一种救援人员室内协同定位装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种救援人员室内协同定位装置及方法，该系统包括至少3个惯导定位装置、多个单片机、多个ZigBee无线传感器网络节点、多个GPRS模块和远程服务器；各惯导定位装置分别安置在至少3个救援人员身上，所有救援人员身上均安置有单片机、ZigBee无线传感器网络节点和GPRS模块。本发明专利技术由部分救援人员携带惯导定位装置实现室内定位，通过ZigBee无线传感器网络构成实时定位网，在救援现场中为其他未携带惯导定位装置的救援人员提供位置数据。救援人员能够确认自身位置时可修正位置信息，修正动态定位网络的精度。指挥部可以实时掌握现场救援人员的位置和分布，且救援人员也能互相掌握自己及队友的位置信息，提高灾难救援效率以保证人身安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及室内定位、无线传感器网络和灾难救援领域，具体涉及。
技术介绍
在灾难救援活动中，冲锋在第一线的救援人员经常处于危险境地，其生命安全难以得到有效保障。救援人员无法了解自己和队员在室内的位置等信息，在出现危急情况的时候不能及时有效地相互支援，很容易导致伤亡。同时，指挥员和现场人员不能掌握救援人员的实施状况，无法立即对救援人员面对的情况做出正确判断和合理的指挥，严重影响了指挥效率。因此，对救援人员进行室内定位并使救援人员了解附近队员的情况是十分必要的。传统的GPS定位有效覆盖范围大，且定位导航信号免费。然而在实际环境中，GPS无法穿透建筑物的屋顶，室内往往无法收到GPS信号，从而无法使用GPS准确定位救援人员在室内的具体位置。惯导定位利用陀螺仪和加速度计，能够准确输出移动目标的位置和姿态信息。利用惯性导航设备进行室内定位精度较高，但是惯导设备成本较高，在使用数量上受限制。传感器网络具有自组织特点，可以构成实时定位网络，目前广泛应用于室内网络通信部署。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供。本专利技术的技术方案是:一种救援人员室内协同定位装置，包括至少3个惯导定位装置、多个单片机、多个ZigBee无线传感器网络节点、多个GPRS模块和远程服务器；各惯导定位装置分别安置在至少3个救援人员身上，所有救援人员身上均安置有单片机、ZigBee无线传感器网络节点和GPRS模块，惯导定位装置的输出端连接单片机的输入端;各ZigBee无线传感器网络节点形成ZigBee无线传感器网络，单片机通过GPRS模块与远程服务器建立无线通讯。所述ZigBee无线传感器网络节点用于通过ZigBee无线传感器网络实时发送其对应的救援人员所在的位置信息至其他救援人员的ZigBee无线传感器网络节点和实时接收其他救援人员的位置信息。所述惯导定位装置用于实时获取其对应救援人员运动的三轴加速度和三轴角速度并发送至单片机。所述单片机用于根据惯导定位装置获取的对应救援人员运动的三轴加速度和三轴角速度进行定位计算得到救援人员位置信息，或者根据ZigBee无线传感器网络节点传来的携带惯导定位装置的各救援人员的位置信息进行自身定位。所述GPRS模块用于将单片机传来的救援人员位置信息发送至远程服务器。所述远程服务器用于接收GPRS模块传来的救援人员位置信息并存至数据库。所述单片机连接有液晶显示模块，用于将救援现场的室内环境以室内建筑物平面图形式进行显示，并将各救援人员所在位置以坐标的形式显示在该室内建筑物平面图上并实时更新。所述单片机连接有操作按键模块，用于在现场救援过程中救援人员将其确定的位置信息手动输入单片机，对计算的位置信息进行修正。采用所述的一种救援人员室内协同定位装置进行救援人员室内协同定位的方法，包括如下步骤:步骤1:所有救援人员携带单片机、ZigBee无线传感器网络节点和GPRS模块，其中三名以上救援人员还携带有惯导定位装置；步骤2:对携带有惯导定位装置的救援人员进行初始定位，并通过测量该救援人员在当前位置的救援人员的三轴加速度得到重力加速度方向和大小；步骤3:将救援现场的室内环境以室内建筑物平面图形式通过液晶显示模块进行显示;步骤4:所有救援人员进入救援现场室内，惯导定位装置实时获取其对应救援人员运动的三轴加速度和三轴角速度并发送至单片机；步骤5:单片机根据惯导定位装置发送的三轴加速度和三轴角速度计算携带惯导定位装置的救援人员相对于初始定位位置坐标的位移，进而得到携带有惯导定位装置的救援人员当前位置；步骤6:通过GPRS模块将携带有惯导定位装置的救援人员当前位置信息发送至远程服务器，同时通过ZigBee无线传感器网络节点将携带有惯导定位装置的救援人员当前位置信息发送至其他救援人员；步骤7:未携带惯导定位装置的救援人员的ZigBee无线传感器网络节点实时获取三名携带有惯导定位装置的救援人员的RSSI数据，ZigBee无线传感器网络节点将该RSSI数据发送至其对应的单片机；步骤8:单片机根据获取的RSSI数据分别计算该未携带惯导定位装置的救援人员与该三名携带有惯导定位装置的救援人员的距离，并根据计算出的该未携带惯导定位装置的救援人员与该三名携带有惯导定位装置的救援人员的距离和该三名携带有惯导定位装置的救援人员的当前位置信息，采用三边定位方法计算自身的当前位置；步骤9:救援人员在现场救援过程中如确定其自身位置时，通过操作按键模块将其位置信息手动输入单片机，对计算的位置信息进行修正，将各救援人员所在位置以坐标的形式通过液晶显示模块显示在室内建筑物平面图上并实时更新。有益效果:本专利技术的救援人员室内协同定位装置及方法是由部分救援人员携带惯导定位装置实现室内定位，通过ZigBee无线传感器网络构成实时定位网，在救援现场中为其他未携带惯导定位装置的救援人员提供位置数据。当救援人员能够确认自身位置时，可以通过操作按键修正位置信息，使自己成为新的定位源，修正动态定位网络的精度。在此基础上，指挥部可以实时掌握现场救援人员的位置和分布，并且救援人员也能够互相了解和掌握自己及队友的位置信息，从而提高灾难救援效率以保证人身安全。通过少量的ZigBee无线传感器网络锚节点和信号强度测距，降低了昂贵的惯导定位装置的使用数量以节省成本。而且，由于ZigBee无线传感器网络能够动态自组织构成信息网络，不需要事先在建筑内安装设备，使本专利技术对于突发灾难救援具有很强的实际使用价值。【附图说明】图1为本专利技术【具体实施方式】的救援人员室内协同定位装置结构示意图；图2为本专利技术【具体实施方式】的单片机及其外围电路结构框图；图3为本专利技术【具体实施方式】的单片机电路原理图；图4为本专利技术【具体实施方式】的电压转换电路原理图；图5为本专利技术【具体实施方式】的液晶显示模块电路原理图；图6为本专利技术【具体实施方式】的操作按键模块电路原理图；图7为本专利技术【具体实施方式】的通讯电路原理图；图8为本专利技术【具体实施方式】的携带惯导定位装置的救援人员工作流程图；图9为本专利技术【具体实施方式】的未携带惯导定位装置的救援人员工作流程图；图10为本专利技术【具体实施方式】的救援人员室内协同定位方法流程图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】做详细说明。救援人员室内协同定位装置，包括至少3个惯导定位装置、多个单片机、多个ZigBee无线传感器网络节点、多个GPRS模块和远程服务器；各惯导定位装置分别安置在至少3个救援人员身上，所有救援人员身上均安置有单片机、ZigBee无线传感器网络节点和GPRS模块，惯导定位装置的输出端连接单片机的输入端。如图1所示，本实施方式中，有3个救援人员身上安置有惯导定位装置，将这三个救援人员设为救援人员A，其余救援人员为救援人员B。各ZigBee无线传感器网络节点形成ZigBee无线传感器网络，单片机通过GPRS模块与远程服务器建立无线通讯。ZigBee无线传感器网络节点用于通过ZigBee无线传感器网络实时发送其对应的救援人员所在的位置信息至其他救援人员的ZigBee无线传感器网络节点和实时接收其他救援人员的位置信息。本实施方式中，ZigBee无线传感器网络节点采用STM32W108CBU64，基于32位的ARM Cortex-M3处理器内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种救援人员室内协同定位装置，其特征在于：包括至少3个惯导定位装置、多个单片机、多个ZigBee无线传感器网络节点、多个GPRS模块和远程服务器；各惯导定位装置分别安置在至少3个救援人员身上，所有救援人员身上均安置有单片机、ZigBee无线传感器网络节点和GPRS模块，惯导定位装置的输出端连接单片机的输入端；各ZigBee无线传感器网络节点形成ZigBee无线传感器网络，单片机通过GPRS模块与远程服务器建立无线通讯。

【技术特征摘要】
1.一种救援人员室内协同定位装置，其特征在于:包括至少3个惯导定位装置、多个单片机、多个ZigBee无线传感器网络节点、多个GPRS模块和远程服务器； 各惯导定位装置分别安置在至少3个救援人员身上，所有救援人员身上均安置有单片机、ZigBee无线传感器网络节点和GPRS模块，惯导定位装置的输出端连接单片机的输入端; 各ZigBee无线传感器网络节点形成ZigBee无线传感器网络，单片机通过GPRS模块与远程服务器建立无线通讯。2.根据权利要求1所述的救援人员室内协同定位装置，其特征在于:所述ZigBee无线传感器网络节点用于通过ZigBee无线传感器网络实时发送其对应的救援人员所在的位置信息至其他救援人员的ZigBee无线传感器网络节点和实时接收其他救援人员的位置信肩、O3.根据权利要求1所述的救援人员室内协同定位装置，其特征在于:所述惯导定位装置用于实时获取其对应救援人员运动的三轴加速度和三轴角速度并发送至单片机。4.根据权利要求1所述的救援人员室内协同定位装置，其特征在于:所述单片机用于根据惯导定位装置获取的对应救援人员运动的三轴加速度和三轴角速度进行定位计算得到救援人员位置信息，或者根据ZigBee无线传感器网络节点传来的携带惯导定位装置的各救援人员的位置信息进行自身定位。5.根据权利要求1所述的救援人员室内协同定位装置，其特征在于:所述GPRS模块用于将单片机传来的救援人员位置信息发送至远程服务器。6.根据权利要求1所述的救援人员室内协同定位装置，其特征在于:所述远程服务器用于接收GPRS模块传来的救援人员位置信息并存至数据库。7.根据权利要求1所述的救援人员室内协同定位装置，其特征在于:所述单片机连接有液晶显示模块，用于将救援现场的室内环境以室内建筑物平面图形式进行显示，并将各救援人员所在位置以坐标的形式显示在该室内建筑物平面图上并实时更新。8.根据权利要求1所述的救援人员室内协同定位装置，其特征在于:所述单片机连接有操作按键模块，用于在现场救援过程...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玮康，王晓哲，赵宇明，谌炳汉，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21