СИСТЕМА ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ РАДИОЧАСТОТНЫХ МЕТОК В ЗДАНИИ С ПОВЫШЕННОЙ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭВАКУАЦИЕЙ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ
POSITIONING SYSTEM OF RADIO FREQUENCY TAGS IN A BUILDING WITH INCREASED SELECTIVITY FOR EMERGENCY EVACUATION MANAGEMENT

Заявленное техническое решение относится к средствам позиционирования объектов на основе радиочастотной идентификации и может применяться для идентификации и локального позиционирования меток-транспондеров 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 транспонд ерами 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 RFID 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 (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, передающими 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, 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 запоминания кода сигнала метки предыдущего цикла, вычитатель, цифровой компаратор знака приращения, блок формирования модуля разности, цифровой компаратор приращения, логический элемент «И» формирования кода позиции, логический элемент «И» формирования сигнала записи, блок памяти кода позиции, синхронизатор, передатчик кода позиции метки с антенной, генератор адреса метки, при этом приемопередатчик подключен к аналого-цифровому преобразователю соединенному с входом данных блока запоминания кода сигнала метки предыдущего цикла, с входом уменьшаемого вычитателя и с первым не инвертирующим входом цифрового компаратора знака приращения, выход блока запоминания кода сигнала метки предыдущего цикла соединен с вторым инвертирующим входом цифрового компаратора знака приращения и с входом вычитаемого вычитателя, выход вычитателя подключен через блок формирования модуля разности к не инвертирующему входу цифрового компаратора приращения, выполненного с возможностью получения на второй инвертирующий вход сигнала кода порога, а выход цифрового компаратора приращения подключен к первому входу логического элемента «И» формирования кода позиции и к первому входу логического элемента «И» формирования сигнала записи, выход цифрового компаратора знака приращения подключен ко второму входу логического элемента «И» формирования кода позиции, выход которого соединен с информационным входом блока памяти кода позиции, с входом записи которого соединен выход логического элемента «И» формирования сигнала записи, первый выход синхронизатора подключен ко второму входу логического элемента «И» формирования сигнала записи, второй выход синхронизатора подключен ко второму входу записи блока запоминания кода сигнала метки предыдущего цикла, выход блока памяти кода позиции подключен к входу данных передатчика кода позиции метки, ко второму входу которого подключен генератор адреса метки соединенный со вторым входом приемопередатчика.
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. На фиг.3 приведена временная диаграмма синхронизирующих сигналов Т1 и Т2.
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 об их местоположении от 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 (фиг. 2) включает приемопередатчик 7 с антенной 6, аналого-цифровой преобразователь 8, блок запоминания кода сигнала метки предыдущего цикла 9, вычитатель 10, цифровой компаратор знака приращения 11, блок формирования модуля разности 12, цифровой компаратор приращения 13, логический элемент «И» формирования кода позиции 14, логический элемент «И» формирования сигнала записи 15, блок памяти кода позиции 16, синхронизатор 17, передатчик кода позиции метки 18 с антенной 19, генератор адреса меток 20.
Приемопередатчик 7 подключен к аналого-цифровому преобразователю 8. Выход аналого-цифрового преобразователя 8 соединен с входом данных блока запоминания кода сигнала метки предыдущего цикла 9, с входом уменьшаемого вычитателя 10 и с первым не инвертирующим входом цифрового компаратора знака приращения 11. Выход блока запоминания кода сигнала метки предыдущего цикла 9 подключен с вторым инвертирующим входом цифрового компаратора знака приращения 11 и с входом вычитаемого вычитателя 10. Выход вычитателя 10 подключен через блок формирования модуля разности 12 к не инвертирующему входу цифрового компаратора приращения 13, который выполнен с возможностью получения на второй инвертирующий вход сигнала кода порога D. Выход цифрового компаратора приращения 13 подключен к первому входу логического элемента «И» формирования кода позиции 14 и к первому входу логического элемента «И» формирования сигнала записи 15. Выход цифрового компаратора знака приращения 11 подключен ко второму входу логического элемента «И» формирования кода позиции 14. Выход логического элемента «И» формирования кода позиции 14 соединен с информационном входом блока памяти кода позиции 16. Со вторым входом записи блока памяти кода позиции 16 соединен выход логического элемента «И» формирования сигнала записи 15. Первый выход синхронизатора 17 подключен ко второму входу логического элемента «И» формирования сигнала записи 15. Второй выход синхронизатора 17 подключен ко второму входу записи блока запоминания кода сигнала метки предыдущего цикла 9. Выход блока памяти кода позиции 16 подключен к входу данных передатчика кода позиции метки 18, ко второму входу которого подключен генератор адреса метки 20 соединенный со вторым входом приемопередатчика 7.
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 генератор адреса метки 20 циклически поочередно формирует адрес каждой метки, который поступает на вход адреса передатчика приемопередатчика 7 и передается его передатчиком через антенну 6 в эфир. Все метки 1 принимают его сигналы, а метка с переданным адресом формирует сигнал отклика. Радиосигнал от указанной метки через антенну 6 поступает в приемопередатчик 7 на вход приемника сигнала, на выходе которого формируется амплитудно-детектированный сигнал Аан. характеризующий уровень радиосигнала. Далее в аналого-цифровом преобразователе 8 аналоговый сигнал преобразуется в цифровой код А. На выходе блока запоминания кода сигнала метки предыдущего цикла 9 сформирован код В. Функциональное средство цифрового селектора меток по расположению в исходном помещении со считывателем и смежном помещении, представляет собой систему распознавания образов на два класса путем логического анализа кода приращения уровня сигнала метки С=А-В, формируемого вычитателем 10. Для этого, во-первых, определяется факт перемещения между помещениями, для которого характерно значительное увеличение или уменьшение уровня сигнала. С этой целью блок формирования модуля разности 12 формирует модуль приращения  который сравнивает с пороговым значением D при помощи функции компаратора приращения 13 (при  значение выходного бинарного сигнала на его выходе Е=1, что означает - «перемещение в помещение или из него», при  наоборот, Е=0 - «стационарное состояние»). Во-вторых, определяется направление перемещения метки из помещения или в помещение по знаку приращения. С этой целью компаратор знака приращения 11 формирует бинарный код знака приращения F (при А>В, F=1, что означает перемещение в помещение, а при А<В, F=0, наоборот, из помещения). Если имело место перемещение метки между помещениями (Е=1), то для фиксации признака принадлежности метки к помещению в котором расположен описываемый считыватель на выходе логического элемента «И» 14 формируется признак G=E&F. Фиксация уровня сигнала метки в блоке запоминания кода сигнала метки предыдущего цикла 9 и передача признака положения метки для сохранения логики работы должны быть разнесены во времени. С этой целью синхронизатор 17 сначала формирует короткий импульс Т1, который при перемещении метки между помещениями (Е=1) с помощью элемента «И» 15 передается на вход управления записью в блок памяти кода позиции 16, где фиксируется признак G. На выходе блока 16 сохраняется признак P=G соответствующий моменту Т1. Применение блока памяти позволяет обеспечить устойчивость функционирования селектора при нестабильном уровне радиосигнала. Передатчик 18 с антенной 19 передают признак Р и адрес метки сформированный генератором адреса меток 20 в качестве данных в эфир для шлюза этажа 3. В следующий момент времени по короткому импульсу Т2 синхронизатора 17 текущее значение уровня сигнала А записывается в блок запоминания кода сигнала метки предыдущего цикла 9. Далее под управлением генератора адреса меток 20 и синхронизатора 17 процесс опроса меток циклически повторяется.
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 принадлежности метки к помещению, является динамическое изменение во времени величины и знака приращения уровней сигналов принимаемых считывателем. Таким образом, заявляемая система позиционирования обеспечивает оперативное представление точных данных о месторасположении людей снабженных метками в здании, например учащихся, преподавателей и сотрудников школы, руководителю эвакуационного мероприятия в учебном заведении при чрезвычайной ситуации с повышенной избирательностью по сравнению со статической системой.