UWB定位设备和基于UWB技术的应急救援指挥系统的制作方法

uwb定位设备和基于uwb技术的应急救援指挥系统
技术领域
1.本技术涉及应急救援技术领域，特别地涉及uwb定位设备和基于uwb技术的应急救援指挥系统。


背景技术：

2.目前，室内定位技术有wi
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fi、蓝牙、uwb等，相较于wi
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fi定位技术，uwb具有高速数据传输能力，数据传输速率可达500mbps，在短距离的无线传输中有着比典型wi
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fi更高的实用性，同时相较于定位精度为米级的wi
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fi应用，uwb的定位精度可达厘米级；相较于蓝牙定位技术，uwb具有强大的信号穿透能力和抗干扰能力。
3.uwb(ultrawide band)是一种基于超宽带的无线载波通信技术，这种技术利用纳秒至微秒级的非正弦波、窄脉冲来传输数据，目前uwb常见的应用有测距和定位，其测距原理是采用计算信号飞行时间tof(time offlight)的方式，计算两点之间电磁波飞行的时间，利用飞行时间计算出两点之间的距离，从而达到测距的目的。在定位方面，由多个基站和被定为标签组成一套定位系统，其定位原理采用的是三边定位法。图1示出了三边定位法的坐标系图，如图1所示，通过测量被测uwb定位标签(b)与已知位置基站(p1，p2，p3)间的报文传输时间，计算出距离；采用三个以上的距离值，通过三角定位，可计算出被测标签(b)的位置。
4.uwb定位系统的时间计算精度非常高，可达到0.3纳秒左右，因此在测距模式下测距精度大多数情况下能达到10厘米，由此计算出的位置精度也在10厘米以内。
5.传统的uwb在进行定位时需要提前布设好基站，并对基站的位置进行标定，如图1所示，已知位置基站(p1，p2，p3)，只有在确认上述信息后，定位标签才能利用三角定位法来计算标签位置，无法满足应急救援场合的快速现场定位的需求，因而传统的uwb定位设备在应急救援场合无法得到良好的应用。


技术实现要素：

6.根据本技术的一个方面，提出了一种uwb定位设备，用于在应急救援场所中进行现场定位，uwb定位设备包括壳体，壳体呈长方体形并包括顶板、底板和四个侧板，在底板的壳体外侧设有挂钩，在至少一个侧板上设有胶带和/或吸盘；壳体内部设有腔室，在腔室内设有uwb电路板、通信装置和电源装置，uwb电路板确定uwb定位设备的位置信息并与通信装置连接从而与外界进行数据通讯，电源装置包括蓄电池分别向uwb电路板和通信装置供电，在底板的位于腔室一侧设有底座，在底座上设有多个插槽，uwb电路板、通信装置和电源装置分别插接于多个插槽的对应插槽；以及uwb定位设备还包括天线，天线呈杆状且至少一部分位于顶板之外，uwb电路板与天线连接从而从外界接收信号。
7.在根据本技术的实施方式的uwb定位设备中，uwb电路板包括主控装置和射频装置，主控装置生成测距信息并将测距信息发送至射频装置，射频装置对测距信息进行调制以生成uwb测距信号并将uwb测距信号向外发送，射频装置还接收来自其他定位设备的uwb
测距信号并将接收的uwb测距信号发送至主控装置，主控装置基于发送的uwb测距信号和接收的uwb测距信号并通过双向测距确定位置信息。
8.在根据本技术的实施方式的uwb定位设备中，天线包括折叠部，折叠部位于顶板之外并且能够进行90
°
弯折，以及胶带和/或吸盘沿侧板的长度方向设置。
9.通过根据本技术的uwb定位设备，可以将该uwb定位设备带入应急救援场所中，通过胶带或吸盘将uwb定位设备固定设置在应急救援场所，或者，通过挂钩将uwb定位设备挂接在救援人员身上，使救援人员可随身携带。通过根据本技术的uwb定位设备，可以在应急救援场所中实现快速现场定位并确定位置信息，从而可以根据确定的位置信息，进一步展开应急救援。
10.根据本技术的另一个方面，还提出了一种基于uwb技术的应急救援指挥系统，用于在应急救援场所中进行应急救援指挥，基于uwb技术的应急救援指挥系统包括云端服务器、以及指挥监控平台、以及至少5个上述uwb定位设备，
11.至少5个uwb定位设备中的至少4个uwb定位设备基于各自的位置信息建立救援场所的定位坐标系，从而作为定位基站确定任一个uwb定位设备在定位坐标系中的定位信息，通信装置将位置信息和定位信息向云端服务器发送，通信装置包括4g通信模块和/或5g通信模块，以及，
12.云端服务器接收来自通信装置的位置信息和定位信息并将位置信息和定位信息向指挥监控平台发送，
13.指挥监控平台接收并处理来自云端服务器的位置信息和定位信息以及生成救援指挥信息并向云端服务器发送救援指挥信息，云端服务器接收来自指挥监控平台的救援指挥信息并向通信装置发送救援指挥信息，通信装置还接收云端服务器发送的救援指挥信息。
14.在根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统中，任一个uwb定位设备还包括惯性测量装置，惯性测量装置包括加速度传感器和角速度传感器，加速度传感器和角速度传感器分别测量并获得任一个uwb定位设备的加速度信息和角速度信息，并且惯性测量装置将加速度信息和角速度信息发送至主控装置，主控装置基于加速度信息和角速度信息确定任一个uwb定位设备的姿态信息，通信装置还将姿态信息向云端服务器发送，电源装置还向惯性测量装置供电，
15.云端服务器还接收来自通信装置的姿态信息并将姿态信息向指挥监控平台发送，
16.指挥监控平台还接收并处理来自云端服务器的姿态信息。
17.在根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统中，uwb定位设备还包括显示装置，主控装置将定位信息和/或姿态信息向显示装置发送，显示装置将定位信息和/或姿态信息进行显示，以及电源装置还向显示装置供电。
18.在根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统中，定位设备还包括声光处理装置，声光处理装置包括扬声器和照明单元，通信装置将接收的救援指挥信息向主控装置发送，主控装置对从通信装置接收的救援指挥信息进行处理并生成声光控制信号，并且主控装置将声光控制信号向声光处理装置发送并通过扬声器发出声音以及通过照明单元进行照明，以及电源装置还向声光处理装置供电。
19.在根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统中，uwb定位设备还包
括报警装置，报警装置包括启动按键并且能够在启动按键被按下的条件下向主控装置发送报警控制信息，主控装置对从报警装置接收的报警控制信息进行处理并生成报警信号，并且主控装置将报警信号向通信装置发送，通信装置将接收的报警信号向云端服务器发送，云端服务器接收报警信号并将报警信号向指挥监控平台发送，以及电源装置还向报警装置供电。
20.在根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统中，指挥监控平台接收来自云端服务器的位置信息和定位信息以及生成数字信号，并且指挥监控平台还包括位置信息显示装置，位置信息显示装置接收指挥监控平台生成的显示信息数字信号，位置信息显示装置将显示信息数字信号转换为显示信息并将显示信息进行显示。
21.在根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统中，指挥监控平台接收来自云端服务器的位置信息和定位信息以及生成监测数据信息，并且指挥监控平台还包括存储装置，存储装置接收并存储指挥监控平台生成的监测数据信息。
22.通过根据本技术的基于uwb技术的应急救援指挥系统，多个uwb定位设备可在应急救援现场快速建立定位坐标系，从而可确定该坐标系中任一个uwb定位设备的定位信息，该定位信息发送给指挥监控平台，利于在应急救援场所快速展开救援工作。
附图说明
23.附图示出了本技术的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本技术的原理，其中包括了这些附图以提出对本技术的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
24.图1示出了三边定位法的坐标系图；
25.图2示出根据本技术实施方式的uwb定位设备的结构示意图；
26.图3示出根据本技术实施方式的uwb定位设备中uwb电路板的框图；
27.图4示出根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统的示意图；
28.图5示出根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统中uwb定位设备的框图；以及
29.图6示出根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统中指挥监控平台的示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施方式对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本技术的限制。为简明起见，在本技术各实施方式的描述中，对于相同或者类似的装置/方法步骤，使用相同或者相似的附图标记。
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
32.根据本技术的一个方面，提出了一种uwb定位设备，该uwb定位设备可被例如救援人员带入应急救援场所中，并设置在应急救援现场中，或者由救援人员在应急救援场所中随身携带。该uwb定位设备在应急救援场所中可进行现场定位，并将位置信息向外发送；此外，救援现场之外的指挥系统还可根据从uwb设备所获取的位置信息，制定救援策略、向现
场救援人员发出指令、并进一步展开应急救援。
33.图2示出根据本技术的一个实施方式的uwb定位设备的结构示意图。如图2所示，uwb定位设备100包括壳体120，壳体120呈长方体形并包括顶板121、底板123和四个侧板122(图中仅示出两个侧板以清楚显示)。在本技术的一个实施例中，壳体120可由塑胶防火材料制成。在底板123上位于壳体外侧设有挂钩130，在至少一个侧板122上设有粘接结构，该粘接结构为胶带170、吸盘180或者两者均包括；壳体120内部设有腔室，在腔室内设有uwb电路板140、通信装置190和电源装置150，uwb电路板140确定uwb定位设备100的位置信息并与通信装置190连接从而与外界进行数据通讯，电源装置150包括蓄电池分别向uwb电路板140和通信装置190供电，在底板123的位于腔室一侧设有底座160，在底座160上设有多个插槽，uwb电路板140、通信装置190和电源装置150分别插接于多个插槽的对应插槽；以及uwb定位设备100还包括天线110，天线110呈杆状且至少一部分位于顶板121之外，uwb电路板140与天线110连接从而从外界接收信号。
34.uwb定位设备可通过救援人员带入救援现场，在救援现场可固定设置，具体地，可通过胶带或吸盘固定在现场的地面或墙面等固定物上，固定设置的uwb定位设备可用作定位基站使用；uwb定位设备还可随身携带，具体地可通过挂钩连接在救援人员的衣服、背包等物品上，随身携带的uwb定位设备可用作定位标签使用。
35.继续参照图2，如图2所示，在uwb定位设备100中，天线110的一部分伸出顶板之外，用于从外界接收信号。在根据本技术的另一实施方式中，天线110可以是uwb折叠天线，其从顶板伸出的部分可实现90度弯折，这种弯折结构不仅节省了天线占用的空间，而且可根据应急救援现场的环境，调整天线的接收角度，以更好地进行信号接收。
36.在图2所示实施方式的uwb定位设备100中，还可在一个侧板122的长度方向设置胶带170和/或吸盘180，以实现uwb定位设备的固定。一般情况下，可选择同时设置胶带170和吸盘180。在如图2所示实施方式的uwb定位设备100中，在侧板122的中部，可沿长度方向设置多个吸盘180，吸盘180两侧分别设置条形的胶带170，这样，救援人员可以根据现场实际情况，选择合适的固定方式。
37.下面结合图3对根据本技术实施方式的uwb定位设备做进一步说明。图3示出根据本技术的一个实施方式的uwb定位设备中uwb电路板的框图。如图3所示，uwb电路板140可包括主控装置141和射频装置143，主控装置141可生成测距信息并将测距信息发送至射频装置143，射频装置143可对测距信息进行调制以生成uwb测距信号并将uwb测距信号向外发送，射频装置143还可接收来自其他定位设备的uwb测距信号并将接收的uwb测距信号发送至主控装置141，主控装置141可基于发送的uwb测距信号和接收的uwb测距信号并通过双向测距确定位置信息。
38.主控装置141可生成并发出测距信息，射频装置143对测距信息进行调制，利用测距信息确定uwb定位设备的位置信息，该信息为uwb定位设备在救援现场的位置信息。当救援现场包括多个uwb定位设备时，通过双向测距可确定用作定位基站的uwb定位设备的位置信息，以及确定用作定位标签的uwb定位设备的实时位置信息。
39.双向测距是这样一种技术，其基于飞行时间法测距原理，来确定uwb定位设备的位置信息。通过双边测距算法，可以使定位标签与定位基站都使用最少的通信次数来进行测距，具有效率高，精度高，降低整体功耗等优点。
40.通过根据本技术实施方式的uwb定位设备，当需要进行应急救援时，救援人员携带uwb定位设备进入救援现场，同一个uwb定位设备既可用作基站，也可用作标签，从而可以在应急救援场所进行快速现场定位，并将位置信息向外发送，进而利于救援现场之外根据获取的位置信息，进一步展开应急救援。
41.根据本技术的另一个方面，还提出了一种基于uwb技术的应急救援指挥系统10。图4示出根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统的示意图。如图4所示，基于uwb技术的应急救援指挥系统10包括云端服务器200、指挥监控平台300、以及至少5个上述uwb定位设备100(图中分别用作定位标签和定位基站的uwb定位设备100采用不同的图形标记)，这至少5个uwb定位设备100中的至少4个uwb定位设备100可以基于各自的位置信息建立救援场所的定位坐标系，从而作为定位基站确定任一个uwb定位设备100在定位坐标系中的定位信息。
42.如图4所示，uwb定位设备100中的通信装置将位置信息和定位信息向云端服务器200发送，通信装置包括4g通信模块和/或5g通信模块，以及，云端服务器200接收来自通信装置的位置信息和定位信息并将位置信息和定位信息向指挥监控平台300发送，指挥监控平台300接收并处理来自云端服务器200的位置信息和定位信息以及生成救援指挥信息并向云端服务器200发送救援指挥信息，云端服务器200接收来自指挥监控平台300的救援指挥信息并向通信装置发送救援指挥信息，通信装置还接收云端服务器200发送的救援指挥信息。
43.继续参照图4，如图4所示，在救援现场包括多个uwb定位设备100，该uwb定位设备100不少于5个。
44.根据本技术的一个实施方式，多个uwb定位设备可由救援人员带入救援现场，救援人员可在救援现场的入口放置4个uwb定位设备，该4个uwb定位设备用作定位基站；然后，救援人员在进入救援现场后，在救援现场中可随机或者根据现场情况以最优几何配置放置uwb定位设备以用作定位基站，多个定位基站根据各自的位置信息建立救援现场的定位坐标系，该定位坐标系能够覆盖整个救援现场，在定位坐标系中，可确定多个定位基站在其中的相对位置，通过通信装置将各定位基站的位置信息发送给云端服务器。
45.救援人员随身携带uwb定位设备，该uwb定位设备用作定位标签，进行现场救援时，uwb定位设备实时接收定位基站发出的测距信息；另一方面，用作定位标签的uwb定位设备可通过定位基站的测距信息计算自身的位置信息(该位置信息为携带该uwb定位设备的救援人员的实时位置信息)，并通过通信装置将定位标签的位置信息发送给云端服务器200。
46.如图4所示，云端服务器200作为云端数据传输平台，可以起到数据中继作用。云端服务器200可将接收到的位置信息发送给指挥监控平台300，位置信息可以包括定位基站的位置信息和定位标签的位置信息；以及云端服务器200还可以接收指挥监控平台300发送的救援指挥信息，并将救援指挥信息发送给救援人员。
47.下面结合图5对根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统做进一步说明。图5示出根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统中uwb定位设备的框图。如图5所示，在根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统中，任一个uwb定位设备的uwb电路板还包括惯性测量装置145，惯性测量装置145包括加速度传感器和角速度传感器，加速度传感器和角速度传感器分别测量并获得该任一个uwb定位设备的加
速度信息和角速度信息，并且惯性测量装置145将加速度信息和角速度信息发送至主控装置141，主控装置141基于加速度信息和角速度信息确定该任一个uwb定位设备的姿态信息。该uwb定位设备的通信装置142还将姿态信息向云端服务器200发送，电源装置还向惯性测量装置145供电。云端服务器(未示出)还接收来自通信装置的姿态信息并将姿态信息向指挥监控平台(未示出)发送，指挥监控平台还接收并处理来自云端服务器的姿态信息。
48.当uwb定位设备用作定位标签时，可通过惯性测量装置145获取定位标签的位姿信息，从而可以提高救援及指挥的精准度。该位姿信息可由通信装置发送给云端服务器，再由云端服务器发送给指挥监控平台，指挥监控平台可根据位姿信息进行更精准的救援指挥。例如，在火灾救援现场，当救援人员无法辨识方向时，指挥监控平台可根据位姿信息判断救援人员的身体朝向，进一步做出精准的方向指示。
49.进一步地，如图5所示，在根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统中，uwb定位设备还可包括显示装置146。在该实施方式中，主控装置141可将定位信息和/或姿态信息向显示装置146发送，显示装置146将定位信息和/或姿态信息进行显示，以及电源装置144还向显示装置146供电。定位基站和定位标签上可实时显示当前uwb定位设备的定位信息和位姿信息，该类信息显示在显示屏上体现，供应急救援现场的救援人员参考。
50.如图5所示，在根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统中，定位设备还可包括声光处理装置147。在该实施方式中，声光处理装置147可包括扬声器和照明单元，通信装置142将接收的救援指挥信息向主控装置141发送，主控装置141对从通信装置142接收的救援指挥信息进行处理并生成声光控制信号，并且主控装置141将声光控制信号向声光处理装置147发送并通过扬声器发出声音以及通过照明单元进行照明，以及电源装置144还向声光处理装置147供电。uwb定位设备接收救援指挥信息，救援指挥信息中的语音信息最终由扬声器广播发出。这里，可由部分区域的一个或多个uwb定位设备进行广播，也可由全部的uwb定位设备进行广播。照明单元可在uwb定位设备进入救援现场后便开启，为救援人员提供照明帮助。
51.进一步地，如图5所示，在根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统中，uwb定位设备还可包括报警装置148。在该实施方式中，报警装置148可包括启动按键并且能够在启动按键被按下的条件下向主控装置141发送报警控制信息。主控装置141对从报警装置148接收的报警控制信息进行处理并生成报警信号，并且主控装置141将报警信号向通信装置142发送。通信装置142可将接收的报警信号向云端服务器(未示出)发送，云端服务器接收报警信号并将报警信号向指挥监控平台(未示出)发送，以及电源装置144还可向报警装置148供电。在根据本技术的其他实施方式中，报警装置148可采用一键式操作，可实现紧急情况下的报警功能，救援人员按压启动按键后，使uwb定位设备向指挥监控平台发送报警信号。
52.下面结合图6对根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统做进一步说明。图6示出根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统中指挥监控平台的示意图。如图6所示，在根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统中，指挥监控平台300可接收来自云端服务器(未示出)的位置信息和定位信息以及生成数字信号，并且指挥监控平台300还可包括位置信息显示装置，该位置信显示装置接收指挥监控平台300生成的显示信息数字信号，位置信息显示装置将显示信息数字信号转换为显示信息并
将显示信息进行显示。
53.进一步地，在根据本技术实施方式的基于uwb技术的应急救援指挥系统中，指挥监控平台可接收来自云端服务器的位置信息和定位信息以及生成监测数据信息；并且指挥监控平台还可包括存储装置，该存储装置接收并存储指挥监控平台生成的监测数据信息。
54.在根据本技术的一个实施方式中，指挥监控平台后台端可采用web前端技术开发，并兼容多个硬件平台，可在手机端、pad端、电脑端打开并进行操作。例如，可在电脑端的显示屏显示定位基站和定位标签的位置信息，后台指挥人员可根据上述信息进行现场救援指挥，如指挥救援人员的行进方向等。指挥监控平台还可导出位置报表、信息报表等，如支持导出excel、word、pdf等多种格式的本地文件。
55.通过根据本技术的基于uwb技术的应急救援指挥系统，多个uwb定位设备可在应急救援现场快速建立定位坐标系，从而可确定该坐标系中任一个uwb定位设备的定位信息，该定位信息发送给指挥监控平台，从而可以在应急救援场所快速展开救援工作。
56.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
57.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
58.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本技术，而并非是对本技术的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本技术的范围内。