一种基于边缘计算的客轮人员定位导航系统技术方案

一种基于边缘计算的客轮人员定位导航系统，包括上位机及设置在每个客轮舱室内的位置感知单元、边缘计算模块，位置感知单元包括固定设备、移动设备和RFID阅读器；固定设备包括UWB基站、基站ZigBee模块和船体运动检测模块；移动设备包括UWB标签、标签ZigBee模块和姿态检测模块；边缘计算模块包括高性能单片机和ZigBee路由模块，高性能单片机将收集的UWB标签到UWB基站的距离数据、客轮运动参数和客轮人员姿态数据进行融合约束计算得到移动设备的位置坐标，并通过以太网将位置坐标信息依次经路由节点、汇聚节点、协调器后上传至上位机。本设计不仅系统延迟低、定位导航精度高，而且部署简单、稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘计算的客轮人员定位导航系统
本技术涉及客轮人员定位导航系统，尤其涉及一种基于边缘计算的客轮人员定位导航系统，主要适用于提供一种高精度低延迟的定位导航系统。
技术介绍
大型客轮作为一种重要的水上交通运输工具，其规模和承载量都十分巨大，甲板往往有多层，每层都有大量的舱室，环境复杂多变，这给客轮人员的日常安全管理和紧急事故发生时及时准确的救援和疏散都带来了很大的困难。所以室内定位导航系统被普遍的开发研究。由于客轮舱室数量庞大、船体运动状态多变，且船舶舱室相对密闭以及钢铁隔断对多模信号影响较大，传统室内定位方法在大型船舶上的应用存在着系统延迟高，在航行时误差更大的问题，因此，开发出一种客轮内高精度、低延迟的实时定位导航系统对客轮人员的紧急逃生和日常的安全管理都有着极为重要的意义。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术中存在的系统延迟高、定位导航精度低的缺陷与问题，提供一种系统延迟低、定位导航精度高的基于边缘计算的客轮人员定位导航系统。为实现以上目的，本技术的技术解决方案是：一种基于边缘计算的客轮人员定位导航系统，该系统包括上位机及设置在每个客轮舱室内的位置感知单元、边缘计算模块，所述位置感知单元依次经边缘计算模块、路由节点、汇聚节点、协调器后与上位机信号连接；所述位置感知单元包括固定设备、固定在客轮舱室内的客轮人员身上的移动设备和RFID阅读器；所述固定设备包括UWB基站、基站ZigBee模块和船体运动检测模块；所述船体运动检测模块，用于实时采集客轮运动参数；所述移动设备包括UWB标签、标签ZigBee模块和姿态检测模块；所述姿态检测模块，用于实时采集客轮人员姿态数据；所述RFID阅读器，用于识别进出客轮舱室的用户身份信息；所述边缘计算模块包括高性能单片机和ZigBee路由模块；所述ZigBee路由模块，用于收集UWB标签到UWB基站的距离数据、客轮运动参数和客轮人员姿态数据；所述UWB标签到UWB基站的距离数据通过UWB标签与UWB基站的多次通信测得；所述高性能单片机，用于将ZigBee路由模块收集的数据进行融合约束计算得到移动设备的位置坐标，并通过以太网将位置坐标信息依次经路由节点、汇聚节点、协调器后上传至上位机。所述移动设备采用星状网络拓扑结构连接至固定设备。所述UWB基站包括一个总基站和多个分基站，分基站的数量为大于等于三个，且一个总基站和任意两个分基站的布置位置不在同一直线上，或任意三个分基站的布置位置不在同一直线上。所述分基站的数量为三个，一个总基站和三个分基站分别布置在客轮舱室的四角处，总基站与边缘计算模块通过串口连接。所述总基站，用于将UWB标签到UWB基站的距离数据、客轮运动参数和客轮人员姿态数据传送给边缘计算模块。所述客轮运动参数包括速度、加速度和角速率，用于补偿动态船体环境下UWB标签到UWB基站的距离数据误差和客轮人员姿态数据误差。所述上位机，用于接收协调器发送的所有移动设备的位置坐标信息，并以二维地图的形式实时显示，同时将位置坐标信息记录或者发送至远端指挥中心。所述边缘计算模块安装在客轮舱室出入口处。所述RFID阅读器安装在客轮舱室的出入口处。所述固定设备采用外部5V电源供电；所述移动设备采用3.3V锂电池供电。与现有技术相比，本技术的有益效果为：1、本技术一种基于边缘计算的客轮人员定位导航系统中在各客轮舱室内均设置UWB基站和边缘计算模块，并利用边缘计算模块对实时采集的UWB标签到UWB基站的距离数据、客轮人员姿态数据以及客轮运动参数进行融合约束计算，最终得到客轮人员的准确位置、速度和姿态数据，该设计不仅利用边缘计算的即时高效特点，当客轮上的船舱和移动标签数量巨大时，能够将庞大的数据处理量分散到各个单独空间内进行本地解算和处理，使得服务器收到的信息为解算和处理后的数据，显著提高了数据传输的效率，从而极大的改善了系统延迟的问题，而且无需布线、部署简单、稳定性好，可拓展定位空间，非常适合不方便布线的船舶环境。因此，本技术不仅极大改善了系统延迟的问题，而且部署简单、稳定性好。2、本技术一种基于边缘计算的客轮人员定位导航系统中在进行融合约束计算之前，边缘计算模块会根据客轮运动参数对UWB标签到UWB基站的距离数据和客轮人员姿态数据进行误差补偿，该设计针对客轮航行时动态的室内环境对客轮人员的姿态数据和UWB测距进行误差补偿，不会累计误差，从而有效弥补动态环境带来的定位误差，提高定位导航的精度。因此，本技术提高了定位导航的精度。附图说明图1是本技术一种基于边缘计算的客轮人员定位导航系统架构框图。图2是本技术一种基于边缘计算的客轮人员定位导航系统节点部署示意图。图中：上位机1、位置感知单元2、固定设备21、UWB基站211、基站ZigBee模块212、船体运动检测模块213、移动设备22、UWB标签221、标签ZigBee模块222、姿态检测模块223、RFID阅读器23、边缘计算模块3、路由节点4、汇聚节点5、协调器6、现有传感设备7。具体实施方式以下结合附图说明和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。参见图1、图2，一种基于边缘计算的客轮人员定位导航系统，该系统包括上位机1及设置在每个客轮舱室内的位置感知单元2、边缘计算模块3，所述位置感知单元2依次经边缘计算模块3、路由节点4、汇聚节点5、协调器6后与上位机1信号连接；所述位置感知单元2包括固定设备21、固定在客轮舱室内的客轮人员身上的移动设备22和RFID阅读器23；所述固定设备21包括UWB基站211、基站ZigBee模块212和船体运动检测模块213；所述船体运动检测模块213，用于实时采集客轮运动参数；所述移动设备22包括UWB标签221、标签ZigBee模块222和姿态检测模块223；所述姿态检测模块223，用于实时采集客轮人员姿态数据；所述RFID阅读器23，用于识别进出客轮舱室的用户身份信息；所述边缘计算模块3包括高性能单片机和ZigBee路由模块；所述ZigBee路由模块，用于收集UWB标签221到UWB基站211的距离数据、客轮运动参数和客轮人员姿态数据；所述UWB标签221到UWB基站211的距离数据通过UWB标签221与UWB基站211的多次通信测得；所述高性能单片机，用于将ZigBee路由模块收集的数据进行融合约束计算得到移动设备的位置坐标，并通过以太网将位置坐标信息依次经路由节点4、汇聚节点5、协调器6后上传至上位机1。所述移动设备22采用星状网络拓扑结构连接至固定设备21。所述UWB基站211包括一个总基站和多个分基站，分基站的数量为大于等于三个，且一个总基站和任意两个分基站的布置位置不在同一直线上，或任意三个分基站的布置位置不在同一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于边缘计算的客轮人员定位导航系统，其特征在于，该系统包括上位机（1）及设置在每个客轮舱室内的位置感知单元（2）、边缘计算模块（3），所述位置感知单元（2）依次经边缘计算模块（3）、路由节点（4）、汇聚节点（5）、协调器（6）后与上位机（1）信号连接；/n所述位置感知单元（2）包括固定设备（21）、固定在客轮舱室内的客轮人员身上的移动设备（22）和RFID阅读器（23）；/n所述固定设备（21）包括UWB基站（211）、基站ZigBee模块（212）和船体运动检测模块（213）；/n所述船体运动检测模块（213），用于实时采集客轮运动参数；/n所述客轮运动参数包括速度、加速度和角速率；/n所述移动设备（22）包括UWB标签（221）、标签ZigBee模块（222）和姿态检测模块（223）；/n所述移动设备（22）采用星状网络拓扑结构连接至固定设备（21）；/n所述UWB基站（211）包括一个总基站和三个分基站，且一个总基站和三个分基站分别布置在客轮舱室的四角处，总基站与边缘计算模块（3）通过串口连接；/n所述总基站，用于将UWB标签（221）到UWB基站（211）的距离数据、客轮运动参数和客轮人员姿态数据传送给边缘计算模块（3）；/n所述姿态检测模块（223），用于实时采集客轮人员姿态数据；/n所述RFID阅读器（23）安装在客轮舱室的出入口处，用于识别进出客轮舱室的用户身份信息；/n所述边缘计算模块（3）安装在客轮舱室出入口处，包括高性能单片机和ZigBee路由模块；/n所述ZigBee路由模块，用于收集UWB标签（221）到UWB基站（211）的距离数据、客轮运动参数和客轮人员姿态数据；/n所述UWB标签（221）到UWB基站（211）的距离数据通过UWB标签（221）与UWB基站（211）的多次通信测得；/n所述高性能单片机，用于将ZigBee路由模块收集的数据进行融合约束计算得到移动设备的位置坐标，并通过以太网将位置坐标信息依次经路由节点（4）、汇聚节点（5）、协调器（6）后上传至上位机（1）。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘计算的客轮人员定位导航系统，其特征在于，该系统包括上位机（1）及设置在每个客轮舱室内的位置感知单元（2）、边缘计算模块（3），所述位置感知单元（2）依次经边缘计算模块（3）、路由节点（4）、汇聚节点（5）、协调器（6）后与上位机（1）信号连接；
所述位置感知单元（2）包括固定设备（21）、固定在客轮舱室内的客轮人员身上的移动设备（22）和RFID阅读器（23）；
所述固定设备（21）包括UWB基站（211）、基站ZigBee模块（212）和船体运动检测模块（213）；
所述船体运动检测模块（213），用于实时采集客轮运动参数；
所述客轮运动参数包括速度、加速度和角速率；
所述移动设备（22）包括UWB标签（221）、标签ZigBee模块（222）和姿态检测模块（223）；
所述移动设备（22）采用星状网络拓扑结构连接至固定设备（21）；
所述UWB基站（211）包括一个总基站和三个分基站，且一个总基站和三个分基站分别布置在客轮舱室的四角处，总基站与边缘计算模块（3）通过串口连接；
所述总基站，用于将UWB标签（221）到UWB基站（211）的距离数据、客轮运动参数和客轮人员姿态数据传送给边缘计算模块（3）；
所述姿态检测模块（223），用于实时采集客轮人员姿态数据；
所述RFID阅读器（23）安装在客轮舱室的出入口处，用于识别进出客轮舱室...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘克中，曾旭明，马杰，李春伸，陈默子，王国宇，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42