СИСТЕМА ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ РАДИОЧАСТОТНЫХ МЕТОК В ЗДАНИИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭВАКУАЦИЕЙ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ
SYSTEM FOR POSITIONING RADIO FREQUENCY TAGS IN A BUILDING FOR CONTROLLING EMERGENCY EVACUATION

Заявленное техническое решение относится к средствам позиционирования объектов на основе радиочастотной идентификации и может применяться для идентификации и локального позиционирования носимых активных меток, функционирующих как транспондеры, в многоэтажном здании, например, учебного заведения.
Известна «Шахтная система мониторинга, оповещения и определения местоположения горнорабочих» (патент на изобретение RU 2401947 С2, МПК E21F 17/18, 2010 г.) содержащая установленные в шахтной выработке датчики регистрации местоположения и направления перемещения горнорабочих, терминалы операторов, осуществляющих мониторинг местоположения горнорабочих. Горнорабочие оснащаются транспондерами и индивидуальными брелками. Транспондеры предназначены для обмена кодовыми радиосигналами в режиме запроса-ответа с устройствами приема-передачи, которые расположены вдоль выработки шахты. Индивидуальные брелки излучают индивидуальные маячковые кодовые сигналы в акустическом, инфракрасном и радиодиапазонах волн, причем коды излучения отождествляются с личностью горнорабочего. Устройство распознавания и формирования команд управления, а также база данных к нему реализованы в ЭВМ. База данных включает сведения о расположении датчиков, координатах устройств запроса-ответа, индивидуальных кодах транспондеров и отождествляемых с ними владельцах, модуляционных параметрах индивидуальных маячковых кодовых сигналов брелков. Помимо этого, в выработке шахты размещаются устройства активирования индивидуальных брелков и распознавания индивидуальных маячковых кодовых сигналов излучения брелков в акустическом, радио- и инфракрасном диапазонах волн. Все датчики, устройства приема-передачи, устройства распознавания, активирования индивидуальных брелков, подвижные видео- и инфракрасные камеры подключены к устройству распознавания и формирования команд управления.
Недостатком указанной системы является узкая область применения и сложность конструкции.
Известна «Система и способ локального позиционирования, система обслуживания пассажиров и воздушное судно» (патент на изобретение RU 2745578 С2, МПК H04W 4/42, H04W 4/02, B64D 11/00, 2019 г), содержащая считывающее устройство беспроводной передачи данных, устройство обработки данных. Устройство для обработки данных содержит серверное устройство с возможностью беспроводного приема сигналов. Система обслуживания пассажиров содержит систему локального позиционирования и устройство для обработки запроса пассажира. Для осуществления способа считывают данные от метки из множества меток беспроводной передачи данных, расположенных в различных местах области заданной конструкции, создают сигнал метки передачи данных, представляющий считанные данные метки, осуществляют доступ к карте сопоставления множества меток относительно заданной конструкции, определяют положение.
Недостатком указанной системы является узкая область применения и сложность конструкции.
Известна «Система детектирования местоположения с использованием RFTD метки» (патент на изобретение RU 2513920 С2, МПК G06K 17/00, G08B 21/18, 2014 г.), принятая за прототип, указанная система обеспечивает возможность осуществления расположения RFID считывателей, имеющих широкий диапазон распознавания для приема информации о местоположении через упомянутые RFID считыватели в любом месте. Передачу этой информации осуществляют одновременно с предварительно заданными сообщениями в соответствии с частотой RFID активации через другой RFID считыватель, установленный в портативном телефоне, а также с возможностью информирования охранника пользователя о безопасности пользователя через эти сообщения. Охранник может подтверждать информацию о местоположении пользователя через рабочий сервер и может непосредственно подключаться к сети общественной безопасности при наступлении экстренной ситуации. При этом пользователь портативного телефона может вводить символы и посылать сообщения желаемого характера для информирования охранника о безопасности пользователя.
Недостатком указанной системы является использование известного принципа матричного «сотового» расположения считывателей. Применительно к решаемой задаче селективного определения нахождения и идентификации меток в помещениях здания такой подход неприемлем из-за невозможности учета неоднородности среды распространения электромагнитных волн, ввиду наличия стен и перекрытий здания, а также необходимости значительных мощностей передатчиков меток.
Технический результат заключается в повышении точности и оперативности определения нахождения и идентификации меток в помещениях здания.
Технический результат достигается тем, что система позиционирования радиочастотных меток в здании для управления эвакуацией в чрезвычайных ситуациях содержащая радиочастотные метки, принимающие управляющие коды и передающие код-идентификатор, соединенные беспроводной связью со считывателями, передающие управляющие коды и принимающие сигналы кодов-идентификаторов меток, сервер, предназначенный для приема беспроводным образом кодов-идентификаторов каждой метки и информации о ее местоположении от считывателя, соединен беспроводной сетью интернет с мобильным или стационарным терминальным устройством руководителя, дополнительно содержит шлюзы, расположенные на каждом этаже здания, каждая метка соединена по радиальному радиоканалу первого уровня со считывателем в пределах помещения и со считывателями смежных помещений, считыватели, расположенные в каждом помещении здания, соединены по радиальному радиоканалу второго уровня со шлюзом этажа, шлюзы соединены по радиальному радиоканалу третьего уровня с сервером, при этом каждый считыватель, выполненный с возможностью определения уровня сигналов радиочастотных меток и фиксации моментов времени их поступления, дополнительно содержит селектор уровней сигналов меток, включающий приемопередатчик с антенной, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, блок запоминания сигналов меток находящихся внутри помещения, блок запоминания сигналов меток находящихся вне помещения, полусумматор, компаратор, передатчик кода позиции метки с антенной, генератор адреса метки, при этом приемопередатчик подключен к аналого-цифровому преобразователю, выход которого соединен со входами блока управления и компаратора, выходы блока управления через блок запоминания сигналов меток находящихся внутри помещения и блок запоминания сигналов меток находящихся вне помещения соединены с соответствующими входами полусумматора, подключенного к компаратору, выходом соединенному с передатчиком кода позиции метки, а генератор адреса метки подключен к входам приемопередатчика и передатчика кода позиции метки.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами. На фиг.1 приведена структура системы позиционирования радиочастотных меток в здании для управления эвакуацией в чрезвычайных ситуациях. На фиг.2 приведена функциональная схема селектора.
Система позиционирования радиочастотных меток в здании для управления эвакуацией в чрезвычайных ситуациях содержит радиочастотные метки 1, которыми снабжен каждый человек, находящийся в здании. Каждая метка 1 соединена по радиальному радиоканалу первого уровня со считывателями 2 в пределах помещения и со считывателями смежных помещений и принимает управляющие коды и передает код-идентификатор. Считыватели 2, расположенные в каждом помещении здания, выполнены с возможностью определения уровня сигналов радиочастотных меток и фиксации моментов времени их поступления. Считыватели 2, расположенные в каждом помещении здания, соединены по радиальному радиоканалу второго уровня со шлюзом 3 этажа. Шлюзы 3 соединены по радиальному радиоканалу третьего уровня с сервером 4. Сервер 4, предназначенный для приема беспроводным образом кодов-идентификаторов каждой метки и информации о ее местоположении считывателей 2 через шлюзы 3, соединен беспроводной сетью интернет с мобильным или стационарным терминальным устройством 5 руководителя. Каждый считыватель 2 для осуществления фиксации положения метки в помещении дополнительно содержит селектор уровней сигналов меток. Селектор включает приемопередатчик 7 с антенной 6, аналого-цифровой преобразователь 8, блок управления 9, блок запоминания сигналов меток находящихся внутри помещения 10, блок запоминания сигналов меток находящихся вне помещения 11, полусумматор 12, компаратор 13, передатчик кода позиции метки 14 с антенной 15, генератор адреса метки 16. Приемопередатчик 7 подключен к аналого-цифровому преобразователю 8. Выход аналого-цифрового преобразователя 8 соединен со входами блока управления 9 и компаратора 13. Выходы блока управления 9 через блок запоминания сигналов меток находящихся внутри помещения 10 и блок запоминания сигналов меток находящихся вне помещения 11 соединены с соответствующими входами полусумматора 12. Полусумматор 12 подключен к компаратору 13. Компаратор 13 выходом соединен с передатчиком кода позиции метки 14. Генератор адреса метки 16 подключен к входам приемопередатчика 7 и передатчика кода позиции метки 14.
1
1
1
1
Система позиционирования радиочастотных меток в здании для управления эвакуацией в чрезвычайных ситуациях работает следующим образом. Для локализации меток в помещениях здания организована трехуровневая структура «помещение - этаж - здание» (фиг.1). Во всех помещениях здания, например, здания школы в классных комнатах, коридорах, и т.д. стационарно расположены считыватели 2, по радиоканалу первого уровня способные опрашивать произвольно перемещаемые людьми метки 1. Считыватели 2 выполнены с возможностью передачи по радиоканалу второго уровня данных в шлюз этажа 3. Шлюзы 3 этажей выполнены с возможностью передачи данных по радиоканалу третьего уровня в сервер 4. Сервер 4 выполнен с возможностью обработки и передачи данных в терминальное устройство 5 руководителя, которое может быть как стационарным, так и мобильным. В селекторе считывателя 2 радиосигналы от меток 1 через антенну 6 поступают в приемопередатчик 7, включающий приемник сигнала метки с входом радиосигнала и выходом амплитудного детектированного сигнала Аан., а также, передатчик адреса метки с цифровым входом адреса метки. Приемопередатчик 7 с амплитудным детектором на выходе формирует аналоговый сигнал Аан. характеризующий уровень радиосигнала. Далее в аналого-цифровом преобразователе 8 аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму, а затем выполняется анализ уровней сигналов меток 1. Функциональное средство цифрового селектора меток по расположению в исходном помещении со считывателем и смежном помещении, представляет собой адаптивную систему распознавания образов на два класса путем сравнения уровней сигналов меток Ai с пороговым значением Апор. при помощи функции компаратора 13. В результате сравнения для каждой метки 1 с номером i происходит поочередное формирование кодов нахождения метки 1 в помещении Pi. Если метка 1 находится в помещении, то Pi=1, иначе - Pi=0. Далее код принадлежности метки 1 к помещению, в котором расположен считыватель 2, при помощи передатчика кода позиции метки 14 передается через шлюз 3 для обработки в сервер 4. Формирование порогового значения уровня сигнала для разделения меток 1 на два класса производится из условия, что минимальное значение уровня сигнала от метки находящейся в помещении на максимальном удалении от считывателя, больше, чем максимальный уровень сигнала от метки, находящейся в смежном помещении. Для формирования порогового значения уровня сигнала Апор. в считывателе 2, установленном в конкретном помещении, перед включением в работу производятся настройки. С этой целью проводятся два контрольных измерения. При первом измерении контрольная метка с сигналом Α находится в помещении на максимальном удалении от считывателя 2, а в смежном - метки отсутствуют; при этом показанный на фиг.2 переключатель блока управления 9 установлен в положение «Внутри min», что позволяет фиксировать величину Α как сигнал «Внутри помещения» в блоке запоминания сигналов меток находящихся внутри помещения 10, на выходе которого формируется величина обозначаемая В. При втором измерении контрольная метка находится вне помещения, но в положении максимально приближенном к считывателю 2; в помещении метки отсутствуют; при этом переключатель блока управления 9 установлен в положение «Вне max», что позволяет фиксировать величину Α как сигнал «Вне помещения» в блоке запоминания сигналов меток находящихся вне помещения 11, на выходе которого формируется величина обозначаемая С. Далее переключатель блока управления 9 переводят в положение «Работа» исключающее дальнейшее влияние величины Α на блоки запоминания 10 и 11. Полусумматор 12 выполнен с возможность вычисления из зафиксированных в запоминающих блоках 10 и 11 величин В и С пороговой величины для селекции сигналов Апор.=(В+С)/2. В рабочем режиме под управлением адресных сигналов генератора адреса метки 16, последовательно формирующего текущие адреса меток от i=1 до i=N, приемопередатчика 7 в течение короткого интервала времени передает адрес приемнику метки 1, а затем приемопередатчик 7 принимает радиосигнал отклика адресованной метки 1, выделяет его амплитуду при помощи встроенного амплитудного детектора. Далее аналого-цифровой преобразователь 8 передает преобразованный им в цифровую форму сигнал Ai на неинвертирующий вход компаратора 13. На инвертирующий вход компаратора 13 с выхода полусумматора 12 поступает пороговая величина Апор. Далее, если Ai>Апор., то на выходе компаратора формируется код Р=1, иначе - Р=0, который затем при помощи передатчика кода позиции метки 14 передается через - шлюз 3 для обработки в сервер 4.
По сравнению с известными техническими решениями, заявляемая система позволяет селективно распознавать образы метки находящейся в помещении и метки находящейся в смежном помещении при неоднородности среды распространения электромагнитных волн, например, при прохождении через стены и перекрытия здания. Признаком, по которому формируется образ, характеризующий помещение, и образ принадлежности метки к помещению являются уровни сигналов меток принимаемых считывателем. Таким образом, заявляемая система позиционирования обеспечивает оперативное представление точных данных о месторасположении людей снабженных метками 1 в здании, например учащихся, преподавателей и сотрудников школы, руководителю эвакуационного мероприятия в учебном заведении при чрезвычайной ситуации.