CN108931798A - 基于uwb和北斗/gps技术的***离位报警追踪*** - Google Patents
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Abstract
公开了一种基于UWB和北斗/GPS技术的***离位报警追踪***，包括：信标，所述信标安装于***内，响应于来自岗亭基站的UWB测距请求而向岗亭基站提供UWB测距信息和***信息，UWB测距信息是***到岗亭基站的距离，***信息包括第一信息和第二信息；岗亭基站，岗亭基站将所接收到的UWB测距信息和***信息发送至指挥控制平台，并接收来自指挥控制平台的指令；指挥控制平台，所述指挥控制平台根据从岗亭基站接收到的***信息来控制***离位报警追踪***的操作；北斗/GPS，所述北斗/GPS对安装在***中的信标提供定位追踪；以及运营商基站，所述运营商基站接收信标的定位信息，并通过运营商网络将定位信息传输到指挥控制平台。
Description
技术领域
本发明涉及一种***离位报警追踪***，特别涉及对***的越区告警及位置实时跟踪定位，可以让***管理人员掌握***在位管理和状态信息，在***离位时提供告警及定位信息，便于及时排查和寻找***。
背景技术
近年来，各国已发生数起抢夺、盗窃军警执勤***弹药，给人民的人身安全和社会安定带来危害。***的在位、离位管理、离位后的定位追踪已经成为各国政府需要解决的问题。当执勤***发生离位时，要在短时间内快速检测到并报警，并对异常离位的***进行定位追踪，及时找回。
目前，比较成熟的北斗/GPS定位技术，应用于***的离位检测有诸多困难。首先***的离位检测环境会出现在室内，而室内无法检测到北斗/GPS信号。其次利用北斗/GPS信号一直打开的情况下，耗电量高，需要经常跟换电池，这些都造成***使用不方便。
常用的测距技术RFID，有相关的专利应用于***离位检测，但是RFID基于射频信号场强计算距离，对于不同的应用环境测距结果不一致，容易造成***离位的误报警。
因此，需要一种能够准确定位和报警的***离位报警追踪***。
发明内容
为解决以上难题，本发明提供了一种基于UWB(Ultra Wideband，超宽带)和GPS/北斗相结合的***离位报警追踪***。
根据本发明的一个实施例，提供了一种基于UWB和北斗/GPS技术的***离位报警追踪***，包括：信标，所述信标安装于***内，响应于来自岗亭基站的UWB测距请求而向所述岗亭基站提供UWB测距信息和***信息，所述UWB测距信息是所述***到岗亭基站的距离，所述***信息包括第一信息和第二信息；岗亭基站，所述岗亭基站将所接收到的所述UWB测距信息和***信息发送至指挥控制平台，并接收来自所述指挥控制平台的指令；指挥控制平台，所述指挥控制平台根据从所述岗亭基站接收到的***信息来控制所述***离位报警追踪***的操作；北斗/GPS，所述北斗/GPS对安装在***中的信标提供定位追踪；以及运营商基站，所述运营商基站接收信标的定位信息，并通过运营商网络将所述定位信息传输到指挥控制平台。
优选地，所述信标进一步包括：低功耗处理器；电源，所述电源用来对信标及其组件进行供电；电源管理器，所述电源管理器与电源相连接，并且经由控制总线与低功耗处理器连接，用来管理对信标的各模块的供电；UWB模块，所述UWB模块响应于在第一时刻来自所述岗亭基站的测距请求脉冲信号而发射响应脉冲信号，所述岗亭基站在第二时刻接收到该响应脉冲信号，由此计算出脉冲信号在两者之间的飞行时间，从而确定UWB测距信息；GPRS模块，所述GPRS模块用来通过GPRS网络来实现信标与运营商基站之间的信息传输；北斗/GPS模块，所述北斗/GPS模块用来通过北斗/GPS***来实现信标的定位信息获取；其中，电源管理器、UWB模块、加速度传感器、保护微动开关、GPRS模块、北斗/GPS模块都经由控制总线与低功耗处理器相连接，以使所述低功耗处理器能够实现对信标的各个模块的通信控制和低功耗控制。
优选地，所述信标进一步包括：加速度传感器，所述加速度传感器基于所检测到的加速度来控制信标发送所述***状态信息的频率。
优选地，所述信标进一步包括：保护微动开关，所述保护微动开关检测***信标的安装状态，其中，当***信标正常安装在***内部，保护微动开关处于闭合状态，并且当***信标被移除出***，保护微动开关处于打开状态。
优选地，所述第一信息包括以下中的至少一个：枪械编号、信标编号、***状态信息、电量信息、设备***信息；并且其中，所述第二信息包括以下中的至少一个：枪械编号、信标编号、***状态信息、经纬度信息、电量信息、设备***信息。
优选地，所述岗亭基站还包括声光报警装置，用于对低电量、非法离位状态、或设备***情形进行报警。
优选地，所述岗亭基站的非法离位报警距离可以通过所述指挥控制平台进行多个档位设置，并且不同的档位报警声音设置为不同。
优选地，所述指挥控制平台还具有GIS***，可以实时显示整个***中的信标详细信息、离位信标的位置信息等，并且可以在地图信息中标出信标位置。
优选地，所述指挥监控***平台可以离线显示各个信标的历史轨迹。
优选地，所述***离位报警追踪***的操作包括：在***到岗状态下，使北斗/GPS由启动状态切换到关闭状态，并启动所述岗亭基站的UWB测距功能；在***在位状态下，所述岗亭基站的UWB测距功能一直启动，并且北斗/GPS处于休眠或关闭状态；在***非法离位状态下，中断所述岗亭基站的UWB测距功能并使北斗/GPS由关闭状态切换到启动状态；以及在***合法离位状态下，所述岗亭基站的UWB测距功能处于关闭状态，并使北斗/GPS由关闭状态切换到启动状态。
根据本公开和附图的下面的详细描述，对本领域的普通技术人员来说其它的目的、特征、以及优点将是显而易见的。
附图说明
附图图示了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的基于UWB和GPS/北斗技术的***离位报警追踪***的***架构图；
图2示出了根据本发明实施例的岗亭基站和信标的通信架构示意图；
图3示出了根据本发明实施例的信标内部电路示意图；
图4示出了根据本发明实施例的***到岗状态示意图；
图5示出了根据本发明实施例的***在位状态示意图；
图6示出了根据本发明实施例的***非法离位状态示意图；以及
图7示出了根据本发明实施例的***合法离位状态示意图。
具体实施方式
根据本发明的实施例公开了一种基于UWB和GPS/北斗技术的***离位报警追踪***。在以下描述中，为了说明的目的，阐述了多个具体细节以提供对本发明的实施例的全面理解。然而，对于本领域人员显而易见的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实现。
图1示出了根据本发明实施例的基于UWB和GPS/北斗技术的***离位报警追踪***100的***架构图。如图1所示，根据本发明的***离位报警追踪***100包括北斗/GPS101、运营商基站102、运营商网络103、指挥控制平台104、岗亭基站112、113、114和安装在***内的信标122、123、124。尽管图中示意性地示出了三个岗亭基站和三个信标，但是本领域技术人员理解，只是为了方便说明列出的特定数目的岗亭基站和信标，它们并不受限于所列出的数量，根据情形可以具有更多或更少的岗亭基站和信标。
所述指挥控制平台104是根据本发明实施例的基于UWB和GPS/北斗技术的***离位报警追踪***100的控制核心。所述指挥控制平台104还具有GIS***，可以实时显示整个***中的信标详细信息、离位信标的位置信息等，并且可以在地图信息中标出信标位置。进一步地，所述指挥监控***平台可以离线显示各个信标的历史轨迹。
所述岗亭基站112、113、114可以例如安置在执勤哨位岗亭处，能通过UWB测距技术，确定信标122、123、124到岗亭基站112、113、114的距离，并经由通信网络(例如，以太网)与所述指挥控制平台104进行通信。图1示出了***完全脱离岗位、刚要脱离岗位和在岗的三种状态示意图。此外，***还可以进一步包括到岗状态、合法离位状态。
进一步地，所述岗亭基站112、113、114还包括声光报警装置，用于对非法离位状态、设备***情形进行报警。例如，根据本发明的一个实施例，所述岗亭基站112、113、114可以根据信标122、123、124的设备***信息进行声光报警。具体地，所述信标122、123、124内置防拆装置，当信标122、123、124内置的防拆装置被触发时，信标122、123、124发送的包括在第一信息或者第二信息中的设备***信息会被改变成信标强拆触发状态，从而触发声光报警。
根据本发明的实施例，所述岗亭基站112、113、114还可以包括第一摄像头；所述第一摄像头拍摄所述岗亭基站112、113、114预先设定的范围图像，并根据所述指挥控制平台104的设置存储图像。
此外，所述岗亭基站112、113、114的非法离位报警距离可以通过所述指挥控制平台104进行多个档位设置，并且不同的档位报警声音设置为不同。在本发明的一个实施例中，指挥控制平台104设置了三个档位，例如分别是5米、20米、40米。本领域技术人员理解，可以设置更多或更少的档位，并且根据情形将档位设置成不同于所示例数目的档位。
所述信标122、123、124安装于***内，具备UWB测距和GPS/北斗定位功能，根据具体状态发送***信息，其中所述***信息包括第一信息或者第二信息。所述第一信息包括以下中的至少一个：枪械编号、信标编号、UWB测距信息、***状态信息、电量信息、设备***信息。所述第二信息包括以下中的至少一个：枪械编号、信标编号、***状态信息、经纬度信息、电量信息、设备***信息。
所述北斗/GPS101是利用GPS或北斗定位的卫星导航***。所述北斗/GPS101可以对安装在***中的信标122、123、124提供定位追踪等功能。
所述运营商基站102接收信标122、123、124的定位信息，并通过由运营商提供的运营商网络103将所述定位信息传输到指挥控制平台104。
图2示出了根据本发明实施例的岗亭基站和信标的通信架构示意图。如图2所示，指挥控制平台104与岗亭基站112、113、114相互通信，例如，岗亭基站112、113、114可以通过以太网接入内部网络，与所述指挥控制平台104通信，交互信息。岗亭基站112、113、114分别与信标122、123、124建立通信。具体地，岗亭基站112、113、114分别向信标122、123、124发送测距信息，信标122、123、124在接收到测距信息之后，向分别岗亭基站112、113、114发送第一信息或第二信息。然后，岗亭基站112、113、114将接收到的第一信息或第二信息发送至指挥控制平台104。指挥控制平台104根据所接收到的第一信息或第二信息进行判定，并将判定结果发送至岗亭基站112、113、114。
根据本发明的实施例，例如，当岗亭基站112计算出信标122的距离范围超过了所述指挥控制平台104设置的预定范围时，如图1所示，则判定***为完全离岗状态，信标122立刻进行报警。如本领域技术人员可以理解的，报警方式包括但不限于声音、光、振动或其任何组合。
根据本发明的实施例，例如，当岗亭基站113计算出信标123的距离范围刚好处于所述指挥控制平台104设置的预定范围的临界点时，如图1所示，则判定***为刚要离岗状态，信标123触发离岗预警并启动追踪。具体地，岗亭基站113向信标123发送启动北斗/GPS的命令，信标123启动北斗/GPS追踪功能，并通过例如GPRS网络的通信网络向岗亭基站113发送第二信息。
根据本发明的实施例，例如，当岗亭基站114计算出信标124的距离范围处于所述指挥控制平台104设置的预定范围之内时，如图1所示，则判定***为在岗状态，信标124可以关闭跟踪功能。在这种情况下，北斗/GPS和GPRS功能可以休眠或关闭。在优选实施例中，也可以在预定时间内多次检测信标124的距离范围，当确定所捕获的信息稳定时，再关闭跟踪功能。
图3示出了根据本发明实施例的信标内部电路示意图300。如图3所示，安装在***内的信标包括电源管理器301、电源303、UWB模块304、加速度传感器305、保护微动开关306、低功耗处理器307、GPRS模块308、北斗/GPS模块309、SIM卡座310和北斗天线311。如图3所示，电源管理器301、UWB模块304、加速度传感器305、保护微动开关306、GPRS模块308、北斗/GPS模块309都经由控制总线与低功耗处理器307相连接，以使低功耗处理器307能够实现对信标的各个模块的通信控制。
所述电源303用来对信标及其组件进行供电。电源管理器301与电源303相连接，并且经由控制总线与低功耗处理器307连接，用来管理对信标的各模块的供电，并且可以进一步包括例如电池保护电路、电池电量读取电路。在本发明的一个实施例中，电源303是电池，优选是锂电池。本领域技术人员可以理解，电源303可以是其他形式的供电源，只要能够向***内的信标供电即可。
UWB模块304能够与安装在岗亭基站中的UWB测距模块无线通信并完成测距功能。具体地，安装在岗亭基站中的UWB测距模块在其时间戳上的Ta1发射请求性质的脉冲信号，响应于该脉冲信号，UWB模块304在Tb2时刻发射一个响应性质的信号，被安装在岗亭基站中的UWB测距模块在自己的时间戳Ta2时刻接收，由此可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定距离信息。该测距方法主要利用信号在两个异步UWB测距模块之间飞行时间来测量节点间的距离。因为在视距视线环境下，该测距方法是随距离呈线性关系，所以结果会更加精准。我们将安装在岗亭基站中的UWB测距模块发出的数据包和接收回应的时间记为TTOT，信标内的UWB模块304接收到数据包和发出回应的时间间隔记为TTAT，那么数据包在空中单向飞行的时间TTOF可以计算为：TTOF＝(TTOT-TTAT)/2。然后根据TTOF与电磁波传播速度的乘积便可计算出两点间的距离D＝C*TTOF。
根据本发明的实施例，UWB模块304进一步可以向岗亭基站提供***信标内置电池的电量信息、以及拆卸报警开关的拆卸报警信息，从而能够实现低电量报警和拆卸报警。
加速度传感器305检测***信标的动/静状态，探测信标的运动状况。加速度传感器305基于所检测到的加速度来控制信标发送第一信息或第二信息的频率。例如，当加速度传感器305检测到第一加速度或处于第一预定范围之内的加速度时，以第一频率发送第一信息或第二信息，当加速度传感器305检测到不同于第一加速度的第二加速度或处于与第一预定范围不同的第二预定范围之内的加速度时，以不同于第一频率的第二频率发送第一信息或第二信息。
所述低功耗处理器307可以用来实现对所述信标的低功耗控制。根据本发明的实施例，当***处于完全静止状态时，信标处于深度睡眠状态，各个模块均处于低功耗模式，包括低功耗处理器307；当***发生较大位移时(预先设置加速度门限值)，加速度传感器通过中断唤醒低功耗处理器307；对于***处于相对静止状态下(在位执勤)，低功耗处理器307可降低测距工作频率，以降低功耗。
保护微动开关306检测***信标的安装状态，低功耗处理器307实时监测保护微动开关306的状态。当***信标正常安装在***内部，保护微动开关306处于闭合状态。当***信标被移除出***，保护微动开关306处于打开状态。低功耗处理器307能够通过监测保护微动开关306的状态，判断***信标是否被移除出***，从而在判断***信标被移除出***的情况下产生拆卸报警信息。
GPRS模块308用来通过GPRS网络来实现信标与运营商基站之间的信息传输。北斗/GPS模块309用来通过北斗/GPS***来定位信标的具***置信息。SIM卡座310与GPRS模块308相连接，并且GPRS模块308和北斗/GPS模块309分别带有GPRS PCB 312天线和北斗天线311。
根据本发明的技术方案，***的状态可以包括***到岗状态、***在位状态、***非法离位状态和***合法离位状态。下文中结合图4-7具体描述了各个状态的详细说明。
图4示出了根据本发明实施例的***到岗状态示意图。根据本发明的实施例，在***尚未到达岗亭基站的情况下，为了***安全，需要开启追踪功能，也就是说，北斗/GPS和GPRS功能开启。例如，在上岗的路上，需要持续跟踪***位置信息，并且当***超出预先设置的区域范围时或在指定时间之内未到岗时，需要发起报警。
具体地，在安装有信标124的***靠近岗亭基站114的情况下，当北斗/GPS模块检测到信标124处于设定捕获范围内时，安装有信标124的***处于到岗状态，此时指挥控制平台104根据该***状态关闭跟踪功能，也就是说使北斗/GPS由启动状态切换到关闭状态(北斗/GPS和GPRS功能休眠或者关闭)，并指令岗亭基站114可以开始测距。岗亭基站114与信标124建立通信和完成测距，并将所获得的***信息发送到指挥控制平台104。如图4所示，指挥控制平台104实时显示了所接收到的第一信息：枪械编号(QBZ95-0012)、信标编号(XB95-008)、UWB测距信息(15米)、***状态信息(到岗)、电量信息(97％)，并且在地图信息中标出了信标的位置(圈点所示之处)。
图5示出了根据本发明实施例的***在位状态示意图。在安装有信标124的***稳定在岗亭基站114周围的情况下，此时岗亭基站114的测距功能一直启动，也就是说，当安装有信标124的***距离岗亭基站114在预定范围之内达到预定时间时，安装有信标124的***处于在位状态，此时跟踪功能处于关闭状态(GPS/北斗和GPRS功能休眠或者关闭)。如图5所示，指挥控制平台104实时显示了所接收到的第一信息：枪械编号(QBZ95-0012)、信标编号(XB95-008)、UWB测距信息(15米)、***状态信息(到岗)、电量信息(97％)，并且在地图信息中标出了信标的位置(圈点所示之处)。
图6示出了根据本发明实施例的***非法离位状态示意图。在安装有信标122的***远离岗亭基站112的情况下，当信标122处于设定捕获范围之外时，例如，距离相应岗亭的距离大于特定距离(图6的实施例中为大于50米的特定距离)，安装有信标122的***处于非法离位状态，此时中断测距并使北斗/GPS由关闭状态切换到启动状态，也就是说，开启跟踪功能，并按照设定的方式立刻进行报警。通过GPRS网络把北斗/GPS的位置信息实时传输到指挥控制平台104。如图6所示，指挥控制平台104实时显示了所接收到的第一信息：枪械编号(QBZ95-0013)、信标编号(XB95-009)、UWB测距信息(>50米)、***状态信息(非法离位)、电量信息(97％)，并且在地图信息中标出了信标的位置(圈点所示之处)。
图7示出了根据本发明实施例的***合法离位状态示意图。合法离位状态由指挥控制平台104设置启动，此时测距功能处于关闭状态并使北斗/GPS由关闭状态切换到启动状态，也就是说，开启跟踪功能，并解除报警功能。通过GPRS网络把北斗/GPS的位置信息实时传输到指挥控制平台104。如图6所示，指挥控制平台104实时显示了所接收到的第二信息：枪械编号(QBZ95-0012)、信标编号(XB95-008)、经纬度信息(图中省略)、***状态信息(合法离位)、电量信息(97％)，并且在地图信息中标出了信标的位置(圈点所示之处)。
根据本发明的技术方案，每个信标都包含唯一标识***的枪械编号，当***发生离位后，可实时查看离位***的基本信息，对追踪定位提供更多的分析依据。
本发明中的指挥控制平台与岗亭基站配合，可以实时接收信标的位置信息，并针对信标的不同状态，有针对性地进行相应处理，提高了***离位报警追踪***的定位精度和报警准确率。例如，当***信标非法离位之后，指挥控制平台以及岗亭基站启动报警，GPS/北斗定位功能启动，实时上报经纬度，并在指挥控制平台的后台GIS***中实时显示位置信息，相应的历史位置信息可以回放。
本发明中的岗亭基站通过以太网与现有的摄像头连接，二者在向指挥控制平台发送信息的同时还发送摄像头拍摄的图像信息，这样可以在***发送离位之后，对相应时间段的图像信息进行分析，查看***离位情况。
本发明中的离位检测采用UWB超宽带无线技术进行信息交互，在***上增加了具有UWB技术的信标，通过和指挥监控***平台的联合使用，对***的离位能够准确的第一时间检测到并进行声光报警，相比于一般的RFID离位检测技术，可以适应不同的环境进行准确的无虚假报警。且通过加速度传感器的设计，根据不同的运动状态，实时调整UWB测距频率，大大提高了***离位报警的响应速度，具有更好的应用前景。
上述实施例仅是本发明的优选实施例，并不用于限制本发明。对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明的实施例进行各种修改和改变。因此，本发明意在涵盖落入如权利要求所限定的本发明的范围之内的所有的修改或变型。
Claims (10)
1.一种基于UWB和北斗/GPS技术的***离位报警追踪***，包括：
信标，所述信标安装于***内，响应于来自岗亭基站的UWB测距请求而向所述岗亭基站提供UWB测距信息和***信息，所述UWB测距信息是所述***到岗亭基站的距离，所述***信息包括第一信息和第二信息；
岗亭基站，所述岗亭基站将所接收到的所述UWB测距信息和***信息发送至指挥控制平台，并接收来自所述指挥控制平台的指令；
指挥控制平台，所述指挥控制平台根据从所述岗亭基站接收到的***信息来控制所述***离位报警追踪***的操作；
北斗/GPS，所述北斗/GPS对安装在***中的信标提供定位追踪；以及
运营商基站，所述运营商基站接收信标的定位信息，并通过运营商网络将所述定位信息传输到指挥控制平台。
2.根据权利要求1所述的***，所述信标进一步包括：
低功耗处理器；
电源，所述电源用来对所述信标及其组件进行供电；
电源管理器，所述电源管理器与电源相连接，并且经由控制总线与所述低功耗处理器连接，用来管理对所述信标的各模块的供电；
UWB模块，所述UWB模块响应于在第一时刻来自所述岗亭基站的测距请求脉冲信号而发射响应脉冲信号，所述岗亭基站在第二时刻接收到所述响应脉冲信号，由此计算出脉冲信号在两者之间的飞行时间，从而确定UWB测距信息；
GPRS模块，所述GPRS模块用来通过GPRS网络来实现所述信标与所述运营商基站之间的信息传输；
北斗/GPS模块，所述北斗/GPS模块用来通过北斗/GPS***来实现所述信标的定位信息获取；
其中，所述电源管理器、UWB模块、加速度传感器、保护微动开关、GPRS模块、北斗/GPS模块都经由控制总线与所述低功耗处理器相连接，以使所述低功耗处理器能够实现对信标的各个模块的通信控制和低功耗控制。
3.根据权利要求2所述的***，所述信标进一步包括：
加速度传感器，所述加速度传感器基于所检测到的加速度来控制所述信标发送所述***状态信息的频率。
4.根据权利要求2所述的***，所述信标进一步包括：
保护微动开关，所述保护微动开关检测***信标的安装状态，其中，当***信标正常安装在***内部，保护微动开关处于闭合状态，并且当***信标被移除出***，保护微动开关处于打开状态。
5.根据权利要求1所述的***，其中，所述第一信息包括以下中的至少一个：枪械编号、信标编号、***状态信息、电量信息、设备***信息；并且
其中，所述第二信息包括以下中的至少一个：枪械编号、信标编号、***状态信息、经纬度信息、电量信息、设备***信息。
6.根据权利要求1所述的***，其中，所述岗亭基站还包括声光报警装置，用于对低电量、非法离位状态、或设备***情形进行报警。
7.根据权利要求1所述的***，其中，所述岗亭基站的非法离位报警距离可以通过所述指挥控制平台进行多个档位设置，并且不同的档位报警声音设置为不同。
8.根据权利要求2所述的***，其中，所述指挥控制平台还具有GIS***，可以实时显示整个***中的信标详细信息、离位信标的位置信息等，并且可以在地图信息中标出信标位置。
9.根据权利要求2所述的***，其中，所述指挥监控***平台可以离线显示各个信标的历史轨迹。
10.根据权利要求1所述的***，其中，所述***离位报警追踪***的操作包括：
在***到岗状态下，使北斗/GPS由启动状态切换到关闭状态，并启动所述岗亭基站的UWB测距功能；
在***在位状态下，所述岗亭基站的UWB测距功能一直启动，并且北斗/GPS处于休眠或关闭状态；
在***非法离位状态下，中断所述岗亭基站的UWB测距功能并使北斗/GPS由关闭状态切换到启动状态；以及
在***合法离位状态下，所述岗亭基站的UWB测距功能处于关闭状态，并使北斗/GPS由关闭状态切换到启动状态。
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