Система определения местоположения объекта внутри помещения

Изобретение относится к системе определения местоположения объекта внутри помещения с использованием устройства генерирования спутникового сигнала и, в частности, к системе определения местоположения объекта, позволяющим определять местоположение с использованием датчиков RFID и существующих систем определения местоположения внутри здания, в частности, в подземном торговом центре, в туннеле или метро.

Известен (RU, патент 2312461, опубл. 10.12.2007) способ определения местоположения мобильного абонента внутри помещения, включающий прием навигационного сигнала, излучаемого оборудованием абонента, несколькими синхронизированными базовыми станциями с последующей оценкой навигационных параметров сигнала мобильного абонента путем формирования базы данных, причем на первом этапе осуществляют первоначальную оценку местоположения мобильного абонента на основе полученных оценок навигационных параметров в границах помещения или области возможного расположения мобильного абонента, затем осуществляют выбор априорной информации о том, где может находится мобильный абонент, соответствующей первоначальной оценке местоположения, и окончательно оценивают местоположение мобильного абонента на основе оценок навигационных параметров и выбранной априорной информации и допустимой функции потерь, причем для формирования базы данных осуществляют обучение системы, а для описания функции распределения навигационных параметров и функции априорного распределения положения мобильного абонента используют результаты множества заранее проведенных тестов.

Недостатком известного технического решения следует признать его сложность.

Известна также (RU, патент 2594019, опубл. 10.08.2016) система для оценки местоположения внутри помещения с использованием устройства генерирования спутникового сигнала с целью обеспечить неразрывную среду для системы оценки местоположения, в которой осуществляется свободный переход между оценками местоположения снаружи и внутри помещения без изменения аппаратных и программных средств пользовательского терминала, система включает: приемную антенну для приема спутниковых сигналов; центральный контроллер для периодического приема и хранения обновлений спутниковой информации в режиме реального времени для всех существующих спутников, получения времени спутника из спутниковых сигналов, принимаемых приемной антенной, и выбора, по крайней мере, 4 спутников, доступных для оценки местоположения, с учетом обновленной информации от всех существующих спутников, основанной на информации времени спутника, и, по крайней мере, одно устройство для генерирования спутникового сигнала, принимающее номера спутников, назначенные центральным контроллером, и генерирующее спутниковые сигналы, соответствующие номерам спутников, которые были назначены центральным контроллером, при этом центральный контроллер вычисляет расстояния между существующими спутниками и соответствующим устройством генерирования спутникового сигнала для выбранных номеров спутников, основанные на реальных координатах орбит соответствующих спутников и установлении координат местоположения соответствующих устройств генерирования спутникового сигнала, и посылает время задержки при передаче, рассчитанное как отношение вычисленного расстояния к скорости света, соответствующему устройству генерирования спутникового сигнала, и после чего устройство генерирования спутникового сигнала генерирует спутниковые сигналы, соответствующие выбранным спутникам, таким образом, чтобы имела место задержка, равная времени задержки при передаче, полученная от центрального контроллера.

Недостатком известного технического решения следует признать его сложность и, обусловленную этим, возможность ошибки в определении местонахождения объекта.

Известна (RU, патент 102131, опубл. 10.02.2011) система для определения положения объекта в помещениях и на закрытых площадках в зоне действия микросотовой сети DECT, а также оперативной доставки до указанных объектов оперативной информации при чрезвычайных ситуациях. Она содержит, по меньшей мере, одно персональное сигнально-поисковое устройство, работающее в стандарте DECT и RFID, выполненное в виде пластмассового корпуса, в котором установлена единая печатная плата, на которой смонтированы сигнальный процессор DECT, соединенный с вибрационным сигнализатором, световым сигнализатором, радиомодулем DECT, датчиком движения-падения, схемой электропитания, которые в свою очередь имеют общую схему заряда, элемент питания, информационный дисплей, а также, по меньшей мере, один промышленный компьютер, программное обеспечение которого выполнено с возможностью обработки поступающих от сигнально-поисковых устройств, соединенный по протоколу ОАР с сервером сообщений сети DECT IMS2, UP АС или UCM.

Недостатком известной системы следует признать ограничение на ее применение - только в зоне действия микросотовой сети DECT.

Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога разработанной системы

Техническая задача, решаемая посредством разработанного технического решения, состоит в разработке системы определения местоположения объекта внутри помещения с использованием радиометок.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного технического решения, состоит в разработке информационно-управляющей системы быстрого поиска персонала, а также движимого имущества опасных производственных объектов и режимных предприятий с использованием систем активной радиочастотной идентификации, сочетающей в себе возможности использования традиционных методов позиционирования вне помещения, детектирующие изменение условий при входе в помещение и обеспечивающих заданные характеристики по точности внутри помещения.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную систему определения местоположения объекта внутри помещения. Разработанная система содержит сеть передачи данных и синхронизации, локальную вычислительную сеть и центр обработки данных, причем сеть передачи данных и синхронизации содержит, по меньшей мере, одну персональную радиометку, выполненную с возможностью прикрепления к объекту контроля и передачи по радиоканалу в локальную вычислительную сеть идентификатора объекта и дополнительных данных, по меньшей мере, четыре радиосчитывателя и радиомаяк, локальная вычислительная сеть содержит, по меньшей мере, высокоточный источник шкалы времени, центр обработки данных включает, по меньшей мере, рабочее место пользователя, рабочее место администратора, сервер доступа, сервер баз данных, сервер обработки данных реального времени и генератор отчетов.

В предпочтительном варианте реализации радиометка выполнена на базе датчика RFID и представляет собой функциональный элемент, конструктивно выполненный в виде нагрудного брелока, с заданной периодичностью излучающий на заданной частоте свой идентификационный код и дополнительную информацию.

Преимущественно радиосчитыватель представляет собой функциональный элемент, осуществляющий функции приема сигналов от радиометок, фиксирующий время приема с заданной точностью и передающий информацию в центральный сервер для дальнейшей обработки, в состав которого входят, по меньшей мере, опорный генератор и аппаратные часы.

Предпочтительно радиомаяк представляет собой

функциональный элемент, осуществляющий функции излучения низкочастотного электромагнитного сигнала управляемого радиуса действия, модулируемого идентификационным кодом маяка.

Обычно высокоточный источник шкалы времени представляет собой оборудование, имеющее в своем составе высокоточные часы, выполненные с возможностью подстройки от спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPC, выполняющее функции синхронизации шкал времени радиосчитывателей с точностью не менее 10 наносекунд, а также организацию канала передачи информационных пакетов, принятых радиосчитывателями от радиометок в сервер обработки данных реального времени.

Предпочтительно центр обработки данных представляет собой комплекс программного обеспечения, устанавливаемого на серверную платформу, осуществляющий функции обработки и хранения полученной от радиосчитывателей информации.

Центр обработки данных обычно имеет в своем составе:

- Сервер обработки данных реального времени программное обеспечение, выполняющее функцию приема от радиосчитывателей информационных пакетов от радиометок, сопровождаемых метками времени приема, вычисление локальных координат радиометок, передачу полученных данных на хранение в Сервер баз данных и для дальнейшей обработки в Сервер доступа.

- Сервер баз данных - программное обеспечение базы данных, выполняющее функции архивного хранения координат радиометок по времени для дальнейшей обработки, а также карту контролируемого объекта в локальных координатах.

- Сервер доступа - программное обеспечение, осуществляющее подготовку данных для работы пользовательских приложений (рабочее место пользователя) и администратора системы.

- Генератор отчетов - программное обеспечение, выполняющее функции подготовки отчетов и визуализации данных на основании архивов, хранящихся в базе данных.

Рабочее место пользователя (РМП) - набор программного обеспечения, устанавливаемого на персональную ЭВМ, выполняющий функции визуализации результатов функционирования СЕКТОР-М2.

Рабочее место администратора (РМА) - набор программного обеспечения, устанавливаемого на персональную ЭВМ, выполняющий функции администрирования программного и аппаратного обеспечения СЕКТОР-М2.

В некоторых вариантах реализации разработанной системы в индивидуальную радиометку может быть дополнительно установлен трехкоординатный датчик движения, что позволяет до определенного уровня контролировать физиологические характеристики сотрудника. Естественное движение тела (в т.ч. дыхание) будет вызывать срабатывание датчика. Кроме того эта технология позволит определить ситуацию, когда сотрудник по какой либо причине не взял индивидуальную радиометку, оставив ее в неподвижном состоянии.

Кроме того, желательно, чтобы индивидуальная радиометка имела в своем составе, как минимум, одну "тревожную" кнопку. Сценарий реакции системы на нажатие кнопки должен программироваться администратором.

В случае, когда необходима точная локализация местоположения индивидуальной радиометки, например зона входных дверей, предлагается использование дополнительного оборудования - радиомаяков, принцип действия которых основан на генерации низкочастотного электромагнитного сигнала частотой 125 КГц, модулированного индивидуальным кодом радиомаяка. При использовании такого дополнительного метода возможна локализация местоположения радиометок с точностью до 1 метра.

Радиомаяки рационально использовать для контроля проходов и входных дверей, либо контрольных точек перемещения персонала. Каждый радиомаяк программируется на радиус зоны срабатывания.

Встроенная функция управления внешними исполнительными устройствами, например замками дверей, позволяет открывать дверь сотрудникам, обладающим соответствующими правами доступа в соответствующую зону безопасности, без использования ключа. При попадании радиометки в зону действия маяка, контролирующего данный проход, на замок подается разблокирующее управляющее воздействие. Замок при этом открывается при простом нажатии на ручку.

Для реализации этой функции предположено использование специализированного электромеханического замка. Он представляет из себя электромеханический соленоидный замок для сплошных дверей с управлением от ручек. Подходит для использования во входных дверях, так как внутренняя ручка всегда открывает дверь. Замок фиксируется автоматически при закрывании двери. Внутренняя ручка действует всегда. Наружная ручка управляется внешним воздействием. Если управляющее воздействие есть - наружная ручка действует, если отсутствует - не действует.

Разработанная система в базовом варианте работает следующим образом.

Сигнал, излучаемый радиометкой, поступает на приемное устройство радиосчитывателей, находящихся в зоне действия радиометки. Опорные генераторы и аппаратные часы всех радиосчитывателей в системе синхронизированы от единого высокоточного источника шкалы времени. Контроллер радиосчитывателя формирует сообщение для сервера обработки данных с указанием времени принятия данных от радиометки.

Время получения информационного пакета фиксируется с точностью 10 наносекунд, что соответствует точности определения местоположения радиометки не хуже 3 метров (293796609 м/с × 10 нс = 2,93 м, где 293796609 м/с - скорость света в воздухе).

На основании данных, полученных от не менее, чем 4-х радиосчитывателей, сервер обработки данных реального времени вычисляет местоположение радиометки.

Подстройка опорного генератора радиосчитывателя производится от высокоточного источника шкалы времени путем вычисления разности фаз между тактовой частотой канала Synchro Ethernet, синхронизированного от СРНС ГЛОНАСС/GPS, и тактовой частотой опорного генератора с последующей компенсацией измеренной разности фаз.

Подстройка аппаратных часов радиосчитывателя осуществляется путем вычисления расхождения шкал времени между высокоточным источником и радиосчитывателем с последующей динамической компенсацией измеренного расхождения и учетом задержек в соединительных кабелях.

Использование разработанной системы позволяет создать промышленно применимую информационно-управляющую систему быстрого поиска персонала, а также движимого имущества опасных производственных объектов и режимных предприятий с использованием систем активной радиочастотной идентификации, сочетающей в себе возможности использования традиционных методов позиционирования вне помещения, детектирующие изменение условий при входе в помещение и обеспечивающих заданные характеристики по точности внутри помещения.