УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ЗА МЕСТОНАХОЖДЕНИЕМ ЛИЦ
APPARATUS FOR MONITORING LOCATION OF INDIVIDUALS

Изобретение относится к устройству контроля за местонахождением лиц в системах туннелей, содержащему устройство обработки.
В DE 102005055102 А1 описаны способ регистрации, определения местоположения и управления объектами с помощью системы управления инвентарными средствами или средствами производства, а также соответствующее устройство. В этом известном способе мобильные объектные узлы и неподвижные опорные узлы, соответственно, с блоком обработки, приемопередающим блоком, блоком памяти, блоком питания и индивидуальным кодом опознавания и один или несколько мобильных или неподвижных узлов доступа, дополнительно содержащих блок ввода-вывода, образуют самоорганизующуюся, сообщающуюся беспроводным путем сеть. При этом опорные узлы расположены в известных местах, и каждому контролируемому объекту придан один объектный узел. Обмен данными между отдельными узлами происходит либо непосредственно, либо способом «Multi-Hop», а узел или узлы доступа автоматически или по индивидуальному запросу запрашивают для контроля за объектами данные от объектных узлов и/или принимают данные от них. Способ обеспечивает спонтанный обзор текущего числа имеющихся объектов и текущих мест нахождения соответствующих объектов, а также при необходимости другой информации об объекте и его окружении, например температуре, давлении или влажности окружающего воздуха. Также могут задаваться разрешенные участки, например, на первом этаже дома, которые сопоставляются с объектом, например в больнице. Объектами могут быть измерительные устройства в больнице. Также в области планирования использования и контроля персонала лицу может быть придан объектный узел, и по сети может запрашиваться местонахождение лица, причем с лицом с объектным узлом можно активно связываться через узел доступа. Определение положения объектного узла может осуществляться, например, за счет обработки отношений соседства узлов в сети или на основе известных местоположений опорных узлов, а также за счет обработки принимаемых сигналов других узлов. Упомянутая публикация не касается контроля за лицами в системах туннелей. В них существуют особые условия, которые затрудняют надежное определение местонахождения лиц.
В предложенном в DE 102006034857 А1 устройстве для определения местонахождения лиц речь идет об определении их местоположения в установках техники автоматизации. При этом лица носят радиометки, считываемые с помощью предусмотренных в полевых устройствах блоках считывания. Кроме того, сложно передавать изменяющиеся данные, которые возникают в случае изменяющихся окружающих лица условий или смены персонала.
В ЕР 1047244 А1 описано определение положения мобильного узла в физическом месте в сети, которая может быть разной величины, например в офисе или за границей. В частности, при этом должна быть возможной также идентификация мобильного узла в посторонней сети. Мобильный узел может быть соединен с сетью по-разному, например через локальную сеть, инфракрасное соединение и т.п. Это относится к выбору путей передачи пакетов данных (IP-пакеты), но не к определению местонахождения лиц. В частности, возникают особые проблемы с определением местонахождения лиц в системах туннелей.
В WO 2005/076553 A1 раскрыто определение физического места в сети узлов, причем для определения места привлекается расстояние до различных узлов. Также эта публикация подробно не останавливается на решении проблем, существующих в системе туннелей при определении местонахождения лиц.
В ЕР 0826278 В1 описаны способ управления пакетами данных в пределах беспроводной сети передачи пакетов и беспроводная сеть и узлы для применения способа. При этом речь идет об управлении путями передачи пакетов, однако, также не об определении местонахождения лиц в системе туннелей.
Другие устройства для определения местонахождения описаны в WO 01/06401 A1, US 2002/0104013 A1, DE 10323209 A1, DE 102006034857 A1, DE 102005055102 A1, US 2004/0217864 A1 и US 2006/0219783 A1, касающихся большей частью определения местонахождения в зданиях, зачастую на основе RFID-технологии.
В основе изобретения лежит задача создания устройства для контроля за местонахождением лиц в системах туннелей, с помощью которого достигалось бы надежное определение местонахождения в этом окружении.
Эта задача решается с помощью признаков п.1 формулы. При этом предусмотрено, что в системе туннелей в контролируемых помещениях в постоянных опорных точках, известных устройству обработки, локально распределены беспроводные приемопередающие блоки с беспроводным устройством передачи данных, лица снабжены мобильными датчиками, приемопередающие блоки содержат интерфейсы передачи данных, посредством которых они, во-первых, приводятся мобильными датчиками в состояние беспроводной передачи данных, а во-вторых, приведены устройством обработки в состояние проводной или беспроводной передачи данных, при этом в устройстве обработки хранятся программы, с помощью которых на основе зарегистрированных приемопередающими блоками данных определяется местонахождение лиц.
Приемопередающие блоки, установленные целесообразно в заметных местах системы туннелей для максимально сплошного определения местонахождения лиц, интерфейсы передачи данных и устройство обработки обеспечивают быстрое и надежное определение местонахождения лиц в системе туннелей. При этом для передачи данных между приемопередающими блоками и устройством обработки можно использовать также несколько соединений между самими приемопередающими блоками, чтобы, например, направить зарегистрированные данные от удаленного места в системе туннелей к центральному месту.
Для безопасности лиц предпочтительно предусмотрены мобильные и/или стационарные датчики для регистрации состояний угрозы лицам и/или опасных зон в системе туннелей, при этом устройство обработки выполнено с возможностью обнаружения опасных ситуаций.
Один предпочтительный вариант регистрации местонахождения лица состоит в том, что устройство обработки выполнено с возможностью определения местонахождения на основе одновременно зарегистрированных данных нескольких приемопередающих блоков посредством триангуляции.
Другие предпочтительные варианты регистрации местонахождения состоят в том, что устройство обработки выполнено с возможностью определения местонахождения на основе измерения времени прохождения сигналов мобильных датчиков и/или мощности сигналов посредством зарегистрированных данных.
Надежной обработке и определению местонахождения способствует то, что тракты передачи данных между мобильными датчиками и приемопередающими блоками и/или тракты передачи данных между устройством обработки и приемопередающими блоками выполнены двунаправленными.
Предпочтительная конструкция устройства для контроля за местонахождением состоит в том, что приемопередающие блоки встроены в имеющиеся электроустановочные устройства, в частности светильники и/или компоненты устройства оповещения.
Предпочтительный для контроля за лицами и для их защиты вариант состоит в том, что система туннелей классифицирована на участки разной степени угрозы, а соответствующие классификационные данные хранятся в устройстве обработки и связаны или могут быть связаны с полученными данными о местонахождении.
Контролю за лицами и их защите способствует то, что в системе туннелей установлена измерительная система со стационарными датчиками физических состояний, данные которых подаются на устройство обработки и сопоставляются с зарегистрированными данными.
Кроме того, защите находящихся в системе туннелей или в здании лиц способствуют меры, заключающиеся в том, что имеется система предупреждения лиц, причем подача предупредительных сигналов в зависимости от местонахождения лица осуществляется устройством обработки или приемопередающими блоками.
Предпочтительный для защиты лиц вариант состоит в том, что они снабжены дополнительными мобильными датчиками, которые выполнены для регистрации их жизненных функций, в частности артериального давления, дыхания, ЭКГ и/или движения, при этом устройство обработки выполнено с возможностью обработки зарегистрированной жизненной функции.
Другие предпочтительные варианты состоят в том, что устройство для контроля за местонахождением лиц выполнено с возможностью трехмерных регистрации и отображения местонахождения, предусмотрена управляющая система для вспомогательного персонала с целью спасения попавшего в опасное положение лица, в управляющую систему для вспомогательного персонала встроены мобильные и стационарные датчики, при этом для беспроводной передачи данных используется радиопередача по технологии линейно-частотной модуляции с расширением спектра.
Изобретение более подробно поясняется ниже на примерах его осуществления со ссылкой на чертежи, на которых изображают:
Фиг.1А, 1В: схематично в сечении и при виде сверху систему туннелей с мобильными датчиками;
Фиг.2А, 2В: в сечении и при виде сверху систему туннелей из фиг.1 без мобильных датчиков, однако с вызывающими помехи устройствами;
Фиг.3: в перспективе фрагмент системы туннелей со стационарными датчиками для контролируемых физических состояний;
Фиг.4: фрагмент системы туннелей с расположенными в стационарных опорных точках приемопередающими блоками и подвижным объектом, а также с блоком обработки устройства обработки;
Фиг.5: схематично систему туннелей с несколькими опорными точками для приемопередающих блоков и с большим числом мобильных абонентов, а также с устройством обработки;
Фиг.6: схематично фрагмент системы туннелей с примером передачи данных;
Фиг.7: пример регистрации местонахождения мобильного абонента на участке системы туннелей;
Фиг.8: схематично пример определения местонахождения в системе туннелей;
Фиг.9: пример действий при определении местонахождения;
Фиг.10: схематично разделение участка туннеля на различные опасные зоны;
Фиг.11: пример передачи данных от участка туннеля к устройству обработки с отображением на мониторе.
На фиг.1А и 1В схематично изображена система 10 туннелей, например в руднике, с несколькими мобильными датчиками S1, S2, …, S6, которые предназначены для различных мобильных абонентов, в частности лиц, например лица в опасной зоне 11, посылающего аварийный вызов сотрудника, руководителя группы, железной дороги, подъемника и другого сотрудника, и могут быть снабжены соответствующими кодами опознавания. На фиг.1В система 10 туннелей изображена при виде сверху.
На фиг.2А, 2В система 10 туннелей изображена без мобильных датчиков S1, S2, …, Sn, однако с железной дорогой Е и подъемником L, которые могут создавать помехи для сигналов мобильных датчиков S1, S2, …, Sn.
Как видно на фиг.3, внутри системы 10 туннелей могут быть расположены также стационарные датчики 40, 41, …, 50, например датчик вандальных действий, детектор напряжения, датчик функционирования вентиляторов, устройство для измерения содержания СО, температурный датчик, камера видеонаблюдения, датчик доступа, телефоны, устройства оказания первой помощи, огнетушитель и т.п. (например, сигнализатор дыма, датчик влажности, датчики пыли, датчики газа, датчики радиоактивных материалов).
На фиг.4 изображено ответвление внутри системы 10 туннелей с расположенными в ответвляющихся штольнях опорными точками А1, А2, А3, А4, в которых установлены стационарные приемопередающие блоки SE1, …, SE4 (фиг.6). С их помощью можно контролировать подвижный объект 30, в частности лицо, в отношении его местонахождения. Для этого приемопередающие блоки SE1, …, SE4 находятся в беспроводном, обеспечивающем передачу данных соединении с мобильным датчиком, которым снабжен подвижный объект 30. Данные могут направляться приемопередающими блоками SE1, …, SE4 дальше и передаваться на блок обработки 5, например, в виде мини-компьютера (карманного компьютера) с дисплеем и/или направляться дальше подвижным объектом 30 через его мобильный датчик, причем переданные на блок 5 управления зарегистрированные данные в любом случае содержат информацию для определения местонахождения и обработки в нем. На дисплее местонахождение подвижного объекта 30, в частности данного лица, наглядно отображается в большей взаимосвязи. Для этого в блоке 5 управления хранятся также данные о системе туннелей с графическими и/или буквенно-цифровыми указаниями мест, например двух- или трехмерные планы путей, опасные зоны, расстояния, примечательные точки и т.п., если такие данные уже имеются или при проходке определяются заново.
На дисплее, предусмотренном в носимом мини-компьютере подвергаемого опасности лица или спасателя, может осуществляться трехмерное отображение окружения лица с отображением его местонахождения и, возможно, местонахождения спасаемого лица, причем на дисплее может отображаться важная дополнительная информация, например степень опасности, например обозначение опасных зон красным или желтым цветом или соответственно цветное или мигающее изображение самих лиц. При этом может быть предусмотрен интерактивный вид всех мест соответствующих участков туннеля или рабочего окружения, причем обеспечивается поворот, увеличение и уменьшение рабочего окружения. За счет постоянного согласования данных о местонахождении на носимом с собой и за счет этого мобильном компьютере спасателя и/или находящегося в опасности лица соответствующая информация точно отображается в соответствующем рабочем окружении, причем помимо собственного местонахождения может отображаться также местонахождение других лиц или мобильных узлов.
На фиг.5 схематично изображен участок системы 10 туннелей с большим числом опорных точек А1, А2, …, А11 и большим числом находящихся в системе 10 туннелей мобильных абонентов М1, М2, …, Mn. Последние снабжены мобильными датчиками S1, S2, …, Sn, которые содержат интерфейсы беспроводной передачи сигналов, в частности по радио, рассчитанные предпочтительно для двунаправленной передачи. Мобильные датчики S1, S2, …, Sn могут быть также снабжены кодами опознавания. Последние хранятся также в устройстве 6 обработки, которое через интерфейс 8 находится в обеспечивающем проводную или беспроводную передачу данных соединении с приемопередающими блоками, а также связано с дисплеем 7, на котором отображается система туннелей, по меньшей мере, отдельными участками с соответствующими мобильными абонентами М1, М2, …, Mn в их соответствующем положении. Зарегистрированные данные могут проводным или беспроводным путем передаваться от приемопередающих блоков, расположенных в опорных точках А1, А2, …, An, через размещенные в них интерфейсы непосредственно на устройство 6 обработки через его интерфейс 8 или передаваться от одного приемопередающего блока на другой, а затем от подходящего приемопередающего блока передаваться на устройство 6 обработки. Интерфейсы приемопередающих блоков и устройства 6 обработки рассчитаны предпочтительно для двунаправленной передачи.
На фиг.6 проиллюстрирована передача сигналов датчика мобильного абонента М1 на приемопередающий блок SE2 в опорной точке А2 (узел) к другим опорным точкам An или их приемопередающим блокам SEn.
На фиг.7 проиллюстрирован принцип определения местонахождения мобильного абонента М1 за счет измерения расстояний между опорными точками А1, А2. Для определения местонахождения может применяться, например, метод триангуляции, измерение времени прохождения и/или измерение посредством мощности сигнала, причем полученные посредством приемопередающих блоков зарегистрированные данные вычисляются и обрабатываются, в частности, в устройстве 5, 6 обработки с помощью хранящихся в нем программ.
На фиг.8 проиллюстрировано определение местонахождения мобильного абонента М1 за счет измерения расстояний посредством трех приемопередающих блоков в опорных точках А1, А2, А3, которые определяют расстояния R1, R2, R3 до мобильного абонента М1. В точке пересечения трех окружностей с радиусом соответствующего расстояния от опорной точки до мобильного абонента и находится мобильный абонент. Зарегистрированные данные передаются от узла к узлу через опорные точки А3, А4, А5 к устройству 6 обработки с дисплеем 7, присваиваются месту в пределах системы 10 туннелей и отображаются топологически или топографически.
На фиг.9 изображен пример действий по определению расстояния до мобильного абонента через опорные точки (узлы) А1, А2 с соответствующим временем прохождения и задержки. При этом используется двойное изменение времени прохождения, благодаря чему достигается повышенная точность определения местонахождения с устранением неточностей датчиков времени.
Предпочтительный вариант устройства для контроля за местонахождением изображен на фиг.10 и 11. Система туннелей разбита по различным опасным зонам на участки 10.1, 10.2, 10.3, 10.4… На участке 10.1, представляющем собой, например, портал, регистрируются все лица (посетители и сотрудники). На участке 10.2, представляющем собой, например, готовый участок, разрешен доступ посетителям и сотрудникам М1, М2, М3, М4. На участке 10.3, еще находящемся в разработке, доступ разрешен только обученным специалистам, причем для посетителей могут подаваться сигналы тревоги. На участке 10.4 находится опасная зона, например для проведения взрывных работ. При этом предусмотрена предупредительная система для находящихся там мобильных абонентов.
Система тревожной сигнализации или предупредительная система для мобильных абонентов М1, М2, …, Mn рассчитана, например, так, что им через устройство связи передаются оптические и/или акустические сигналы, причем система передачи может быть самостоятельной системой с собственными трактами передачи данных или использовать тракты передачи данных устройства контроля за местонахождением. Контролируемые лица, например, вместе с мобильными датчиками S1, S2, …, Sn сами могут быть снабжены предупредительными устройствами, или на участках 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 могут быть установлены тревожные или предупредительные компоненты (лампы, другие визуальные индикаторы, акустические сигнализаторы или, например, пьезовиброустройства тревожной сигнализации). Кроме того, система подачи тревожных и предупредительных сигналов для контроля за лицами, например для регистрации биометрических данных лиц в качестве мобильных абонентов М1, М2, …, Mn, может быть оборудована соответствующими мобильными измерительными компонентами или стационарными датчиками физических параметров состояния (температура, газ, радиоактивность и т.п.). Все зарегистрированные данные регистрируются и вычисляются в устройстве 6 обработки и используются, например, для информирования находящегося в опасной зоне лица с помощью подходящего предупредительного сигнала об опасной ситуации, например в случае высокого содержания СО, метана или сильной запыленности. К тому же контролирующих лиц или иную группу сотрудников можно известить о том, что лицо попало в опасную ситуацию и оно, например, само не может выбраться из нее. Это можно установить за счет речевой связи с данным лицом или за счет обработки физиологических параметров, например артериального давления, дыхания, движения (ЭКГ) и т.п., регистрируемых посредством датчиков жизненных функций. Перед достижением критических значений данное лицо предупреждается посредством оптического, акустического или тактильного тревожного датчика, например пьезовибратора. В диспетчерской с устройством обработки, в которую также подаются зарегистрированные данные или, по меньшей мере, важные информационные данные, например предупредительные указания, в случае критических или угрожающих здоровью значений осуществляется аварийный вызов подвергающегося угрозе лица или, при необходимости, вспомогательного персонала, и/или предлагаются сценарии спасения.
Для поддержки спасательной команды или оператора в диспетчерской устройство обработки оборудовано программными средствами производственного контроля, которые в аварийной ситуации обеспечивают спасаемому лицу или спасательной команде или вспомогательному персоналу поддержку при преодолении кризисной ситуации. Программные средства производственного контроля регистрируют мобильные узлы в соответствующих зонах системы туннелей и рассчитывают надежные и короткие маршруты спасения. Спасательной команде предлагается максимально эффективный путь для действий, отображаемый визуально и/или акустически, в частности также за счет речевой информации.
Кроме того, посредством приданного соответствующему мобильному узлу датчика ускорения возможно трехмерное определение координат x, y, z местонахождения. Так, можно реализовать схему «мертвого человека», когда обрабатывается либо положение (горизонтальное положение в течение определенного промежутка времени), либо движение (остановка в течение определенного промежутка времени) данного лица. При срабатывании этой схемы по сети с мобильными и/или стационарными датчиками S1, S2, …, Sn; 40, 41, …, 50 осуществляется, например, аварийный вызов, включая данные о местонахождении. В диспетчерской предлагаются подходящие сценарии спасения, причем в основу кладутся сигналы датчиков.
Посредством приданных мобильным узлам датчиков измеряются влияния окружающей среды, такие как концентрация СО, запыленность, радиоактивность, пожароопасность и т.п., данные датчиков связываются с местонахождением и передаются по сети датчиков. Устройство обработки или программное обеспечение для контроля в диспетчерской собирает и обрабатывает все данные датчиков. На их основе создается и визуально отображается карта вредных влияний окружающей среды. При превышении заданных или задаваемых предельных значений подается сигнал тревоги, и предлагается сценарий спасения. Характер влияний также протоколируется, записывается и обрабатывается посредством хранящихся алгоритмов. Если, например, собираются газовые облака, то система может обнаружить опасные ситуации еще до их возникновения и информировать или предупредить о них подвергаемое угрозе лицо или спасательную команду.
Для беспроводной передачи данных по радио применяется так называемый метод линейно-частотной модуляции с расширением спектра, с помощью которого имеющиеся в туннеле паразитные эффекты можно предпочтительно отделить от полезных сигналов. При этом способы передачи и обработки обеспечивают за счет разных частот лучший прием полезных сигналов, чем в принятой обычно технике радиопередачи. Например, в определенном окружении туннеля предпочтителен частотный диапазон около 2,4 ГГц.
Предложенные меры дают, в частности, в системе 10 туннелей существенные преимущества в отношении определения местонахождения и контроля за лицами.