作过程(见图2感知过程图)
1.被定位对象配置超声波发射器。协调器对象在定位周期中，如果判断随身节点离身，则通过系统状态独立判断活动人员的状态；否则，通过IEEE 802. 15. 4网络通道向被定位对象发起定位查询；
2.在被定位对象接收到检测指令后，按规定发射带自身编码信息的超声波；
3.所发射的超声波经过直接或反射被感应接受对象检测到；感应接受对象对接收到的信息编码进行相关性检测，如果达到指定的相关性值，即确认编码对应的被定位对象存在于该空间；被定位对象和感应接受对象互为标记定位状态；
4.路由节点和被定位对象通过能量变化标记被定位对象运动的状态；
5.路由节点和被定位对象各自进入节电状态；
6.系统定期汇总随身节点的状态，记录总结活动人员的活动轨迹，作为系统感知的
基础信息。实际的应用中，传感的类型有更多的形式可以确定人员活动的不同状态，这样在以上表述的基础上，可以构造新的状态，从而赋予人员感知以更丰富的内涵。
权利要求
1.一种在有限空间中人员活动的感知方法，其特征在于1-1)规定一个空间，由若干相对封闭的功能空间的集合组成；在功能空间集合中部署一个IEEE 802. 15. 4协议的无线传感网络；和1-2)超声波传感器安装目的是最大可能接收直接或地面反射的超声波；和 1-3) —个感知模型的基础表述用于决定本方法的基础目标；和 1-4) 一个感知工作过程表述本方法的基本实施步骤。
2.根据权利要求1-1中所述，其特征在于该网络由一个网关节点，每个功能空间至少部署一个作为这个功能空间中感应接受对象的路由节点；其中路由节点、随身节点、网关节点及为了系统功能而部署的其它类型的节点组成动态无线传感网络；每个随身节点有自己的标识码；网关节点周期性地启动无线网络通信。
3.根据权利要求1-2中所述超声波传感器安装，其特征在于在按照规定安装的功能空间中，路由节点兼感应接受对象，感应接受对象配置超声波感应传感器，并以近90度感应角接收，一般安装在空间的角上，超声波感应传感器以向下倾角45度左右安装。
4.根据权利要求1-3中所述，其特征在于4-1)被定位对象的位置或基础状态描述4-1-1)被定位对象离开了活动人员；4-1-2)被定位对象随身，并存在于某个功能空间中；4-1-3)被定位对象随身，并在某个功能空间中处于特定运动状态；4-1-4)被定位对象随身，并在特定时间段内在不同功能空间中移动；4-1-5)被定位对象随身，不能被检测到，并在某个功能空间中或整个空间的某一个功能空间中；4-2)活动人员活动轨迹描述由具体设计决定。
5.根据权利要求1-4中所述感知工作过程，其特征在于5-1)被定位对象配置超声波发射器；协调器对象在定位周期中，如果判断随身节点离身，则通过系统状态独立判断活动人员的状态；否则，通过IEEE 802. 15. 4网络通道向被定位对象发起定位查询；5-2)在被定位对象接收到检测指令后,按规定发射带自身编码信息的超声波；5-3)所发射的超声波经过直接或反射被感应接受对象检测到；感应接受对象对接收到的信息编码进行相关性检测，如果达到指定的相关性值，即确认编码对应的被定位对象存在于该空间；被定位对象和感应接受对象互为标记定位状态；5-4)路由节点和被定位对象通过能量变化标记被定位对象运动的状态；5-5)随身节点被确认后，发送位置信息到网关节点；随身节点被确认后，发送移动信息到网关节点；5-6)系统定期汇总随身节点的状态，记录总结活动人员的活动轨迹，作为系统感知的基础信息。
全文摘要
本发明的目的在于提出一种在有限不规则空间中人员活动的感知方法。基于一种综合的室内定位和状态感知技术，实现室内人员活动的感知系统。本发明要求活动人员在该有限不规则空间中部署无线传感网络，在一般时间里佩带专用随身设备。依赖于随身设备与室内无线传感网络的交互，实现对其中人员活动的定位和状态感知。本发明的核心特征不是相对于空间中某个物理点作为参考点建立位置描述的参考系，对活动人员的定位是确定被定位对象是否在特定空间中。此定位方法，辅助于其它的感知方式，可以确定其特定的运动特征；再根据特定领域的需求，建立感知模型，从而实现对活动人员的感知。本发明典型地可以用于对室内特定人群的监护。
文档编号H04W84/18GK102984822SQ20121053452
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者顾玉良, 王新社, 张斌 申请人:北京凯思昊鹏软件工程技术有限公司