实时生命体征监测及动态定位的方法及装置.pdf

本发明提供敔一种实时生命体征监测及动态定位的方法及装置，包括被监测者生命体征信息检测、处理和发送部分，生命体征信息定位部分；人的生命体征检测，通过脉搏传感器、温度传感器、体动传感器采集，经A/D变换模块后，由无线发送模块发送出去；生命体征信息定位部分，设有无线接收模块接收生命体征信息，远距离数据通信模块，GPS全球定位信息接收模块，移动通讯GSM/3G模块以及无线局域网WLAN模块，构成综合定位系统，由控制单元控制定位计算单元计算定位。本发明的优点是：(1)可同时获得被监测者的位置和生命体征信息，有利于特殊人群的看护、监测、搜寻和抢救工作(2)模块化设计，方便携带。

1、  一种实时生命体征监测及动态定位的装置，包括被监测者生命体征信息检测、处理和发送部分，生命体征信息定位部分；其特征在于，人的生命体征检测，通过脉搏传感器、温度传感器、体动传感器采集，经A/D变换模块后，由无线发送模块发送出去；生命体征信息定位部分，设有无线接收模块接收生命体征信息，远距离数据通信模块，GPS全球定位信息接收模块，移动通讯GSM/3G模块以及无线局域网WLAN模块，构成综合定位系统，由控制单元控制定位计算单元计算定位。

2、  按权利要求1所述的实时生命体征监测及动态定位的装置的定位方法，包括以下步骤：
步骤一：获取当前的环境信息，主要包括GPS模块获得当前的GPS位置信息，GSM/3G模块获得当前的注册基站和邻近基站的CELL ID、场强信息、TA提前量信息，WLAN模块获得当前无线网络环境下可以接收到的无线路由器的标识信息；
步骤二：如果搜索GSM/3G信号，通过对比手持设备中的CELL ID数据库，确定当前是否处在较大城市环境，如果是转步骤三，否则，转步骤四；
步骤三：如果当前搜索到WLAN信号，通过无线路由器的标识信息采用圆周定位算法实现当前位置定位，并将该结果作为定位结果以结束定位过程；否则，转步骤四；
步骤四：如果当前搜索到GPS信号，则将GPS系统所确定的位置作为当前的定位结果以结束定位过程，否则，转步骤五；
步骤五：如果当前搜索到GSM/3G信号，则通过GSM/3G系统实现定位，将定位结果作为当前的定位结果以结束定位过程，否则，转步骤一。

3、  按权利要求2所述的实时生命体征监测及动态定位的装置的定位方法，其中，GSM/3G定位算法包括以下步骤：
步骤一：在得到被定位手机的CELL ID信息后，从手持设备中的基站特征库内查询目前注册基站信息，获取该基站类型、覆盖范围、扇区角度等信息；
步骤二：判断目前注册基站类型，如果该基站为微蜂窝基站，则转入
步骤三，如果该基站为全向基站，则转入步骤四，否则转入步骤五；
步骤三：查询当前CELL ID对应的基站的位置，并将该位置采用扇区中心点定位法结果作为定位结果并结束定位过程；
步骤四：获得临近基站的CELL ID信息以及到达场强信息，使用场强定位法获得定位结果，并结束定位过程；
步骤五：判断当前注册基站的覆盖半径是否大于阈值α，如果超过α，转入步骤六，否则转入步骤七；
步骤六：获得临近基站的CELL ID信息以及TA信息，使用提前量定位算法获得定位结果并结束定位过程；
步骤七：查询当前CELL ID对应的基站的位置，并将该位置即采用扇区中心点定位法结果作为定位结果并结束定位过程。

实时生命体征监测及动态定位的方法及装置
技术领域
本发明涉及监护个人定位监测方法及装置，特别是一种具有实时生命体征监测及全天候动态定位监测方法及装置。
背景技术
生命体体征监测和定位装置往往应用在对于高危人群例如老人监护、未成年孩子监护以及相关的高危场合下的人员例如公安侦察、野外探险等情况下的人员监测功能。通过生命体体征监测和定位装置，实时收集和监测包括人体的体温、脉搏、血压、呼吸的情况等生命体征信号以实现实时对被监控者的主要生命体征进行监测，在危机情况或者特殊情况下通过定位系统的准确定位，以利于后续救护和支援工作。但是，由于受到现有的个人定位方法限制，目前已有的生命监测和定位装置存在着定位系统缺乏全天候功能，同时由于过于复杂等种种问题，不利于搜寻和抢救。
通过充分检索现有文献和相关资料发现，美国的未来部队勇士系统主要通过在战争区域布置足够多的无线传感器网络，通过收集士兵身上的医学生理传感器信息，通过多站定位的方式实现对于士兵生命体体征监测和定位，但是该系统要求在定位区域设定足够多的无线接收传感器以及足够强大的集中定位处理系统，从而导致了系统的复杂程度和很高的成本，不利于在更多的场合下进行推广。Keruve公司所推出的GPS Locator通过GPS和A-GPS复合定位的模式，实现对于老年痴呆症患者的看护功能，但是，该看护仪并不具备生理特征监测功能，同时需要专门的接收器才能接收到老人的位置信息，其选用的GPS定位方式也容易受到城市建筑的干扰，而A-GPS模式则需要专门的设备架设，也不具备全天候功能。而中国专利一种带有生命体征检测功能的个人定位监测方法及装置(专利号CN02159017.6)虽然实现了对于生命体征得监测，但是其定位主要采用了GPS模式，在受到干扰的情况下也不能实现全天候的动态定位功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有实时生命体征监测及全天候动态定位监测方法及装置。
实现本发明目的的技术方案是：包括被监测者生命体征信息检测、处理和发送部分，生命体征信息定位部分；其特征在于，人的生命体征检测，通过脉搏传感器、温度传感器、体动传感器采集，经A/D变换模块后，由无线发送模块发送出去；生命体征信息定位部分，设有无线接收模块接收生命体征信息，远距离数据通信模块，GPS全球定位信息接收模块，移动通讯GSM/3G模块以及无线局域网WLAN模块，构成综合定位系统，由控制单元控制定位计算单元计算定位。
所述的实时生命体征监测及动态定位的装置的定位方法，包括以下步骤：
步骤一：获取当前的环境信息，主要包括GPS模块获得当前的GPS位置信息，GSM/3G模块获得当前的注册基站和邻近基站的CELL ID、场强信息、TA提前量信息，WLAN模块获得当前无线网络环境下可以接收到的无线路由器的标识信息；
步骤二：如果搜索GSM/3G信号，通过对比手持设备中的CELL ID数据库，确定当前是否处在较大城市环境，如果是转步骤三，否则，转步骤四；
步骤三：如果当前搜索到WLAN信号，通过无线路由器的标识信息采用圆周定位算法实现当前位置定位，并将该结果作为定位结果以结束定位过程；否则，转步骤四；
步骤四：如果当前搜索到GPS信号，则将GPS系统所确定的位置作为当前的定位结果以结束定位过程，否则，转步骤五；
步骤五：如果当前搜索到GSM/3G信号，则通过GSM/3G系统实现定位，将定位结果作为当前的定位结果以结束定位过程，否则，转步骤一。
其中，GSM/3G定位算法包括以下步骤：
步骤一：在得到被定位手机的CELL ID信息后，从手持设备中的基站特征库内查询目前注册基站信息，获取该基站类型、覆盖范围、扇区角度等信息；
步骤二：判断目前注册基站类型，如果该基站为微蜂窝基站，则转入
步骤三，如果该基站为全向基站，则转入步骤四，否则转入步骤五；
步骤三：查询当前CELL ID对应的基站的位置，并将该位置采用扇区中心点定位法结果作为定位结果并结束定位过程；
步骤四：获得临近基站的CELL ID信息以及到达场强信息，使用场强定位法获得定位结果，并结束定位过程；
步骤五：判断当前注册基站的覆盖半径是否大于阈值α，如果超过α，转入步骤六，否则转入步骤七；
步骤六：获得临近基站的CELL ID信息以及TA信息，使用提前量定位算法获得定位结果并结束定位过程；
步骤七：查询当前CELL ID对应的基站的位置，并将该位置即采用扇区中心点定位法结果作为定位结果并结束定位过程；
定位及数据通信单元，为一个便携的手持设备，主要完成生命体征数据的接受、系统的全天候定位以及监测信息、定位信息与监控中心的数据传输。该无线发送模块由接收生命体征检测单元数据的无线接收模块、GSM/3G功能单元、WLAN接收模块、GPS模块、定位计算单元、控制单元和专用远距离数据通信模块构成。GSM/3G功能单元、WLAN接收模块、GPS模块通过接收环境信号获得环境信息送往定位计算单元综合获得定位信息，控制单元则统筹规划系统的工作流程，控制无线接收模块获得实时生命体征信息，控制GSM/3G功能单元、WLAN接收模块、GPS模块和定位计算单元获得位置信息，以及控制GSM/3G功能单元、WLAN单元或者专用远距离数据通信模块实现实时生命体征信息和位置信息的数据传输工作。在无GMS/3G和WLAN信号时，自动启动专用远距离无线数据通信模块。
本发明的优点是：(1)可同时获得被监测者的位置和生命体征信息，有利于特殊人群的看护、监测、搜寻和抢救工作(2)模块化设计，通过优化模块结构，使人体直接携带部分的体积大大减小，方便携带。(3)三种定位方式综合运用，保证了在复杂环境下也能够实现全天候准确定位，同时通过优化定位算法，保证了即使缺乏一种甚至多种环境信号，也能够完成准确的定位。(4)两种工作模式和系统的模块化设计可发便得通过优化模块功耗实现节省电池电能，延长工作时间。(5)系统结构简单，不需要添加额外的接受单元和发射单元，使用现有设备就可以完成硬件的功能，同时也不需要网络服务商提供专门的网络服务，需要的软件开销成本小。(6)模块化设计使得产品优化演变快，可以在现有基础上做演变功能，大大降低成本或者进一步提高功能。(7)系统的更新升级方便，只需要更新基站信息库和WLAN的数据库就可以实现定位功能的实时更新工作，同时也可以在移动设备端手动添加相关信息，进一步保证定位的准确性。
附图说明
附图1是本发明实时生命体征检测方框图。
附图2是本发明的定位及数据通信方框图。
附图3是本发明GSM/3G、WLAN、GPS综合定位流程图。
附图4是本发明GSM/3G定位算法流程图。
具体实方式
下面结合附图对本发明的技术方案作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。
本发明通过多种传感器搜集的被监测者的生命体征，通过获取对周围环境参数并基于WLAN无线网络、GSM/3G系统、GPS系统的三重综合定位获得位置信息，再通过WLAN无线网络传输、GMS网络或专用远距离无线数据通信系统进行监测数据和定位结果的传输至监控中心。
本发明由二部分组成：一部分实时生命体征检测单元，如图1所示，其功能是收集监测体温、脉搏、血压和呼吸信息，并将其传送到数据通信单元。它是一个可方便戴于手腕的弹性腕带，其上集成脉搏传感器、温度传感器、体动传感器，，信号调理电路，控制MCU模块和生命体征检测单元数据的无线发送功能模块。脉搏传感器、温度传感器和体动传感器的输出数据经过信号调理电路进行放大、滤波至合适的电平后后通过送往MCU模块，由MCU微控器自带的ADC模块将监测到的模拟信息转化为数字信息，在这里，MCU选用Silicon公司的C8051F313产品实现。MCU微控器通过近程无线发送模块将数据信息发送到第二部分，即定位及数据通信单元。
第二部分为定位及数据通信单元。该单元如图2所示，为一个便携的手持设备，主要完成生命体征数据的接受、系统的全天候定位以及监测信息、定位信息与监控中心的数据传输。该无线发送模块由接收生命体征检测单元数据的无线接收模块、GSM/3G功能单元、WLAN接收模块、GPS模块、定位计算单元、控制单元和专用远距离数据通信模块构成。GSM/3G功能单元、WLAN接收模块、GPS模块通过接收环境信号获得环境信息送往定位计算单元综合获得定位信息，所述WLAN模块采用普通的笔记本无线网卡，GPS模块采用SiRF公司的starIII GPS讯号处理器，GSM单元使用西门子TC35i模块，而如果使用3G模块，使用中兴通信的MU301模块，而计算单元则由Altera公司的cyclone II FPGA(Field Programmed GateArray，现场可编程阵列)实现，FPGA的编程特性保证了系统的可扩展性和灵活性，同时FPGA的数字信号处理能力确保了系统的强大的运算定位能力，保证了运算精度。控制单元则统筹规划系统的工作流程，控制无线接收模块获得实时生命体征信息，控制GSM/3G功能单元、WLAN接收模块、GPS模块和定位计算单元获得位置信息，以及控制GSM/3G功能单元、WLAN单元或者专用远距离数据通信模块实现实时生命体征信息和位置信息的数据传输工作，所述控制单元同样使用Silicon公司的C8051F313微控器实现。当无GMS(GPRS)和WLAN信号时，自动启动专用远距离无线数据通信模块。无线通讯单元的通讯每个便携设备带有识别码，防止不同装置的干扰。
本发明的GSM/3G、WLAN、GPS全天候综合定位算法，如图3所示，特点在于综合获取环境信息，并在其基础上使用3种定位手段进行定位操作，其步骤为：
步骤一：获取当前的环境信息，主要包括GPS模块获得当前的GPS位置信息，GSM/3G模块获得当前的注册基站和邻近基站的CELLID、场强信息、TA(time advance，提前量)信息，WLAN模块获得当前无线网络环境下可以接收到的无线路由器的标识信息；
本实施例中，GSM/3G模块所获得当前的注册基站和邻近基站的CELL ID、场强信息、TA(time advance，提前量)信息通过GSM/3G模块向基站发送环境请求短信，基站接收到短信后响应GSM/3G模块，同时获得以上参数。WLAN模块所获得当前无线网络环境下可以接收到的无线路由器的标识信息通过WLAN模块查询当前无线网络下所有可连接的无线路由器的IP地址和MAC地址，通过与无线网络数据库中信息对比获得无线路由器的标识信息。
步骤二：如果存在GSM/3G信号，通过对比手持设备中的CELL ID数据库，确定当前是否处在较大城市环境，如果是转步骤，否则转步骤四；
本实施例中，CELL ID数据库预先从运营商中获得，并存储在手持设备中。当查询到对应的CELL ID号，则可以同时获得该基站是否处于较大城市中。
步骤三：如果当前存在WLAN信号，通过无线路由器的标识信息采用圆周定位算法实现当前位置定位，并将该结果作为定位结果以结束定位过程。否则转步骤四；
本实施例中，如果系统能够接收到WLAN信号同时可以顺利的接入WLAN网络，则可以通过无线路由器的标识信息获得邻近无线路由器的位置信息和距离信息，之后通过圆周定位算法计算出移动设备所在位置。
步骤四：如果当前存在GPS信号，则将GPS系统所确定的位置作为当前的定位结果以结束定位过程，否则转步骤五；
步骤五：如果当前存在GSM/3G信号，则通过GSM/3G系统实现定位，将定位结果作为当前的定位结果以结束定位过程，否则转步骤一。
本发明的GSM/3G定位算法，如图4所示，主要是创新性的根据当前的环境，使用多种综合定位方式保证GSM/3G模块的定位精度和定位，其步骤为：
步骤一：在得到被定位手机的CELL ID信息后，从手持设备中的基站特征库内查询目前注册基站信息，获取该基站类型、覆盖范围、扇区角度等信息；
本实施例中，手持便携设备中存储了从运营商处获取的CELL ID数据库，在找到对应的基站号后，就可以同时获得该基站类型、覆盖范围、扇区角度等信息。
步骤二：判断目前注册基站类型，如果该基站为微蜂窝基站，则转入步骤三，如果该基站为全向基站，则转入步骤四，否则转入步骤五；
步骤三：查询当前CELL ID对应的基站的位置，并将该位置即将扇区中心点定位法结果作为定位结果并结束定位过程；
步骤四：获得临近基站的CELL ID信息以及到达场强信息，使用场强定位法获得定位结果，并结束定位过程；
本实施例中，GSM/3G模块向基站发送环境请求短信，基站接收到短信后响应GSM/3G模块，获得邻近环境下的场强参数。
步骤五：判断当前注册基站的覆盖半径是否大于阈值α＝600，如果超过α，转入步骤六，否则转入步骤七；
步骤六：获得临近基站的CELL ID信息以及TA信息，使用提前量定位算法获得定位结果并结束定位过程；
本实施例中，GSM/3G模块向基站发送环境请求短信，基站接收到短信后响应GSM/3G模块，获得邻近环境下的TA参数。
步骤七：查询当前CELL ID对应的基站的位置，并将该位置即采用扇区中心点定位法结果作为定位结果并结束定位过程；
本发明主要有二种工作模式：(1)看护工作模式，在这种模式下，各部分都处于工作状态，实时将定位数据传输到监控中心。(2)监测工作模式，在这种模式下，只有生命体征检测单元中的检测部分处于工作状态，其它部分处于待机状态。