基于ZigBee分布式存储的监控定位系统及方法

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基于ZigBee分布式存储的监控定位系统及方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于楼宇监控定位领域，特别涉及一种基于ZigBee分布式存储的监控定位系统及方法。\n背景技术\n[0002] 随着经济社会的发展，各种各样的高层建筑不断涌现，而楼宇的安全与监控问题也日益突出，而消防安全是其中最主要的问题。在大楼突发火灾险情的情况下，及时获取大楼地图信息及现场环境数据信息，获知待救援目标信息，采取恰当的营救方式能挽回不必要的生命财产损失。同时，消防员的生命安全已经超越了其个人生命价值，其安全对提高救援效率有十分重要的意义。而现在的消防救援系统通常是在火灾发生后，抢险车到达现场，消防指挥官凭现场表象信息判断火灾情况并部署救援方案，往往不能达到一矢中的的目的。\n[0003] 通常，获得火灾现场的地图的方法是通过楼宇的物业管理机构或其他后台方式。\n但是当火灾发生时，采用上述方法通常来不及或无法获得火灾现场的地图，即使获得纸质地图，火灾现场也不方便携带和查收。一般只有掌握了解待施救人员的实时位置信息，救援人员才能有效的提高救援效率，尽可能地挽救生命及降低损失；另一方面，消防人员的生命同样重要，现场消防指挥车应能清楚知道消防员在火灾现场的哪个具体位置以及行为模式，并以此判断消防员的安全状态，指导救援活动。如果能获取火灾现场的环境历史数据，即大楼起火前及火灾现场的环境数据（温度、有毒气体浓度等），对及时定位火源起点、确定起火原因和制定扑救策略有重要意义。\n[0004] ZigBee低成本、低速率及自组织自愈性和强大的可扩展性，是部署无线传感网络的首选方案，可利用其实现楼宇的智能管理，包括环境监测，人员定位等。ZigBee网络是一种自组织、自愈的无线网络，其拓扑是无线网状网。无线网状网的特点是在网络形成后，网络中各节点的地位是一样的，并无主从之分，此时即使网络协调器失效，网络仍可正常运作；新节点在进入网络范围内会自动搜索并加入网络，无须人工设置。基于ZigBee的无线定位方法是通过合理布设参考节点，各参考节点形成一张无线网状网；定位节点由人随身佩带，在网络中随机分布并移动，定位节点周期性接收来自参考节点的无线射频信号，根据信号强度值计算出定位节点在网络中的具体位置。\n[0005] 分布式存储是指采用可扩展的系统结构，将数据分散存储在多台独立的设备上，利用多台设备分担存储负荷，提高了系统的可靠性、可用性和存取效率，并且易于扩展。现在的分布式存储设备通常是高性能、大容量、高速度的设备，如服务器，计算机等。在低容量低性能设备上实现分布式存储技术的应用还未出现。\n发明内容\n[0006] 为了克服现有技术的不足，本发明提出一种基于ZigBee分布式存储的监控定位系统及方法，将ZigBee技术和分布式存储技术结合在一起，实现一般智能楼宇监测功能的同时，利用ZigBee参考节点作为分布式存储设备，每个参考节点只存储其所在区域的地图片段。\n[0007] 本发明的技术方案为：\n[0008] 一种基于ZigBee分布式存储的监控定位系统，包括通过ZigBee无线网络自由通信的参考节点、定位节点和智能网络终端；\n[0009] 所述参考节点分别安装在监控定位现场各处，用于存储所在区域的地图片段并发送无线电波；\n[0010] 所述定位节点用于接收参考节点发出的无线电波，记录收到的各参考节点的信号强度RSSI值，进行定位计算，获取自身定位信息；\n[0011] 所述智能网络终端由嵌入式设备和ZigBee模块构成，用于根据需要下载参考节点的地图片段；所述智能网络终端设有输入输出设备。\n[0012] 其中智能网络终端根据实际需要确定是否需要下载参考节点上的地图片段，设有自动下载和手动下载两种模式，智能网络终端下载后的地图片段可以通过输出设备输出。\n[0013] 定位节点也能够下载参考节点上的地图片段。\n[0014] 在本方案中采用ZigBee参考节点作为分布式存储设备，每个参考节点只存储其所在区域的地图片段，这对内存及计算能力有限的ZigBee节点是可以承受的。参考节点存储所在区域的地图片段，当有权限的定位节点和/或智能网络终端进入ZigBee无线网络范围内，则直接进入该ZigBee无线网络，根据需要参考节点将地图片段发送给定位节点和/或智能网络终端，以便获取需要监控定位现场的整体或部分地图。定位节点一般是由需要被定位的人或物品佩戴；其中智能网络终端的ZigBee模块是为了保证智能网络终端在进入ZigBee无线网络范围内时能够加入ZigBee无线网络与其他节点进行通信。\n[0015] 所述智能网络终端还用于接收定位节点发出的自身定位信息，能够保证智能网络终端能够实现对定位节点的精准定位。\n[0016] 所述部分或全部参考节点带有环境监测传感器，部分或全部参考节点带有存储模块，其中环境监测传感器将采集的环境数据通过ZigBee无线网络发送至所有存储模块，智能网络终端下载存储模块中的环境数据；\n[0017] 其中环境监测传感器包括温湿度传感器、亮度传感器或毒气传感器中的一种或多种。\n[0018] 根据需要可使参考节点部分或全部带有环境监测传感器，用于采集环境数据，并通过ZigBee无线网络发送至所有存储模块，每个存储模块存储监控定位现场的全部环境数据，在有需要的时候将监控定位现场的全部环境数据发送至智能网络终端，确保监控人员能有效的了解现场的相关信息，以便确定故障发生源、制定策略。\n[0019] 所述参考节点冗余布设，使每份地图片段至少存储于2个参考节点；带有存储模块的参考节点至少2个。无线传感网络中参考节点的冗余布设，可大大提高网络的安全性和健壮性，保证在即使有部分参考节点发生故障时，同样能保持网络的正常通信，不会造成地图信息和环境数据的缺失，同时也能提高定位精度。\n[0020] 所述定位节点上还设有报警呼救按钮。当发现有特殊情况需要报警呼救时，可通过该报警呼救按钮报警求救；智能网络终端收取到报警呼救信号时，能够通过定位功能获得其具体位置及环境数据，从而有效地实现救援措施。\n[0021] 基于ZigBee分布式存储的监控定位方法还包括后台上位机，所述后台上位机通过ZigBee无线网络与参考节点和定位节点通信连接，并进行数据传输。后台上位机可为带有ZigBee功能模块的普通的PC机。\n[0022] 所述智能网络终端的输入设备为按键，输出设备为显示屏，智能网络终端还可以直接与定位节点连接，直接从定位节点上下载所需要的地图并获取定位节点的具体位置数据。监控人员可以通过按键来发出一些指令，并通过显示屏查看监控定位现场的具体情况。\n[0023] 智能网络终端是一种高性能定位节点，带显示器及输入按键，可下载局部或全部地图并显示，可获取全楼历史环境数据，可获取定位节点位置信息并显示，可对发出报警呼救的定位节点作出回复响应。\n[0024] 一种基于ZigBee分布式存储的监控定位方法，包括以下步骤：\n[0025] 1）合理布设ZigBee参考节点，形成一个ZigBee无线网络，经过授权的定位节点和智能网络终端进入ZigBee无线网络范围内，自动搜索并加入ZigBee无线网络，节点间任意通信；\n[0026] 2）各参考节点分别存储其所在区域的地图片段，地图片段数据通过ZigBee无线网络发送至定位节点、智能网络终端或后台上位机中的一个或多个；\n[0027] 其中所述参考节点冗余布设，使每份地图片段至少存储于2个参考节点。\n[0028] 其中后台上位机：定期收集参考节点数据，手动或自动周期性获取/更新现场地图及环境数据。\n[0029] 参考节点定期发送射频信号，信号中包含参考节点的地址信息和地图片段，并发送给有需要的定位节点和/或智能网络终端。\n[0030] 定位节点：搜索并加入ZigBee无线网络，接收来自参考节点的无线信号，根据信号强度计算自身所处位置，并将位置信息发送给有需要的智能网络终端和/或后台上位机；\n[0031] 智能网络终端：搜索并加入ZigBee无线网络，手动或自动周期性获取/更新现场地图、历史环境数据并显示，获取定位节点位置（包括自身位置）信息并显示。\n[0032] 所述部分或全部参考节点带有环境监测传感器，部分或全部参考节点带有存储模块，环境监测传感器将采集的环境数据通过ZigBee无线网络发送至所有存储模块；智能网络终端或后台上位机还用于下载存储模块中的环境数据；\n[0033] 其中环境监测传感器包括温湿度传感器、亮度传感器或毒气传感器中的一种或多种，带存储模块的参考节点至少为2个。\n[0034] 所述定位节点由被定位的人员或物品携带，所述智能网络终端安放在消防车上和/或由监控人员携带。\n[0035] 本发明的有益效果为：\n[0036] 1）利用ZigBee参考节点作为分布式地图片段的存储设备，将地图片段分布存储在ZigBee无线网络的参考节点上，每个参考节点只存储其所在区域的地图片段，占用资源少，巧妙地将ZigBee的网状网特性和云计算的分布式存储技术结合起来，实现低成本的分布式计算应用；2）每份地图片段和环境数据均作至少2份以上备份，实现冗余备份，大楼环境信息分散存储，当个别节点因故失效时，虽然网络的完整性会受到一定影响，但仍能继续工作，并不会造成地图和环境信息的缺失，从而大大提高系统安全性和健壮性。3）系统采用ZigBee无线网状网，网络各节点没有主从地位之分，即使后台上位机发生故障甚至没有上位机，网络仍可工作。\n附图说明\n[0037] 图1为本发明的结构示意图。\n具体实施方式\n[0038] 下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，将本发明的系统应用在智能楼宇中，基于ZigBee分布式存储的监控定位系统的构建方法为：\n[0039] 1）在楼宇内合理布设ZigBee参考节点，形成一个ZigBee无线网络，经过授权的定位节点和智能网络终端进入ZigBee无线网络范围内，自动搜索并加入ZigBee无线网络，节点间任意通信；\n[0040] 2）各参考节点分别存储其所在区域的地图片段，地图片段数据通过ZigBee无线网络发送至定位节点、智能网络终端或后台上位机中的一个或多个。\n[0041] 如图1所示，一种基于ZigBee分布式存储的监控定位系统，包括通过ZigBee无线网络自由通信的参考节点、定位节点、智能网络终端和后台上位机。\n[0042] 其中参考节点分别安装在楼宇各处，用于存储所在区域的地图片段并发送无线电波；定位节点用于接收参考节点发出的无线电波，记录收到的各参考节点的信号强度RSSI值，进行定位计算；智能网络终端由嵌入式设备和ZigBee模块构成，用于接收参考节点发出的无线电波，记录收到的各参考节点的信号强度RSSI值，进行定位计算，同时根据需要下载参考节点的地图片段；所述智能网络终端设有输入输出设备。\n[0043] 其中参考节点包括参考节点1、参考节点2、……、参考节点n、……和参考节点k，各个参考节点安装在楼宇各处并存储所在区域的地图片段，定位节点包括定位节点1’、定位节点2’、……、定位节点n’、……和定位节点k’，定位节点由用户、重要货物或者消防人员携带。如图1中，参考节点1带有环境监测传感器和存储模块，参考节点2带有存储模块，参考节点n带有环境监测传感器，参考节点k带有环境监测传感器，环境监测传感器采集环境参数，并通过ZigBee无线网络的参考节点存储到所有存储模块，存储模块存储环境的当前环境数据和历史环境数据；并通过网络发送至定位节点、智能网络终端和后台上位机，分析火灾现场的环境数据，可以准确找到火源并制定救援方案。\n[0044] 在本实施例中，当发生火灾时，本系统的具体工作过程为：用户携带的定位节点已和参考节点形成一个ZigBee无线定位网络，当火灾发生时，消防车来到现场附近，消防员和安装在消防车上智能网络终端进入ZigBee无线网络，各个参考节点将所存储的地图片段通过ZigBee无线网络发送给智能网络终端，定位节点通过获取的信号强度RSSI值进行定位计算，并将定位信息发送给智能网络终端和后台上位机；定位节点上还设有报警呼救按钮，用于呼叫求救；智能网络终端将获取的信息通过显示屏输出显示，并通过按键对定位节点的人员发送指令。\n[0045] 在本实施例中，ZIGBEE网络系统采用CC2530，智能网络终端的嵌入式设备采用ARM系列，其具体型号为：Cortex A8。