專利名稱：一種災(zāi)后搜救終端定位方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及災(zāi)后搜救技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種災(zāi)后搜救終端定位方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自然災(zāi)害具有瞬間發(fā)生、破壞劇烈、監(jiān)測預(yù)報(bào)困難、社會(huì)影響深遠(yuǎn)等特點(diǎn)，例如，破壞性強(qiáng)烈的地震、山體滑坡等災(zāi)害，給國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的危害和損失。國內(nèi)外無數(shù)次的自然災(zāi)害事例證明，災(zāi)后緊急救援技術(shù)水平對于減輕災(zāi)害損失具有極其重要的意義。我國目前在災(zāi)害緊急救援技術(shù)方面還十分薄弱，主要依靠人力、搜救犬以及生命探測儀進(jìn)行生命探測，以尋找幸存者。人力和搜救犬探測效率比較低下，且受周邊環(huán)境影響嚴(yán)重。現(xiàn)有生命探測儀均存在著受現(xiàn)場環(huán)境影響較大、搜索空間范圍小、搜索速度慢、缺乏快速定位能力等缺點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了災(zāi)后廢墟埋壓被困人員大范圍快速搜救的需求。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中生命探測儀受到環(huán)境影響嚴(yán)重，導(dǎo)致搜救效率低下的問題， 一種基于手機(jī)的災(zāi)后生命探測方法和系統(tǒng)被提出。如圖1所示，這種系統(tǒng)由手機(jī)(移動(dòng)終端)和若干生命探測儀組成。發(fā)生災(zāi)情后，被困人員手機(jī)(移動(dòng)終端)如果搜索不到正常通信信號進(jìn)行求救，則移動(dòng)終端搜索生命探測儀發(fā)出的信號建立緊急鏈路鏈接。移動(dòng)終端自動(dòng)將自身標(biāo)識碼與生命信息進(jìn)行編碼發(fā)送至生命探測儀，生命探測儀根據(jù)求救信號中的移動(dòng)終端的唯一標(biāo)識，確定移動(dòng)終端并進(jìn)行定位操作，最終確定被困人員的位置，進(jìn)行有效的施救。在系統(tǒng)對發(fā)出求救信號的被困人員進(jìn)行定位后，接下來需要進(jìn)行挖掘救援。由于在各個(gè)方向上被困人員可能被不同數(shù)量、不同材料的坍塌物或者其它材料所覆蓋，因此需要判斷從哪個(gè)方向和角度進(jìn)行挖掘救援最快，安全系數(shù)最高。目前尚沒有一種切實(shí)可行的救援挖掘方向的判決方法，用以保證救援效率的最大化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種災(zāi)后搜救終端定位方法及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有的災(zāi)后搜救系統(tǒng)中無法有效進(jìn)行終端被埋位置和深度定位的問題?！N災(zāi)后搜救終端定位方法，該方法包括選取待探測的區(qū)域位置；在所述區(qū)域位置周邊不同方向設(shè)置若干生命探測儀；每個(gè)所述生命探測儀對接收到的終端發(fā)送的求救信號的時(shí)延與強(qiáng)度進(jìn)行檢測；根據(jù)檢測的結(jié)果確定所述終端的被埋位置和深度。較佳地，所述在所述區(qū)域位置周邊不同方向設(shè)置若干生命探測儀，包括以所述區(qū)域位置中心點(diǎn)為中心，在所述區(qū)域位置周邊不同方向距離所述中心大致等距離的位置設(shè)置所述生命探測儀。較佳地，所述根據(jù)檢測的結(jié)果確定所述終端的被埋位置，包括
待搜救終端的待定坐標(biāo)為(X，Y，Z)，k個(gè)生命探測儀的坐標(biāo)分別為(Xi, Yi, Zi, i = 1,2,3, - ,k,k ^ 4)，生命探測儀與終端的相對時(shí)鐘偏差為Atu，c為電波傳播速度，、為每個(gè)生命探測儀同一時(shí)刻測量到終端的求救信號到達(dá)時(shí)延，則tt*c =水X1 -Xf +(Y1-Yf + (Z1 -Zf + cAtu, (/ = 1,2· ’k k>4)計(jì)算得到終端的三維信息的被埋位置。較佳地，所述根據(jù)檢測的結(jié)果確定所述終端的被埋位置和深度，包括將在各個(gè)所述生命探測儀檢測到的求救信號的強(qiáng)度進(jìn)行比較，檢測信號強(qiáng)度最大的生命探測儀位置指向終端位置的方向上廢墟遮擋最輕，該方向即為所述終端被埋深度最淺的方向。較佳地，該方法還包括設(shè)定所述終端發(fā)射求救信號的發(fā)射功率強(qiáng)度以及所述生命探測儀接收天線增益; 生命探測儀根據(jù)終端位置與生命探測儀位置，計(jì)算出所述求救信號的空間衰減值；根據(jù)下述公式計(jì)算信號穿透損耗信號廢墟穿透損耗=求救信號發(fā)射功率+手機(jī)天線增益+生命探測儀接收天線增益-生命探測儀檢測到的信號強(qiáng)度-信號空間衰減值；根據(jù)得到的穿透損耗，除以信號單個(gè)墻體的穿透損耗，計(jì)算所述終端被埋的深度。較佳地，所述信號單個(gè)墻體的穿透損耗通過現(xiàn)場對不同材料的信號穿透損耗估計(jì)或測試獲得。較佳地，所述終端發(fā)射求救信號時(shí)，攜帶實(shí)際發(fā)送的求救信號的發(fā)射功率強(qiáng)度?！N災(zāi)后搜救終端定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括終端、服務(wù)器以及至少一個(gè)生命探測儀， 所述終端通過無線信號與所述生命探測儀建立連接，所述生命探測儀與所述服務(wù)器連接， 其中，所述終端，用于發(fā)送求救信號；所述生命探測儀設(shè)置于待測區(qū)域周邊若干節(jié)點(diǎn)，用于激活所述終端發(fā)送求救信號，在每個(gè)所述節(jié)點(diǎn)對接收到的所述求救信號的時(shí)延及強(qiáng)度進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果發(fā)送所述服務(wù)器；所述服務(wù)器，用于根據(jù)檢測的結(jié)果確定所述終端的被埋位置及深度。較佳地，所述終端還用于發(fā)送求救信號的發(fā)送功率信息；所述生命探測儀接收所述求救信號的發(fā)送功率信息，發(fā)送所述服務(wù)器；所述服務(wù)器對所述求救信號的發(fā)送功率信息和所述檢測結(jié)果進(jìn)行比較，確定終端到不同方向上的生命探測儀之間的遮擋情況，得到終端在不同方向上的被埋位置和深度。較佳地，該系統(tǒng)還用于測試現(xiàn)場廢墟墻體的信號穿透損耗，其中，設(shè)置終端和生命探測儀分別位于所述現(xiàn)場廢墟墻體的兩面，所述生命探測儀接收所述終端發(fā)送的求救信號，檢測所述求救信號的強(qiáng)度，并發(fā)送服務(wù)器；所述服務(wù)器將檢測到的求救信號的強(qiáng)度與設(shè)定的發(fā)射信號功率強(qiáng)度比較，得到現(xiàn)場廢墟墻體信號穿透損耗。得到現(xiàn)場廢墟墻體信號穿透損耗后，即可通過檢測的信號穿透損耗除以現(xiàn)場廢墟墻體信號穿透損耗，獲知待救人員被埋于幾層墻體之下。本發(fā)明實(shí)施例提供的方案，根據(jù)終端發(fā)送的求救信號確定終端被埋的大致區(qū)域， 在區(qū)域周圍設(shè)置多個(gè)生命探測儀進(jìn)行求救信號的接收，檢測不同方向的節(jié)點(diǎn)接收到的求救信號時(shí)延和強(qiáng)度，比較可以得到終端被埋的位置和深度。通過本發(fā)明實(shí)施例提供的方案，可以準(zhǔn)確有效的進(jìn)行終端被埋位置和深度的定位，及時(shí)高效的判斷出被埋終端的各方向被埋位置和深度，為災(zāi)后搜救救援人員提供有效的救援指導(dǎo)，大大提高救援效率，能盡最大可能保證被困人員的存活率。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中災(zāi)后搜救系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的主要實(shí)現(xiàn)原理流程圖；圖3為1800MHz頻段空間鏈路損耗示意圖；圖4為800MHz頻段空間鏈路損耗示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式由于現(xiàn)有的災(zāi)后搜救方法中，缺少對被困人員的定位方法，本發(fā)明實(shí)施例立足于一種災(zāi)后搜救系統(tǒng)，利用被困人員的手機(jī)終端發(fā)送求救信號，根據(jù)不同的地點(diǎn)接收到求救信號的時(shí)延，計(jì)算被困人員位置，并根據(jù)不同方向接收到求救信號的強(qiáng)度不同的特點(diǎn)，比較各個(gè)方向上接收的信號強(qiáng)度，接收信號強(qiáng)度較高的方向可以認(rèn)為被困人員的被埋深度較淺 (即廢墟外從該方向到被困人員之間的廢墟摘擋最少)，可以從這個(gè)方向?qū)嵤┚仍?。進(jìn)一步的，通過對現(xiàn)場的各種埋壓材料進(jìn)行穿越損耗測試，得到各種不同材料對無線信號的穿越損耗值，經(jīng)過計(jì)算可以準(zhǔn)確的得到埋壓在被困人員上方的材料的厚度和種類，從而對救援提供可靠的依據(jù)。下面結(jié)合各個(gè)附圖對本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的主要實(shí)現(xiàn)原理具體實(shí)施方式
及其對應(yīng)能夠達(dá)到的有益效果進(jìn)行詳細(xì)的闡述。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的主要實(shí)現(xiàn)原理流程如下步驟10，選取待探測的區(qū)域位置。當(dāng)發(fā)生災(zāi)情后，被困人員連同所攜帶的移動(dòng)終端均被埋壓在一定的廢墟之中。本發(fā)明實(shí)施例中，假定被困人員與所攜帶的移動(dòng)終端并不分離，這樣，定位到移動(dòng)終端的位置，就知道被困人員的位置。這里的移動(dòng)終端可以是手機(jī)等日常攜帶的終端設(shè)備，本發(fā)明實(shí)施例中所指的終端，均是指這樣的移動(dòng)終端。這里，要實(shí)現(xiàn)終端發(fā)送求救信號，有兩種方式，一種是生命探測儀在確定了被困人員及終端被埋的廢墟位置后，可以作為臨時(shí)移動(dòng)通信基站接收被埋手機(jī)主動(dòng)發(fā)出的求救信號，亦可主動(dòng)向所述區(qū)域發(fā)出無線信號，終端接收到該信號后向外發(fā)送求救信號。另外一種方式中，終端在檢測到無法接收正常的通信信號時(shí)，會(huì)啟動(dòng)緊急模式，從而發(fā)送求救信號。 根據(jù)求救信號發(fā)出的位置，可以大致確定終端被埋的一個(gè)區(qū)域位置，這個(gè)區(qū)域位置可以是一個(gè)廢墟，也可以是其它的埋壓物。根據(jù)求救信號發(fā)送的方位，可以大致確定終端所在的區(qū)域位置。這里，對于求救信號的接收，可以使用生命探測儀，或者其它的信號接收裝置。步驟20，在區(qū)域位置周邊不同方向設(shè)置多個(gè)生命探測儀。
在確定了終端所在的區(qū)域位置后，需要對終端進(jìn)行進(jìn)一步的定位。在區(qū)域位置的周邊不同方向，設(shè)置多個(gè)生命探測儀?？梢悦總€(gè)方向設(shè)置一個(gè)生命探測儀，也可以根據(jù)實(shí)際的需要在不同的方向設(shè)置不同的多個(gè)生命探測儀。這些生命探測儀，盡可能的以區(qū)域位置中心為中心，等距離的設(shè)置。典型的設(shè)置為4個(gè)生命探測儀，生命探測儀可以作為臨時(shí)移動(dòng)通信基站接收被埋手機(jī)主動(dòng)發(fā)出的求救信號，亦可主動(dòng)向所述區(qū)域發(fā)出無線信號，手機(jī)接收到該信號后向外發(fā)送求救信號。步驟30、每個(gè)生命探測儀對接收到的終端發(fā)送的求救信號的時(shí)延和強(qiáng)度進(jìn)行檢測。在設(shè)置了相應(yīng)的生命探測儀后，需要對接收到的求救信號進(jìn)行接收。這里，接收可以采用生命探測儀，也可以采用其它信號接收裝置。對接收到的求救信號的時(shí)延和強(qiáng)度進(jìn)行檢測。這里，可以采用一個(gè)生命探測儀分別與不同的節(jié)點(diǎn)接收求救信號，檢測求救信號的強(qiáng)度。還可以使用多臺(tái)生命探測儀，分別位于不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行求救信號的接收和強(qiáng)度檢測。步驟40，根據(jù)檢測的結(jié)果確定終端的被埋位置和深度。這里，終端被埋位置和深度有兩層意思。一種是，對檢測結(jié)果進(jìn)行比較，可以得到信號強(qiáng)度最大的一個(gè)生命探測儀所在的方向，這個(gè)方向可以認(rèn)為是指向終端位置的方向上廢墟遮擋最輕，是終端被埋比較淺的方向，據(jù)此方向進(jìn)行救援，可以較快的挖掘到被困人員和終端。另外一層意思中，可以對終端發(fā)射的求救信號的發(fā)射功率強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)定，并由終端在發(fā)射的求救信號中攜帶求救信號的發(fā)射功率強(qiáng)度信息。當(dāng)然，也可以通過生命探測儀與終端的互動(dòng)信息中，設(shè)定終端發(fā)射求救信號的強(qiáng)度，這樣，終端也可以不在求救信號中攜帶發(fā)射功率強(qiáng)度信息，生命探測儀同樣可以獲取終端發(fā)射求救信號的發(fā)射功率信息。在獲知終端發(fā)射求救信號的發(fā)射功率強(qiáng)度信息后，生命探測儀可以將在不同的節(jié)點(diǎn)接收到的求救信號的強(qiáng)度跟求救信號發(fā)射功率強(qiáng)度進(jìn)行比較，可以準(zhǔn)確的得到信號強(qiáng)度損耗值。這個(gè)信號強(qiáng)度損耗值就是求救信號穿透埋壓物所需要的無線衰減損耗。而現(xiàn)有的各種材料的信號穿透損耗是已知的，因而，據(jù)此不僅可以計(jì)算出終端被埋的深度，而且，可以計(jì)算出終端被埋的材料種類和厚度。這里，對于接收到的求救信號的時(shí)延進(jìn)行檢測，并據(jù)此計(jì)算終端被埋位置，主要包括以下方法設(shè)待搜救終端的待定坐標(biāo)為(X，Y，Z)，k個(gè)生命探測儀的坐標(biāo)分別為(X” Yi, Zi, i =1，2，3，·，k，k彡4)，生命探測儀與終端的相對時(shí)鐘偏差為Atu，C為電波傳播速度，k個(gè)生命探測儀經(jīng)時(shí)間同步后，時(shí)間統(tǒng)一，相對時(shí)間誤差極小，則在同一時(shí)刻測量到終端的求救信號到達(dá)時(shí)延ti后。便可列出定位解算方程組如下tt*c =永X1 -Xf +(Y1-Yf + (Z1 -Zf + cAtu, (/ = 1,2· ,k k>4)通過解算該方程組可獲得終端的三維位置信息，也即，可以得到終端的位置信息。這里，各種材料的信號穿透損耗可以通過現(xiàn)場對相應(yīng)的材料進(jìn)行測試或者估算得到。一般的，雖然無線信號在固定頻率下穿透不同材料的損耗有著固定的對比關(guān)系，但是在實(shí)際情況下由于相同材料的厚薄、形狀以及濕度等環(huán)境因素的影響，信號的損耗有可能發(fā)生一定變化。為了使穿透損耗更加準(zhǔn)確，可在現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)際測試，手持終端和信號強(qiáng)度監(jiān)測端(生命探測儀)分別位于待測材料(即掩埋被困人員的材料)兩端，由此可得出此材料的實(shí)際穿透損耗。本實(shí)施例中，在搜救系統(tǒng)基本定位完成后，救援人員進(jìn)入實(shí)地救援階段，接下來需要在現(xiàn)場進(jìn)行被埋位置和深度定位，當(dāng)判定出被埋位置和深度最淺的方向后，才可進(jìn)行實(shí)地挖掘等救援。一般的，被埋深度定位方法如下首先，由于無線信號在空間進(jìn)行傳播時(shí)是有著空間損耗的，并且損耗的分貝數(shù)與傳輸距離有著一定的對應(yīng)關(guān)系；其次，終端發(fā)送的求救信號不同頻率下穿透不同的材質(zhì)也有固定的耗損對比關(guān)系。信號由自由空間的傳播損耗公式如下L(dB) = 32. 45+20Igf (MHz)+20Igd (km)這里，f為基站工作頻率，一般在800 2000MHz ；d為收發(fā)天線之間的距離，一般在0. 02 5km之間。如圖3所示，以TD-SCDMA頻段QOOOMHz左右)為例，探測距離50米處，空間鏈路損耗約73dB。如圖4所示，在CDMA頻段(800MHz左右)，探測距離50米處，空間鏈路損耗約 65dB?！愕臒o線信號穿透墻體的衰減情況如下表所示
權(quán)利要求
1.一種災(zāi)后搜救終端定位方法，其特征在于，該方法包括選取待探測的區(qū)域位置；在所述區(qū)域位置周邊不同方向設(shè)置若干生命探測儀；每個(gè)所述生命探測儀對接收到的終端發(fā)送的求救信號的時(shí)延與強(qiáng)度進(jìn)行檢測；根據(jù)檢測的結(jié)果確定所述終端的被埋位置和深度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述區(qū)域位置周邊不同方向設(shè)置若干生命探測儀，包括以所述區(qū)域位置中心點(diǎn)為中心，在所述區(qū)域位置周邊不同方向距離所述中心大致等距離的位置設(shè)置所述生命探測儀。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)檢測的結(jié)果確定所述終端的被埋位置，包括待搜救終端的待定坐標(biāo)為(X，Y，Z)，k個(gè)生命探測儀的坐標(biāo)分別為(Xi, Yi, Zi, i = 1， 2，3，·，k，k > 4)，生命探測儀與終端的相對時(shí)鐘偏差為Atu，c為電波傳播速度，、為每個(gè)生命探測儀同一時(shí)刻測量到終端的求救信號到達(dá)時(shí)延，則tl*c = ^(X1 -Xf +(Y1-Y)2 + (Z1 -Zf + cAtu, (/ = 1,2. ,k k>4)計(jì)算得到終端的三維信息的被埋位置。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)檢測的結(jié)果確定所述終端的被埋深度，包括將在各個(gè)所述生命探測儀檢測到的求救信號的強(qiáng)度進(jìn)行比較，檢測信號強(qiáng)度最大的生命探測儀位置指向終端位置的方向上廢墟遮擋最輕，該方向即為所述終端被埋深度最淺的方向。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括設(shè)定所述終端發(fā)射求救信號的發(fā)射功率強(qiáng)度以及所述生命探測儀接收天線增益；生命探測儀根據(jù)終端位置與生命探測儀位置，計(jì)算出所述求救信號的空間衰減值；根據(jù)下述公式計(jì)算信號穿透損耗信號廢墟穿透損耗=求救信號發(fā)射功率+手機(jī)天線增益+生命探測儀接收天線增益-生命探測儀檢測到的信號強(qiáng)度-信號空間衰減值；根據(jù)得到的穿透損耗，除以信號單個(gè)墻體的穿透損耗，計(jì)算所述終端被埋的深度。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述信號單個(gè)墻體的穿透損耗通過現(xiàn)場對不同材料的信號穿透損耗估計(jì)或測試獲得。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述終端發(fā)射求救信號時(shí)，攜帶所實(shí)際發(fā)送的求救信號的發(fā)射功率強(qiáng)度。
8.一種災(zāi)后搜救終端定位系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括終端、服務(wù)器以及至少一個(gè)生命探測儀，所述終端通過無線信號與所述生命探測儀建立連接，所述生命探測儀與所述服務(wù)器連接，其中，所述終端，用于發(fā)送求救信號；所述生命探測儀設(shè)置于待測區(qū)域周邊若干節(jié)點(diǎn)，用于激活所述終端發(fā)送求救信號，在每個(gè)所述節(jié)點(diǎn)對接收到的所述求救信號的時(shí)延及強(qiáng)度進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果發(fā)送所述服務(wù)器；所述服務(wù)器，用于根據(jù)檢測的結(jié)果確定所述終端的被埋位置及深度。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述終端還用于發(fā)送求救信號的發(fā)送功率 fn息；所述生命探測儀接收所述求救信號的發(fā)送功率信息，發(fā)送所述服務(wù)器；所述服務(wù)器對所述求救信號的發(fā)送功率信息和所述檢測結(jié)果進(jìn)行比較，確定終端到不同方向上的生命探測儀之間的遮擋情況，得到終端在不同方向上的被埋深度。
10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還用于測試現(xiàn)場廢墟墻體的信號穿透損耗，其中，設(shè)置終端和生命探測儀分別位于所述現(xiàn)場廢墟墻體的兩面，所述生命探測儀接收所述終端發(fā)送的求救信號，檢測所述求救信號的強(qiáng)度，并發(fā)送服務(wù)器；所述服務(wù)器將檢測到的求救信號的強(qiáng)度與設(shè)定的發(fā)射信號功率強(qiáng)度比較，得到現(xiàn)場廢墟墻體信號穿透損耗。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種災(zāi)后搜救終端定位方法及系統(tǒng)，該方法包括選取待探測的區(qū)域位置；在所述區(qū)域位置周邊不同方向設(shè)置若干生命探測儀；在每個(gè)所述生命探測儀對接收到的所述求救信號的時(shí)延及強(qiáng)度進(jìn)行檢測；根據(jù)檢測的結(jié)果確定所述終端的被埋位置及深度。采用本發(fā)明實(shí)施例提供的方案，可以準(zhǔn)確有效地進(jìn)行終端被埋位置和深度和位置的測定，及時(shí)高效地判斷出被埋終端的位置和深度，為災(zāi)后搜救救援人員提供有效的救援指導(dǎo)，大大提高救援效率，能盡最大可能保證被困人員的存活率。
文檔編號G01S5/02GK102353932SQ20111025219
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者余彥培, 關(guān)維國, 劉雯, 呂子平, 孫希延, 徐連明, 施滸立, 王佳, 紀(jì)元法, 袁協(xié), 鄧中亮 申請人:北京樂富科技有限責(zé)任公司, 北京郵電大學(xué)