单兵安全定位导向操作系统及其应用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种单兵安全定位导向操作系统及其应用方法，由单兵定位导向识别仪、无线通讯模块和计算机系统组成，单兵定位导向识别仪由与仅可读或可读写的无源RFID标签对应的RFID读写器模块、主控制器和随动无线通讯收发模块构成；事先需在密闭空间内墙体和安防设施上布放无源RFID标签，利用GIS将标签编号及该密闭空间的3D虚拟数字建模数据录入计算机系统和/或服务器，当救援人员携带单兵定位导向识别仪进入密闭空间内后，单兵定位导向识别仪自动读取附近标签的坐标位置信息，并无线发送至计算机系统和/或服务器，并将该信息通报、提示救援人员。本发明专利技术具备在密闭空间内进行定位导向和识别安防设备的功能，提高救援效率，最大限度降低生命和财产损失。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及安防
或密闭空间内的感应识别导向
，特别是。
技术介绍
目前现有的应用于定位技术主要有红外线室内定位技术、蓝牙定位、WIFI网络、蓝牙技术、超宽带技术等。红外线室内定位技术红外线室内定位技术定位的原理是，红外线顶标识发射调制的红外射线，通过安装在室内的光学传感器接收进行定位，虽然红外线具有相对较高的室内定位精度，但是由于光线不能穿过障碍物，使得红外射线仅能视距传播，直线视距和传输距离较短这两大主要缺点使其室内定位的效果很差，当标识放在口袋里或者有墙壁及其他遮挡时就不能正常工作，需要在每个房间、走廊安装接收天线，造价较高，因此，红外线只适合短距离传播，而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰，在精确定位上有局限性。超声波定位技术超声波测距主要采用反射式测距法，通过三角定位等算法确定物体的位置，即发射超声波并接收由被测物产生的回波，根据回波与发射波的时间差计算出待测距离，有的则采用单向测距法。超声波定位系统可由若干个应答器和一个主测距器组成，主测距器放置在被测物体上，在微机指令信号的作用下向位置固定的应答器发射同频率的无线电信号，应答器在收到无线电信号后同时向主测距器发射超声波信号，得到主测距器与各个应答器之间的距离。当同时有3个或3个以上不在同一直线上的应答器做出回应时，可以根据相关计算确定出被测物体所在的二维坐标系下的位置。超声波定位整体定位精度较高，结构简单，但超声波受多径效应和非视距传播影响很大，同时需要大量的底层硬件设施投资，成本太高。蓝牙技术蓝牙技术通过测量信号强度进行定位。这是一种短距离低功耗的无线传输技术，在室内安装适当的蓝牙局域网接入点，把网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网(Piconet)的主设备，就可以获得用户的位置信息。蓝牙技术主要应用于小范围定位，例如单层大厅或仓库；蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、易于集成在PDA、PC以及手机中，因此很容易推广普及。理论上，对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备的用户，只要设备的蓝牙功能开启，蓝牙室内定位系统就能够对其进行位置判断。采用该技术作室内短距离定位时容易发现设备且信号传输不受视距的影响。其不足在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵，而且对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大，WIFI网络定位也是具有与其蓝牙技术大致一样的问题。超宽带技术超宽带技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。超宽带可用于室内精确定位，例如战场士兵的位置发现、机器人运动跟踪等。超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度，虽然整体的定位精度较高，但是需要大量的底层硬件设备，因此存在成本较高的缺点ο当前，在现有的安防
，如现场火灾救援时，消防员在进入发生火灾的建筑，需要即时使用建筑各个通道内的消防设备是完全扑灭建筑内火灾的一个重要必备消防程序，尤其是在多层或高层或超高层建筑发生火灾后，由于消防员缺乏必要的消防设备识别装置和室内导向装置(注GPS等卫星定位装置更适用于露天定位，不适用于阻隔电磁波传播的密闭空间内定位)，楼道或通道内因火燃烧导致而充斥的弥漫烟雾会导致能见度过低，致使消防员(楼道或通道内视野范围过于狭窄，危险可能性较高)在建筑内无法看清或看不见楼道或通道内的消防设备的具体布放位置及房门位置，甚至以至于无法判断自己所在的确切位置和方向，不仅耗费了宝贵的救援时间，而且错失最佳实施救援生命和最大限度避免财产烧毁的机会，这无疑对现场整体灭火工作造成影响，最终造成财产或生命的损失，妨碍现场灭火救援行动顺利、有序和高效的实施和进行。同样，在消防灭火救援、国防工程、人防工程、井下、市政设施、地下管网、海洋大型舰船和海洋钻井平台等密闭空间内，GPS等卫星定位装置无法发挥其定位导向作用，尤其是在上述密闭空间内发生安全危险如火灾、危险气体泄露、断电、氧气供应停止、危险动物散离、生物实验体传播瘟疫、疾病或病菌、恐怖分子劫持人质或操控危险武器设备等，救援人员(包括消防人员、反恐部队、特种武警等)由于缺乏必要的定位、导向装置，因此无法有效精准地开展对困于上述密闭空间内的人员(或其它生命体)或财产进行救援行动，同时位于密闭空间内的被施救人员也无法有效进行自我救助。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单兵安全定位导向操作系统，同时具备在密闭空间内进行定位导向和识别安防设备、设施的功能，提高救援人员在密闭空间的救援效率，也有助于在密闭空间内被救援人员的自我救助，最大限度地降低生命和财产损失。本专利技术的目的是这样实现的一种单兵安全定位导向操作系统，由单兵定位导向识别仪、无线通讯模块和计算机系统组成；所述的单兵定位导向识别仪由与仅可读或可读写的无源RFID标签对应的RFID读写器模块、主控制器和随动无线通讯收发模块构成，计算机系统通过主无线通讯收发模块收发无线电信号，RFID读写器模块可通过其收发天线从无源RFID标签感应反馈的标识信息传入主控制器，且主控制器可依次通过RFID读写器模块可无线重复改录无源RFID标签中芯片存储的标识信息，主控制器将从无源RFID标签感应反馈的标识信息由随动无线通讯收发模块转换成无线电载波信号发送至主无线通讯收发模块，计算机系统通过主无线通讯收发模块接收上述各个无源RFID标签反馈的标识信息并将其标识信息转换成无线电音频信号，使主控制器经随动无线通讯收发模块将该无线电音频信号接收、转换成音频电流输出至与其音频输出端口连接的耳机以驱动该耳机发出声波信号，或者主控制器直接将相应无源RFID标签的标识信息转换成音频电流，输出至与主控制器音频输出端口连接的耳机以驱动该耳机发出声波信号；上述随动无线通讯收发模块、主控制器、RFID读写器模块及与主控制器音频输出端口连接的耳机构成定位识别装置；所述计算机系统可无线与每套定位识别装置进行现场语音通信，将现场语音通信的信号通过主无线通讯收发模块转换成无线电语音信号发送至每套定位识别装置，每套定位识别装置中的主控制器通过随动无线通讯收发模块将该无线电语音信号接收、转换成音频电流输出至与主控制器音频输出端口连接的耳机以驱动该耳机发出声波信号。本专利技术的目的在于提供一种单兵安全定位导向操作系统的应用方法，同时具备在密闭空间内进行定位导向和识别安防设备、设施的功能，提高救援人员在密闭空间的救援效率，也有助于在密闭空间内被救援人员的自我救助，最大限度地降低生命和财产损失。本专利技术的目的是这样实现的一种单兵安全定位导向操作系统的应用方法，包括安装于上述计算机系统内的可录入有本地区平面坐标地图的二维GIS或者可录入建筑实体的3D虚拟建模的三维GIS、三维建模系统以及通信系统、RFID标签读写器，所述的GIS为 Geographic Information System”的简写-地理信息系统；其方法为A-事先设置的方法事先在所有密闭空间内布置合理数本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种单兵安全定位导向操作系统，其特征是：由单兵定位导向识别仪（１５）、无线通讯模块和计算机系统（１３）组成；所述的单兵定位导向识别仪（１５）由与仅可读或可读写的无源ＲＦＩＤ标签（１）对应的ＲＦＩＤ读写器模块（２）、主控制器（３）和随动无线通讯收发模块（７）构成，计算机系统（１３）通过主无线通讯收发模块（１４）收发无线电信号，ＲＦＩＤ读写器模块（２）可通过其收发天线从无源ＲＦＩＤ标签（１）感应反馈的标识信息传入主控制器（３），且主控制器（３）可依次通过ＲＦＩＤ读写器模块（２）可无线重复改录无源ＲＦＩＤ标签（１）中芯片存储的标识信息，主控制器（３）将从无源ＲＦＩＤ标签（１）感应反馈的标识信息由随动无线通讯收发模块（７）转换成无线电载波信号发送至主无线通讯收发模块（１４），计算机系统（１３）通过主无线通讯收发模块（１４）接收上述各个无源ＲＦＩＤ标签（１）反馈的标识信息并将其标识信息转换成无线电音频信号，使主控制器（３）经随动无线通讯收发模块（７）将该无线电音频信号接收、转换成音频电流输出至与其音频输出端口连接的耳机（４）以驱动该耳机（４）发出声波信号，或者主控制器（３）直接将相应无源ＲＦＩＤ标签（１）的标识信息转换成音频电流，输出至与主控制器（３）音频输出端口连接的耳机（４）以驱动该耳机（４）发出声波信号；上述随动无线通讯收发模块（７）、主控制器（３）、ＲＦＩＤ读写器模块（２）及与主控制器（３）音频输出端口连接的耳机（４）构成定位识别装置；所述计算机系统（１３）可无线与每套定位识别装置进行现场语音通信，将现场语音通信的信号通过主无线通讯收发模块（１４）转换成无线电语音信号发送至每套定位识别装置，每套定位识别装置中的主控制器（３）通过随动无线通讯收发模块（７）将该无线电语音信号接收、转换成音频电流输出至与主控制器（３）音频输出端口连接的耳机（４）以驱动该耳机（４）发出声波信号。...

【技术特征摘要】
1.一种单兵安全定位导向操作系统，其特征是由单兵定位导向识别仪(15)、无线通讯模块和计算机系统(1 组成；所述的单兵定位导向识别仪(15)由与仅可读或可读写的无源RFID标签(1)对应的 RFID读写器模块O)、主控制器(3)和随动无线通讯收发模块(7)构成，计算机系统(13) 通过主无线通讯收发模块(14)收发无线电信号，RFID读写器模块(2)可通过其收发天线从无源RFID标签(1)感应反馈的标识信息传入主控制器(3)，且主控制器C3)可依次通过 RFID读写器模块(2)可无线重复改录无源RFID标签(1)中芯片存储的标识信息，主控制器(3)将从无源RFID标签(1)感应反馈的标识信息由随动无线通讯收发模块(7)转换成无线电载波信号发送至主无线通讯收发模块(14)，计算机系统(13)通过主无线通讯收发模块(14)接收上述各个无源RFID标签(1)反馈的标识信息并将其标识信息转换成无线电音频信号，使主控制器C3)经随动无线通讯收发模块(7)将该无线电音频信号接收、转换成音频电流输出至与其音频输出端口连接的耳机以驱动该耳机(4)发出声波信号，或者主控制器C3)直接将相应无源RFID标签(1)的标识信息转换成音频电流，输出至与主控制器C3)音频输出端口连接的耳机以驱动该耳机(4)发出声波信号；上述随动无线通讯收发模块(7)、主控制器(3)、RFID读写器模块( 及与主控制器C3)音频输出端口连接的耳机(4)构成定位识别装置；所述计算机系统(1 可无线与每套定位识别装置进行现场语音通信，将现场语音通信的信号通过主无线通讯收发模块(14)转换成无线电语音信号发送至每套定位识别装置，每套定位识别装置中的主控制器C3)通过随动无线通讯收发模块(7)将该无线电语音信号接收、转换成音频电流输出至与主控制器C3)音频输出端口连接的耳机以驱动该耳机(4)发出声波信号。2.根据权利要求1所述的单兵安全定位导向操作系统，其特征是所述的主控制器(3) 其信号输入端还分别配合连接着呼吸传感器(8)、血压传感器(9)、脉搏传感器(11)和体温传感器(12)，主控制器C3)将呼吸传感器(8)、血压传感器(9)、脉搏传感器(11)和体温传感器(1 分别测得的呼吸压力、血压、脉搏频次和体温四项生命体征参数信号通过随动无线通讯收发模块(7)无线传送至主无线通讯收发模块(14)，计算机系统(13)通过主无线通讯收发模块(14)接收上述四项生命体征参数信号并将其参数信号转换成视频信号在其显示器上输出显示，并/或使主控制器C3)经随动无线通讯收发模块(7)将上述参数信号接收、转换成音频电流输出至与主控制器C3)音频输出端口连接的耳机G)，以驱动该耳机 (4)发出声波信号。3.根据权利要求2所述的单兵安全定位导向操作系统，其特征是所述的主控制器(3) 其信号输入端口还配合连接着心率传感器(10)，主控制器C3)将心率传感器(10)测得的心跳频次信号通过随动无线通讯收发模块(7)无线传送至主无线通讯收发模块(14)，计算机系统(1 通过主无线通讯收发模块(14)接收上述心跳频次信号，并将该心跳频次信号转换成视频信号，以使其在计算机系统(1 的显示器上输出显示，并/或使主控制器(3)经随动无线通讯收发模块(7)将上述心跳频次信号无线接收、转换成音频电流输出至与主控制器C3)音频输出端口连接的耳机以驱动该耳机(4)发出声波信号；所述的主控制器 (3)其视频信号输出端口或I/O端口通过驱动电路还连接着视屏显示器(5)，主控制器(3) 将呼吸传感器(8)、血压传感器(9)、脉搏传感器(11)和体温传感器(1 分别测得的呼吸压力、血压、脉搏频次和体温四项生命体征参数信号转换成视频信号，以使其在视屏显示器 (5)上输出显示，并/或通过随动无线通讯收发模块(7)无线传送至主无线通讯收发模块 (14)，计算机系统(1 通过主无线通讯收发模块(14)接收上述四项生命体征参数信号，以使其转换为视频信号在计算机系统(1 显示器上输出显示；所述的主控制器C3)其信号输入端还连接有可将方向指示信号显示在视屏显示器( 上的方向传感器。4.根据权利要求3所述的单兵安全定位导向操作系统，其特征是所述的主控制器(3) 其信号输入端口还配合连接着心率传感器(10)，主控制器C3)将心率传感器(10)测得的心跳频次信号转换成视频信号，以使其在视屏显示器( 上输出显示；主控制器C3)其音频输入端口还连接着可将声能转换成音频电流信号的受话器(6)，主控制器C3)将受话器(6) 产生的音频电流信号通过随动无线通讯收发模块(7)传送至主无线通讯收发模块(14)，并由计算机系统(1 接收、转换为音频电流信号输出至扬声器，以驱动该扬声器输出声波。5.根据权利要求1或3所述的单兵安全定位导向操作系统，其特征是所述的一套定位识别装置其主控制器( 可将经受话器(6)输入的人工语音信号通过随动无线通讯收发模块(7)转换成无线电语音信号发送至另一套定位识别装置，在另一套定位识别装置中， 主控制器C3)通过随动无线通讯收发模块(7)将该无线电语音信号接收、转换成音频电流输出至耳机(4)以驱动该耳机(4)发出声波信号；主无线通讯收发模块(14)和随动无线通讯收发模块(7)之间以及两套定位识别装置中各自的随动无线通讯收发模块(7)之间相配合连接的无线电其通信协议标准为TD-SCDMA、TD-LTE或Zigbee或WiMax ；主控制器(3)的音频输出端口通过无线蓝牙使耳机(4)接收声波信号。6.一种单兵安全定位导向操作系统的应用方法，包括安装于上述计算机系统(13)内的可录入有本地区平面坐标地图的二维GIS或者可录入建筑实体的3D虚拟建模的三维 GIS、三维建模系统以及通信系统、RFID标签读写器；其特征在于A-事先设置的方法事先在所有密闭空间内布置合理数量的无源可RFID标签(1)，每一无源RFID标签(1) 固定在密闭空间墙体上和/或位于密闭空间内的各种安防设施00)上，利用三维建模系统对内部已完整布放好无源RFID标签(1)或内部即将布放无源RFID标签(1)的每一现实独立完整的密闭空间的立体结构按比例对应绘制成可在计算机系统(13)显示器上以立体显示的三维虚拟几何结构体，并将每个密闭空间对应的三维虚拟几何结构体录入数据库；使用单兵定位导向识别仪(15)或RFID标签读写器对已布放于每一独立密闭空间内的每一无源RFID标签(1)写入固定不变、唯一的标识编号，并且或可非必要地对每一无源RFID标签 (1)可掉电存储芯片写入其相应所在位置信息且/或对固定标记于安防设施00)上的无源RFID标签(1)写入相关安防设施OO)的使用信息及其所在位置信息，将上述位于每一独立密闭空间内全部已被写入无源RFID标签(1)的标识编号复制、采集、汇编形成系统的离散数列，以构建对应于该独立密闭空间内所有无源RFID标签(1)的标签信息表；将每一无源RFID标签(1)所在位置信息和/或固定于安防设施OO)上的无源RFID 标签(1)可掉电存储芯片所存有的相关安防设施OO)的使用信息及其所在位置信息录入与无源RFID标签(1)的标识编号对应的标签信息表中或者将与该标签信息表中的标识编号通过链接程序对应连接的相关安防设施OO)的使用信息及其所在位置信息所构成的使用信息表录入数据库；将每套标签信息表内存储的每一无源RFID标签(1)的标识编号被虚拟成虚拟标识而标定于每一密闭空间的三维虚拟几何结构体的对应虚拟位置上，每一虚拟标识在三维虚拟几何结构体内的所在虚拟位置和对应于该虚拟标识的真实无源RFID标签 (1)在现实密闭空间体内的实际标记位置对应一致，所述的标签信息表和/或上述使用信息表、每一密闭空间三维虚拟建模结构体构成的集合由计算机系统(13)的数据库管理并录入GIS ；将每一密闭空间的三维虚拟几何结构体的地理坐标被虚拟标记在GIS相应的数字虚拟地图上，每一密闭空间三维虚拟几何结构体在GIS数字虚拟地图上的虚拟地理坐标与每一密闭空间的现实所处实际位置对应一致；将每套标签信息表的每个虚拟标识被虚拟标记在三维虚拟几何结构内的与现实位置相对应一致的虚拟地理位置上；计算机系统(1 可依据该虚拟标识从数据库中调出与某一虚拟标识相对应链接的真实无源RFID标签(1)所在位置信息和/或与被该真实无源RFID标签1所标记的相关安防设施00)的使用信息及其所在位置信息，并依据每一密闭空间三维虚拟几何结构体的虚拟地理坐标调出与其相对应链接的真实密闭空间的所在地理位置，将密闭空间的地理位置、在该密闭空间内的真实无源RFID的空间位置和相关安防设施OO)的使用信息及其所在位置信息显示在计算机系统(13)显示器上；上述标签信息表和/或使用信息表、所有密闭空间内所建构的三维虚拟几何结构体和 GIS组成密闭空间定位识别系统；所述的计算机系统(13)还可将上述标签信息表和/或使用信息表的数据、构成每一密闭空间三维虚拟几何结构体的数据上传至服务器(16)，以便备份和随时更新服务器(16) 数据库和通过Wireless Internet (17)下载被服务器(16)更新后的数据库； B-现场定位、识别方法当某一已完整布放好无源RFID标签(1)的密闭空间内发生安全紧急情况时，每一救援人员携带一单兵定位导向识别仪(1 进入该密闭空间，与救援人员随动的该单兵定位导向识别仪(1 其RFID读写器模块( 可感应能与其发生微波段电磁波互感的无源RFID标签(1)，并从将能与其发生微波段电磁波互感的无源RFID标签(1)中无线读取其存储的标识编号和/或其存储的所在位置信息、相关安防设施OO)的使用信息及其所在位置信息， 并通过单兵定位导向识别仪(1 的主控制器C3)将此信息转发至计算机系统(1 或服务器(16)；所述的微波段电磁波为频率处于300MHz-3GHz之间的电磁波；计算机系统(13) 或服务器(16)利用密闭空间定位识别系统将无源RFID标签(1)可掉电存储芯片所存储的标识编号与计算机系统(1 或服务器(16)数据库中的标签信息表进行比对，从标签信息表搜索出与该标识编号对应的虚拟标识，并且或可非必要地根据该标识编号从使用信息表中链接出与该标识编码对应的相关安防设施OO)的使用信息及其所在位置信息，密闭空间定位识别系统根据该虚拟标识调出与内设有该虚拟标识的对应该密闭空间的三维虚拟建模结构体，通过链接程序使与该虚拟标识对应的标识编号和对应该标识编号的无源RFID 标签(1)所存储的所在位置信息、相关安防设施OO)的使用信息及其所在位置信息链接至该密闭空间三维虚拟建模结构体中对应的虚拟位置上，再通过计算机系统(13)显示器上以二维平面图或三维立体图显示，在密闭空间外的指挥人员借助计算机系统(1 显示器上显示的二维平面图或三维立体图立即发现救援人员在该密闭空间内的所在位置以及救援人员可就近使用的安防设施(20)，再经通信系统通过单兵定位导向识别仪(1 的耳机 (4)向救援人员以语音联络、提示救援人员其自身所处该密闭空间内所处的位置和相关在其周围最近安防设施00)的使用信息及其所在位置信息，引导救援人员充分使用就近安防设施OO)和/或沿准确路径、方向行进至目的地或待救援位置。7.根据权利要求6所述的单兵安全定位导向操作系统的应用方法，包括电磁波传播损失函数模型和室内RFID信号强度定位算法应用程序，其特征是所述的单兵定位导向识别仪(1 其主控制器(3)的视频信号输出端口或I/O端口通过驱动电路还连接着视屏显示器(5)，该视屏显示器(5)为触摸屏显示器；在所述步骤A中，事先对每一单兵定位导向识别仪(1 的主控制器C3)或与其I/O 端口连接的可掉电存储器写入唯一可使主控制器C3)记忆的只读识别编码，在每一个无源 RFID标签(1)内加设有随机存储芯片和可控制随机存储芯片是否暂存数据的微控制器，微控制器由微型纽扣电池直接加电驱动工作或由单兵定位导向识别仪(1 感应天线所发射的微波段电磁波能量经无源RFID标签(1)天线感应所转化的瞬时电磁能加电驱动，单兵定位导向识别仪(15)内还安装着功率调节器，每一单兵定位导向识别仪(15)通过功率调节器调节其RFID读写器模块(2)感应天线的发射功率，在感应天线所发射功率不变时，利用计算机系统(13)事先构建的单兵定位导向识别仪(15)感应天线与无源RFID标签(1)之间的距离和所接收的来自无源RFID标签(1)电磁反馈的电磁波信号强度值相关联的电磁波传播损失函数模型，每一电磁波信号强度值通过该电磁波传播损失函数模型可得出与其一一对应的互感距离，并将上述电磁波传播损失函数模型编辑为应用计算程序录入计算机系统(13)；所述的互感距离或最大互感距离相应为感应天线与无源RFID标签(1)之间通过电磁耦合而相互感应的距离或最大距离；当所述的密闭空间为地上建筑楼体中可使无线信号无障碍直接穿过...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊桂珍，赵悦然，陈锐，赵辉，
申请(专利权)人：新疆中钜电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：65