[发明专利]一种面向消防和救援的危险作业人员无盲区定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种人员跟踪定位技术，尤其涉及一种面向消防、救援等危险作业人员的无盲区三维定位和状态识别技术。

背景技术

虽然随着社会和科技的进步，各种危险作业移动机器人的研究如火如荼日趋深入，应用前景广阔美好，但不可否认，无法预期如何久远的未来，消防、地震、矿难等突发事故的处置还是依赖作业人员深入事故现场进行处置和救援。在此过程中，保证作业人员的生命安全、保持战斗力是首要任务。因此在作业人员深入事故现场，全身心、全力以赴进行事故处置的过程，对其所处位置、作业状态进行远程监控和指挥无疑是非常必要、亟待展开，而且也是存在诸多技术问题需要攻克。

关于定位系统，世界上发展较为成熟与精确的就是全球卫星定位系统（GPS，Global Positioning System），GPS利用多颗GPS卫星联合对持有接收器的节点协作定位，现在GPS定位已经可以达到很高的精度了。但是在某些特定的场景下，如在有遮挡的场合如建筑物内，茂密的森林等情况，GPS无法使用，这就需要利用盲区自定位的方法进行节点的自定位。

目前国内危险作业人员还没有佩戴此类的定位和监控系统，人员的生命安全无法得到有效的保证。本发明是基于MEMS、GPS、3G、Virtual Reality以及智能控制等技术实现消防、救援人员在广域危险室外环境和复杂非结构化室内环境的全地域无盲区定位和状态监测（正常、跌倒、受困等），从事实现对救援消防作业人员的远程监控、调度和安全保障。

发明内容

本发明的目的是，提供一种面向消防、救援等危险作业人员的无盲区定位方法。本发明的技术方案如下：

一种面向消防和救援的危险作业人员无盲区定位方法，该方法在GPS信号有效时，利用GPS模块直接得到经纬度和高度，当GPS信号无效时，以GPS无效点为原点，进行盲区相对位置的定位，定位方法如下：

第一步：将人的运动方式大体分为静止，跑，走，上楼，下楼五个动作，对加速度传感器采集的加速度信号进行软件滤波，然后采用滑动时间窗的方法进行加速度信号的特征提取，相邻的窗之间重叠半个窗长，先对窗口进行标准差处理，得到标准差根据标准差的大小和表征每一步动作的波峰和波谷之间的采样点大小，进行动作识别；

第二步：根据动作分类和加速度信号，再加上电子罗盘采集的方位角信息，进行相对位移的计算；

第三步：将方位角信息和相对位移转化为相应的经纬度输出。

作为优选实施方式，其中的第一步采用如下的方法进行动作识别：

（1）设采样频率为100hz，将一个窗口长度为80个样本点的矩形窗滑过原始的加速度信号，得到标准差

（2）对于每一步的动作，应该有1个波谷和1个波峰，当时，若每个波谷和波峰之间有15到30个采样点，且波峰和波谷的差值T大于200mg，则判断为“走”的动作；

（3）若每个波谷和波峰之间有8到20个采样点，且波峰和波谷的差值T大于500mg，则判断为“跑”的动作；

（4）若每个波谷和波峰之间有20到40个采样点，且波峰和波谷的差值T大于400mg，据此判断为上下楼动作；

（5）若判断为上楼或下楼动作时，结合气压传感器的采集数据区分下楼动作和上楼动作；

（6）当一秒内没有任何动作符合上述的动作判定时，则判定为静止。

本发明避免对加速度观测值积分，而基于行人步行的运动生理学特性，利用行走时加速度波形的周期性特征和统计值与行走速度相关的特点，直接估计行走步长，使其可以使低成本传感器也获得高精度的位置信息，并加入了对电子罗盘的修正方法使其输出方向更为准确，本发明更是采用gps和盲区定位相结合的方式，使其可以长时间准确的输出定位信息。

附图说明

图1gps定位流程图。

图2盲区定位流程图。

图3DR算法原理图。

图4动作分类流程图。

图5盲区推估功能框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行说明。

实现本发明的硬件包括：一个GPS模块，1块stm32芯片，一块51单片机，1个3轴数字加速度计ADXL345，1个3轴数字罗盘HMC5883，1个3轴数字陀螺仪L3G4200D，一个BMP085气压传感器。stm32芯片为主要功能元件，GPS模块，加速度计，气压传感器和51单片机都直接与其相连，它实时检测GPS信号。