专利名称：用于人员的位置监视装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在隧道系统中的人员的位置监视装置，其具有分析装置。
背景技术：
在DE102005055102A1中给出了一种利用财产或设备管理系统(Inventar-oder Betriebsmittelverwaltungssystem)及所属的装置，采集、定位和管理对象的方法。在该 公知方法中，移动的对象节点和位置固定的锚定节点(Ankerknoten)分别与处理单元、发 送器接收器单元、存储器单元、电源以及个体标识(individuellen Kennung)和一个或多个 附加地还具有输入输出单元的移动的或位置固定的入口节点，形成本身联网的无线地互相 通信的网络。锚定节点在此设置在已知的位置上并且为每个待监视的对象分配一个对象节 点。在单个节点之间的数据交换或者直接或者通过多跳(Multi-Hop)方法进行，并且入口 节点为了监视对象而自动地或者根据单个查询来查询对象节点的数据和/或接收由对象 节点发送的数据。该方法使得可以得到关于当前的库存数(Bestandszahlen)和各个对象 的当前的停留位置以及可选地关于有关对象及其环境的其它信息(诸如温度、压力或环境 空气的湿度)的即时概况。还可以将与对象有关的、允许的区域例如设置在房子的底层，例 如在医院内部。对象可以是医院内部的测量设备。还可以在人员安排规划和监视领域中为 一个人员分配一个对象节点并且通过网络调用该人员的停留位置，其中可以通过入口节点 与对象节点处的人员主动地通信。对象节点的位置确定例如可以通过分析网络中节点的相 邻关系或者基于锚定节点的已知位置以及通过分析在其它节点的情况下的接收信号来进 行。该文献不涉及在隧道系统中的人员监视。然而在隧道系统中特别具有如下条件对人 员及其停留区域的可靠的位置确定是很难的。在DE102006034857A1中提出的人员的位置确定装置涉及人员在自动技术设备中 的定位。在此，人员携带无线电标签(Fimketiketten)，借助在现场设备中具有的读取单元 读取该无线电标签。为此传输在人员的环境条件改变时或者在人员更替时出现的可变的数 据是困难的。在EP1047244A1中给出了在网络中的物理位置上的移动节点的定位，该网络可以 是不同大小的，例如 在办公室或者全国范围。在此特别还可以识别在陌生网中的移动节点。 在此移动节点可以以不同方式与网络相连，例如通过局部网络、红外连接等。在此是关于用 于数据分组的传输路径(IP分组)，然而不是关于人员的定位。特别地，定位隧道系统中的 人员产生特别的问题。W02005/076553A1示出了在网络中节点的物理位置的确定，其中到不同节点的距 离被用于位置确定。该文献同样不是详细讨论对于如在隧道系统中定位人员时出现的问题 的解决方案。EP0826278B1 示出 了控制(Lenkung)无线的分组分支网(Paketsprungnetz)的内 部数据分组的方法和用于应用该方法的无线网络和节点。然而在此是关于用于分组传输的 消息路径的控制，同样不是关于在隧道系统中人员的定位。
用于位置确定或定位的其它装置在W001/06401A1、US2002/0104013A1、 DE10323209A1、DE102006034857A1、DE102005055102A1、US2004/0217864A1 禾P US2006/0219783A1中给出，这些装置大多配备有在建筑物中的通常基于RFID技术的位置
确定装置。

发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种用于隧道中人员的位置监视装置，利用其 可以实现在该环境中的可靠的位置确定。上述技术问题通过权利要求1的特征解决。在此，在隧道系统中的待监视的空间 中在对于分析装置来说是已知的固定的锚定点(Ankerpimkten)上，局部分布地布置了具 有无线数据传输装置的无线发送器接收器单元，人员配备有移动传感器，发送器接收器单 元具有数据传输接口，通过该接口其一方面与移动传感器处于无线的数据传输中、另一方 面与分析装置处于有线连接的或无线的数据传输中，并且在分析装置中存储了可用来基于 发送器接收器单元的采集数据来确定人员的位置的程序。利用合适地定位于隧道系统的显著位置上的、用于对人员的停留的尽可能无缝的 位置确定的发送器接收器单元，和数据传输接口以及分析装置，对在隧道系统中的人员的 快速和安全的位置确定是可能的。在此，在发送器接收器单元和分析装置之间的数据传输 还可以使用在发送器接收器单元本身之间的多个连接，以便例如将采集数据从隧道系统中 的一个偏远的位置传输到中心位置。对于人员安全性，具有优势的是，具有用于采集在隧道系统中人员的危险状态和/ 或危险区域的移动的和/或静止的传感器，并且分析装置被构造用于识别危险情况。用于采集人员的停留位置的一种优选实施方式在于，分析装置被构造用于基于多 个发送器接收器单元的同时的采集数据，通过三角测量法进行位置确定。用于人员采集的其它优选实施方式在于，分析装置被构造为基于移动的传感器的 信号的传播时间测量和/或其信号强度，通过采集数据来进行位置确定。通过如下有利于可靠的分析和位置确定是有利在移动的传感器和发送器接收器 单元之间的数据传输路径和/或在分析装置和发送器接收器单元之间的数据传输路径被 构造为双向的。位置监视装置的一种优选结构在于，发送器接收器单元被安装于电气安装的现有 的装置中，特别是报警装置的灯和/或组件中。对于人员监视和人员保护来说具有优势的一种实施方式在于，将隧道系统分类为 不同危险级别的子段，并且将与此相关的分类数据存储在分析装置中并且与或者可以与确 定的所位置数据相关联。通过如下有利于人员监视和人员保护在隧道系统中安装具有用于物理状态的静 止的传感器的测量系统，其传感器数据被传输给分析装置并且可以与采集数据相关联。如下的措施对于保护位于隧道系统中或建筑物中的人员具有贡献设置人员警告 系统，其中，由分析装置或者发送器接收器单元根据人员的位置来触发警告信息的发出。对于人员保护具有优势的一种实施方式在于，人员配备有附加的移动的传感器， 这些移动的传感器被构造为用于采集人员的生命体征，特别是血压、呼吸、EKG和/或运动，并且分析装置被构造为用于分析所采集的生命体征。具有优势的其它实施方式在于，所述位置监视装置被构造为用于三维的位置采 集和显示，设置对于用来援救处于危险中的人员的援救人员的引导系统，以及在对于援救 人员的引导系统中绑定移动的和静止的传感器，并且对于无线的数据传输使用利用Chirp Spread Spectrum (Chirp扩频)技术的无线电传输。


以下结合附图借助实施例详细解释本发明。其中，图IA和2B以横截面和顶视图示意性示出了具有移动的传感器的隧道系统，图2A和2B以横截面和顶视图示出了图IA和IB的没有移动的传感器、但具有导 致干扰的装置的隧道系统，图3以透视图示出了具有用于待监视的物理状态的静止的传感器的隧道系统的 剖面图，图4示出了具有在静止的锚定点上设置的发送器接收器单元和运动的对象以及 具有分析单元和分析装置的隧道系统的剖面图，图5示出了具有用于发送器接收器单元的多个锚定点和多个移动的参与者以及 具有分析装置的隧道系统的示意图，图6以示意图示出了具有用于数据传输的实施例的隧道系统的剖面图，图7示出了在隧道系统的一个片段中的移动的参与者的位置采集的例子，图8以示意图示出了在隧道系统中位置确定的实施例，图9示出了在位置确定时的工作过程的例子，图10示出了将一个隧道片段划分为不同危险区域的示意图，并且图11示出了从一个隧道片段到具有在显示装置上的显示的分析装置的数据传输 的例子。
具体实施例方式图IA和2B示意性示出了隧道系统，例如具有多个移动的传感器Si，S2，. . .，S6 的矿井，这些移动的传感器配备给不同的移动的参与者、特别是人员，诸如处于危险区域11 中的人员、发出紧急电话的工人、群组领导(GruppenfUhrimg)、火车、升降机和其它工人并 且可以具有相应的标识。在图IB中以顶视图示出了按照图IA的隧道系统。图2A和2B示出了按照图1A、IB的隧道系统10，但没有移动的传感器Si，S2，...， Sn，然而具有会产生对移动的传感器Si，S2, . . . , Sn的传感器信号的信号干扰的火车E和 升降机L。如图3所示，在隧道系统10内部还可以设置静止的传感器40，41，. . .，50，其可以 涉及恶意破坏传感器、电压探测器、用于通风器的功能传感器、CO测量设备的传感器、温度 传感器、视频监视摄像机、入口传感器、电话、急救装置、和灭火器等(例如烟雾报警器、湿 度传感器、灰尘传感器、煤气传感器、用于放射性物质的传感器)以及多个这些传感器。图4示出了隧道系统10内部的分支位置，该隧道系统具有在分支的坑道中定位的 锚定点A1，A2，A3，A4，在其上安装了静止的发送器接收器单元(SE1，. . .，SE4，参见图6)。利用这些发送器接收器单元(SE1，SE4)可以监视运动的对象30的、特别是人员的位置。 为此，发送器接收器单元(SE1，SE4)在有效范围内，通过与运动的对象30配备的移动 的传感器的无线的数据连接而处于数据传输连接中。此时，数据可以由发送器接收器单元 (SEl,.. .，SE4)传递并且被传递到具有显示器的按照小型计算机(口袋计算机)形式的分 析单元5，和/或由运动的对象30通过其移动的传感器传递，其中，被传输到分析单元5的 采集数据在任何情况下都包含用于在分析单元5中的位置确定和分析的信息。在显示器上 可以以更大的关联概览地显示运动的对象30的位置、特别是涉及的人员的位置。为此，在 分析单元5中，存储已经存在的或者在预运行 (Vortrieb)中就可重新确定的，以及具有图 形的和/或字母编号的位置说明的关于隧道系统的数据，例如二维或三维地图、危险区域、 距离说明、显著的点等。为了在在受到危险的人员或救援人员可携带的小型计算机上设置的显示器上显 示，可以进行人员及其位置显示的环境的三维位置显示，和可能时待救援的人员的位置的 环境的三维位置显示，其中重要的附加信息(例如危险级别)可以插入到显示中，例如危 险区域通过红的或黄的背景或人员本身的相应的颜色或闪烁的显示。在此可以给出各个 隧道区域或操作环境的所有位置的交互视图，其中可以对操作环境旋转、放大和缩小。在 此通过将位置数据持续匹配到携带的(mitgefilhrten)并且由此救援人员的和/或处于 紧急情况中的人员的移动地手持的计算机，将涉及的信息在各个操作环境中位置分散地 (positionsgetreu)显示，其中除了本身的位置之外还可以显示其它人员的或移动节点的 位置。图5示意性示出了具有多个锚定点Al，A2，...，All以及多个位于隧道系统10中 的移动参与者M1，M2，. . . ,Mn的隧道系统10的片段。移动参与者Ml，M2，. . .，Mn分别配备 有移动传感器Si，S2，. . .，Sn，其具有用于特别是通过无线电的无线信号传输的相应传输接 口，该无线信号传输优选地构造为用于双向传输。移动传感器Si，S2，...，Sn还可以构造为 具有相应的标识。标识也存储在分析装置6中，该分析装置6通过接口 8有线连接地或无 线地与发送器接收器单元处于数据传输连接中并且与显示设备7相连，在该显示设备上可 以显示至少逐段地在其各个位置上具有涉及的移动参与者Ml，M2，. . .，Mn的隧道系统。采 集数据可以由在锚定点Al，A2，. . .，All上设置的发送器接收器单元分别通过与其连接的 接口 8例如有线连接地或无线地提供或者由发送器接收器单元传输到发送器接收器单元， 并且然后由合适的发送器接收器单元传输到分析装置6。发送器接收器单元和分析装置6 的接口优选构造为用于双向传输。图6示出了移动参与者Ml的传感器信号到在锚定点A2(节点)上的发送器接收 器单元再到其它锚定点An或者说其发送器接收器单元SEn的传输。图7通过对锚定点Al、A2的距离测量，示出了移动参与者Ml的位置确定的原理。 为了位置确定，例如可以应用三角测量方法、传播时间测量和/或关于信号强度的测量，其 中特别地在分析装置5、6中利用其中存储的程序计算并且分析借助发送器接收器单元获 得的采集数据。图8通过借助在锚定点Al，A2和A3上的、确定直到移动参与者Ml的各个距离R1， R2，R3的三个发送器接收器单元，示出了移动参与者Ml的位置确定。移动参与者Ml的位 置处于在其半径为锚定点到移动参与者的各个距离的三个圆的交点上。将采集数据从节点到节点通过锚定点A3，A4，A5传递到具有显示器7的分析装置6，并且与隧道系统10内部 的位置对应并且利用该显示器拓扑学地或拓扑图形地显示。图9例如示出了通过锚定点(节点)Al，A2以各个传播时间和延迟时间进行移动 参与者的距离确定的工作过程。在此利用一种双倍传播时间测量，由此在消除定时器的不 精确性的条件下提高了位置确定的精度。图10和11示出了位置监视装置的优选实施方式。在此，隧道系统被划分为在不 同危险区域中的子段10. 1，10. 2，10. 3，10. 4，...。例如，在表示入口的子段10. 1中，采集 所有的人员(来访者和工人)。例如在作为完工的子段10.2中，允许来访者和工人机^2， M3，M4进入。在尚处于处理中的子段10. 3，仅允许经培训的技术工人进入，其中对于来访者
可以设置报警。危险区域位于子段10. 4中，例如在爆破作业情况下。在此，对于处在那里的移动 参与者设置警告系统。

例如，这样设置用于移动参与者M1，M2，...,Mn的报警系统或警告系统，使得他们 通过消息装置被告知光学的和/或声学的信号，其中告知系统可以是具有本身的数据传输 路径的独立的系统，或者使用位置监视装置的数据传输路径。例如，具有传感器S1，S2，...， Sn本身的待监视的人员配备有警告显示器或者在子段10. 1，10. 2，10. 3，10. 4中安装了报 警或警告组件(灯、其它可视显示、声学报警或例如压电振动报警)。此外，对于人员监视可 以配备用于报警和警告的报警系统，例如在将人员装备为具有相应的移动测量组件的移动 参与者M1，M2，...，Mn或者具有用于物理状态参数(温度、煤气、放射性等)的静止的传感 器时，用于采集生物学数据。所有采集的数据在分析装置6中被采集并且被计算并且例如 被用于，利用合适的报警通知处于危险区域中的人员关于危险情况，例如在高的CO含量、 甲烷或高的灰尘含量的情况下。此外，如果有人处于危险情况下并且其例如不再能自救，则 还可以通知检查人员或其它工人组。这一点可以通过与被困人员通话(Sprachaufnahme) 来确定或者通过分析通过生命体征传感器采集的生理参数，例如血压、呼吸、运动(EKG) 等。在达到关键值之前，通过光学、声学或触觉报警器(例如压电振动器)来警告受困人员。 在具有分析装置的控制室(Leitwarte)中，采集数据或者至少主要信息数据(例如触发的 警告指示)同样被传输到该控制室，在关键的或者说危及健康的值的情况下，为受困人员 或在必要时为救援人员触发紧急电话和/或建议救援方案(Rettimgsszenarien)。为了支持救援人员或者在控制室中的控制人员，分析装置被构造为具有操作监视 软件，在克服危急条件时，该操作监视软件为处于紧急情况中的人员或待援救的人员或救 援人员或救助人员提供支持。操作监视软件采集在隧道系统的涉及的区域中的移动节点并 且计算安全和短的逃生路径。为救援力量建议对于其投入来说尽可能有效的路径，并且视 觉地和/或听觉地(特别是还通过语音信息)来提供。此外，还可以借助各个移动节点所配备的加速度传感器来三维地确定载体的位置 的x、y、z坐标。通过分析受困人员的位置(在定义的时间段上的水平位置)或运动(在定 义的时间段上的静止状态)，可实现意外事故安全控制电路(Totmarmschaltimg)。在触发 意外事故安全控制电路的情况下，通过具有移动的和/或静止的传感器Si，S2，. . . ,Sn ；41， 42，... 50的传感器网络，发出(abgesetzt)包括位置数据在内的紧急呼救。在控制室中建 议合适的救援方案，其中以传感器数据为基础。
借助移动节点所配备的传感器，测量环境影响，诸如CO浓度、灰尘污染、放射性、 火险等并且将传感器值与位置关联并且通过传感器网络发送。控制室中的分析装置或监视 软件收集并分析所有的传感器数据。从中产生具有有害的环境影响的地图并且可视化地显 示。在超过预定的或可预定的边界值时，触发报警并且建议救援方案。还可以将这些影响 的变化记录并存储并且借助存储的算法进行分析。例如，如果煤气云(Gaswolken)会聚，则 系统在危险情况形成之前就已经可以识别危险情况，并且就此通知或警告处于危险中的人 员或救援人员。
对于通过无线电的无线数据传输，使用所谓的Chirp扩频，通过其可以将在隧道 中存在的干扰效果有利地与有用信号分离。在此的传输方法和分析方法通过不同频率提供 比通常的无线电传输技术对有用信号的更好接收。例如，在特定的隧道环境中2. 4GHz的频 率范围是具有优势的。按照本发明的措施特别在隧道系统10中对于人员的位置确定和监视产生主要的 优点。
权利要求
1.一种用于隧道系统(10)中的人员的位置监视装置，其具有分析装置(5，6)，其特征 在于，在所述隧道系统(10)的待监视的空间中在对于所述分析装置(5，6)来说是已知的固 定的锚定点(Al，A2，...An)上，局部分布地布置了具有无线的数据传输装置的发送器接收 器单元(SEl，· · ·，SE4)，人员配备有移动传感器(Si，S2，…，Sn)，所述发送器接收器单元具有数据传输接口，所述发送器接收器单元通过该接口 一方面 与所述移动传感器(S1，S2，...，Sn)处于无线的数据传输中、另一方面与所述分析装置(5， 6)处于有线连接的或无线的数据传输中，并且在所述分析装置(5，6)中存储能用来基于所述发送器接收器单元的采集数据来确定 人员的位置的程序。
2.根据权利要求1所述的位置监视装置，其特征在于，具有用于采集在隧道系统中人员的危险状态和/或危险区域的移动的和/或静止的传 感器(Si，...，Sn ；40，· · ·，50)，并且所述分析装置(5，6)被构造为用于识别危险情况。
3.根据权利要求1或2所述的位置监视装置，其特征在于，所述分析装置(5，6)被构造为基于多个发送器接收器单元的同时的采集数据，通过三 角测量法进行位置确定。
4.根据权利要求1或2所述的位置监视装置，其特征在于，所述分析装置(5，6)被构造为基于所述移动的传感器(Si，S2，. . .，Sn)的信号的传播 时间测量和/或其信号强度，通过采集数据来进行位置确定。
5.根据上述权利要求中任一项所述的位置监视装置，其特征在于，在所述移动的传感器(Si，S2，. . .，Sn)和发送器接收器单元之间的数据传输路径和/ 或在所述分析装置(5，6)和发送器接收器单元之间的数据传输路径被双向地构造。
6.根据上述权利要求中任一项所述的位置监视装置，其特征在于，所述发送器接收器单元安装于电气安装的现有的装置中，特别是报警装置的灯和/或 组件中。
7.根据上述权利要求中任一项所述的位置监视装置，其特征在于，所述隧道系统(10)被分类为不同危险级别的子段(10. 1，10. 2，10. 3，10. 4)，并且与此 相关的分类数据被存储在所述分析装置(5，6)中并且与或者能够与所确定的位置数据相 关联。
8.根据上述权利要求中任一项所述的位置监视装置，其特征在于，在隧道系统(10)中安装具有用于物理状态的静止的传感器(40，41，. . .，50)的测量系 统，其传感器数据被传输给所述分析装置(5，6)并且能够与所述采集数据相关联。
9.根据上述权利要求中任一项所述的位置监视装置，其特征在于，设置人员警告系统，其中由所述分析装置(5，6)或者发送器接收器单元根据人员的位 置触发警告信息的发出。
10.根据上述权利要求中任一项所述的位置监视装置，其特征在于，所述人员配备有附加的移动的传感器，这些移动的传感器被构造为用于采集人员的生命体征，特别是血压、呼吸、EKG和/或运动，并且所述分析装置(5，6)被构造为用于分析所采集的生命体征。
11.根据上述权利要求中任一项所述的位置监视装置，其特征在于， 所述位置监视装置被构造为用于三维的位置采集和显示。
12.根据上述权利要求中任一项所述的位置监视装置，其特征在于， 设置对于用来援救处于危险中的人员的援救人员的引导系统。
13.根据权利要求12所述的位置监视装置，其特征在于，在对于援救人员的引导系统中绑定所述移动的和静止的传感器(Si，...，Sn ；40,50)。
14.根据上述权利要求中任一项所述的位置监视装置，其特征在于， 对于无线的数据传输使用利用Chirp扩频技术的无线电传输。
全文摘要
本发明涉及一种用于隧道系统(10)中的人员的位置监视装置，其具有分析装置(5，6)。对隧道系统中的人员的可靠的位置确定通过如下来实现在所述隧道系统(10)在待监视的空间中在对于分析装置(5，6)来说是已知的固定的锚定点(A1，A2，...An)上，安装无线的发送器接收器单元的局部分布的布置；人员配备有移动传感器(S1，S2，...，Sn)；发送器接收器单元具有数据传输接口，通过该接口其一方面与移动传感器(S1，S2，...，Sn)处于无线的数据传输中另一方面与分析装置(5，6)处于有线连接的或无线的数据传输中；并且在分析装置(5，6)中存储可用来基于发送器接收器单元的采集数据来确定人员的位置的程序。
文档编号G01S5/02GK102007426SQ200980113173
公开日2011年4月6日 申请日期2009年4月16日 优先权日2008年4月18日
发明者约翰尼斯·赫特尔, 马丁·罗斯曼 申请人:利塔尔两合公司