專利名稱：基于室內定位的自適應自主監控裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種GPS(Global Positiong System)全球衛星定位系統技術；具體的說，設計基于GPSOne、CDMA基站、Internet、CDMA 1X的定位服務的方法及其終端，屬移動目標全球定位和監控技術領域的基于室內定位的自適應自主監控裝置及方法。
背景技術：
GPSOne定位技術結合了GPS定位和網絡輔助定位的優點，解決了GPS室內定位的靈敏度不高和功耗過大的難題。在室外采取GPS定位方式，定位精度可以與傳統的GPS定位終端相媲美，室內由于受網絡信號的差異，在信號較好的時候采取高級前向鏈路三角測距定位AFLT的定位方式，定位精度可以達到5-50米，當高級前向鏈路三角測距定位AFLT不能實現定位時，則自動切換到蜂窩小區定位cell ID的定位方式。由于蜂窩小區定位cell ID受CDMA基站分布的影響較大，定位精度可能達到500-1000米。
在定位監控領域，目前的通常做法是由監控終端進行位置定位，然后將位置上報監控中心，由監控中心進行位置計算，實現設備的監控。由于室內定位受信號影響較大，定位精度存在較大的系統誤差，而這些信息對于監控中心是不可預測的，故在監控上存在較大的虛警和漏警情況；且如果每次進行定位數據上報，需要浪費大量的網絡資源，使用成本太高，因此通過自主定位并判斷終端狀態顯的非常有必要。
發明內容
為了克服上述不足之處，本發明的主要目的旨在提供一種基于室內定位的自適應自主監控裝置及方法，本發明通過對于虛警、漏警的詳細解釋說明，理論論證了這一對相矛盾的技術參數，并通過對于定位數據的數學分布的分析，結合概率論把這對矛盾的參數調節到最適當的比例；并通過自適應算法，不斷的實時更新數據參數，很好的解決了由于CDMA+GPSONE室內定位造成的系統誤差；這一分析的方法和思路具有普遍性，也適合于其他定位誤差概率等分析的基于室內定位的自適應自主監控裝置及方法。
本發明要解決的技術問題是要解決充電電路硬件設計問題；要解決狀態切換時看門狗開關控制設計問題；要解決虛警、漏警概率應用于定位系統的數學推理和論證問題；要解決自適應參考標準經緯度調整技術問題；要解決自適應報警門限調整及由于CDMA+GPSONE室內定位造成的系統誤差等有關技術問題。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是該裝置由通信模塊、存儲模塊、傳感器、開關、CPU、接口、晶振及電源等部件組成，其還包括控制監測模塊和電源管理模塊，其間通過接口信號線相互連接，整個終端通過CDMA1X鏈路與中心控制端口相互連接，其中控制監測模塊由存儲模塊、RS232串口、控制模塊CPU、通信模塊、晶振和監測電路等組成，存儲模塊和RS232串口的輸入輸出端口分別與控制模塊CPU的輸出輸入端口相連接，控制模塊CPU的輸入輸出端口分別與通信模塊的輸出輸入端口相連接，晶振和監測電路的輸出端口分別與控制模塊CPU的輸入端口相連接，通信模塊的輸出端口與天線的輸入端口相連接；
電源管理模塊由充電電路、電池和供電電源等組成，充電電路的輸入端口與外接直流輸入信號線相連接，充電電路的輸出端口分別與電池和供電電源的輸入端口相連接。
所述的基于室內定位的自適應自主監控裝置的控制模塊CPU的輸入輸出端口或與看門狗芯片的輸出輸入端口相連接，控制模塊CPU的一輸出端經由開關后與看門狗芯片的一看門狗開關電路的輸入端相連接，控制模塊CPU的另一輸出端經由喂狗信號線與喂狗輸入腳相連接，看門狗芯片的復位輸出腳與控制模塊CPU的復位腳相連接。
所述的基于室內定位的自適應自主監控裝置的看門狗開關電路的控制模塊CPU引腳1與看門狗芯片的引腳7相互連接；控制模塊CPU引腳2的一路與看門狗芯片的引腳6相互連接，另一路經由電阻R213后接地；控制模塊CPU引腳3經由電阻R210后與光耦管引腳1相連接；光耦管引腳2接地，光耦管引腳3與看門狗芯片的引腳8相連接，光耦管引腳4經由電阻R211后與看門狗芯片的引腳1相連接；看門狗芯片的引腳3接地；看門狗芯片的引腳2接電源。
所述的基于室內定位的自適應自主監控裝置的電源分別與電源模塊、電池、數字控制電路和通信模塊的端口相連接，其中直流輸入12V1A信號分兩路輸出，一路經由電源模塊6V輸出A和電源模塊輸出3.3V后與數字控制電路的一輸入端相連接；另一路經由電源模塊6V輸出B和電池電路后與電源模塊輸出3.3V的一輸入端相連接；電源模塊6V輸出A的另一輸出端經由電源模塊輸出4.2V后與通信模塊的一輸入端相連接。
所述的基于室內定位的自適應自主監控裝置的電池電路U101模塊的引腳1與直流電壓輸入信號線相連接；引腳5與充電控制開關信號線相連接；引腳3的一路經由電阻R111后與充電控制開關信號線相連接，另一路接地；
引腳2的一路經電感L101后有四路輸出信號，第一路反饋經由電阻R104與引腳4相連接，第二路經由肖特基二極管D104和電阻R105后與電池電壓檢測的輸出端口相連接，第三路經由電容C106后接地，第四路經由電容C105后接地；引腳2的另一路經由肖特基二極管D103后接地；引腳4的一路經由電阻R103后接地，另一路經由電阻R104后有二路輸出信號，第一路經由肖特基二極管D104和電阻R105后又分為兩路，一路經由肖特基二極管D105后與電池電壓輸出信號線相連接，另一路經由開關和電池后接地，在開關和電池之間的引出線為電池電壓檢測信號線；第二路經由電容C105后接地。
一種基于室內定位的自適應自主監控方法，該方法通過定位數據數學分布的分析結合概率論，將虛警、漏警概率這對矛盾的參數調節到最適當的比例；并通過自適應算法，不斷的實時更新數據參數，達到解決室內定位造成的系統誤差；該方法包括被監控設備初始經緯度設置；初始報警門限設置；當前的均值偏差監測；當前的定位誤差監測及自適應改變報警門限；其具體工作步驟是步驟1.初始化首先進行系統模塊初始化，通過CDMA/GPSONE模塊串口輸出得到定位數據，連續定位30次后取均值并將該定位數據寫入終端內部閃存FLASH，設置為終端的初始化經緯度；步驟2.定位監控系統模塊初始化的輸出信號分為兩路，一路為進入比較模塊，將定位結果與報警門限相比較；另一路進入定位模塊，將監控終端按照客戶的需求每間隔固定時間定位一次，將每次定位后得到的數據保存在閃存FLASH中，并且通過兩點距離公式計算該數據同初始化經緯度之間的距離；步驟3.比較比較模塊的輸出信號分為兩路，一路為進入上報中心模塊，當計算的距離超過報警門限后，則認為被監控物品移動了一定的范圍且上報中心；另一路進入報警門限模塊，當計算的距離沒有超出報警門限，則認為被監控物品為不移動，獲取前一工作日的定位結果，自適應更改報警門限，則終端待機休眠，若為無外電，則設置實時時鐘RTC定時，關看門狗，進入睡眠模式，再經實時時鐘RTC中斷信號后，進入實時時鐘RTC中斷喚醒，開看門狗，再進入定位模塊，直到下一次定位；若為有外電，則設置實時時鐘RTC定時，再經實時時鐘RTC中斷信號后，再進入定位模塊；步驟4.移動且上報中心移動信號進入上報中心模塊的輸出信號分為兩路，一路為無外電，則設置實時時鐘RTC定時，關看門狗，進入睡眠模式，再經實時時鐘RTC中斷后，進入實時時鐘RTC中斷喚醒，開看門狗，再進入定位模塊；若為有外電，則設置實時時鐘RTC定時，再經實時時鐘RTC中斷信號后，再進入定位模塊；步驟5.設置自適應初始化經緯度以每一天為一時間單位，進行初始化經緯度調整；如果當天沒有發生報警情況，將當天保存的經緯度數據進行統計，計算該天N次定位結果的平均值E，將該E替換原E，即計算出新的初始化經緯度并替換原來的，以此每天更新，達到自適應初始化經緯度調整；步驟6.設置自適應報警門限以每天為一單位，進行自適應報警門限調整；如果當天沒有發生報警情況，將當天保存的經緯度數據進行統計，計算該天N次定位結果標準差σ，將該標準差σ替換原σ，計算出新的報警門限值并替換原來的，以此每天更新，達到自適應報警門限調整。
所述的基于室內定位的自適應自主監控方法的報警門限為通過計算獲得相應報警門限的數值，其具體計算步驟是步驟1.若為正態分布以終端固定參考點O為二維坐標的原點，假設終端定位結果相對于原點的坐標X和Y都屬于正態分布，且兩者獨立，方差分別為σx，σy；則其聯合概率密度函數為f(x,y)=12πσxσye-x2σy2+y2σx22σ2xσ2y]]>步驟2.若定位結果超出半徑若定位結果超出半徑為R的圓，則表示已經發生了虛警，其概率計算公式是 其中設σx表示經度的標準差，σy表示緯度的標準差，取σx＝200，σy＝120，R是報警門限；所述的基于室內定位的自適應自主監控方法的漏警概率的具體計算步驟是步驟1.若為正態分布以點O表示二維正態分布的均值，左側半徑為R的圓表示漏警范圍，一旦測試點落在此區域，就表示發生了漏警；步驟2.計算公式其概率的計算公式如下func(d):=[∫-RR∫-R2-x2R2-x21-e[σx2y2+(x-d)2-σy2-2-σx2-σy2]2-π-σx-σydydx]]]>
其中，R表示報警門限，d表示測試距離，σx表示經度標準差，σy表示緯度標準差。
本發明的有益效果是該產品應用于物品監控系統中，其中的穩壓涓流充電電路模式和睡眠狀態看門狗切換模式能夠極大的降低對系統電源的功率要求和節省整個系統的功耗，使產品能夠長時間工作。內部通過對于虛警漏警最小概率的自主判斷模式和自適應初始化經緯度和報警門限為新的開拓性發明，將GPSONE室內定位的效果通過后期的數據處理得到了大大的改善，使得通過GPSONE室內定位后、自主監控，是否移動一段距離的判斷成為可能，很好的解決了由于CDMA+GPSONE室內定位造成的系統誤差，這一分析的方法和思路具有普遍性，也適合于其他定位誤差概率等分析情況；本方法的作用非常明顯，將帶來定位技術穩定性、精確性的大幅提高。
下面結合
和實施例對本發明進一步說明。
附圖1為本發明整體結構方框圖；附圖2為本發明電源模塊方框圖；附圖3為本發明電池充電電路原理圖；附圖4為本發明恒壓涓流充電電路原理圖；附圖5為本發明看門狗和復位電路方框圖；附圖6為本發明看門狗開關設計電路原理圖；附圖7為本發明的自適應自主監控方法程序流程圖；附圖8為本發明虛警概率計算示意圖；附圖9為本發明漏警概率計算示意圖；附圖標號說明1-存儲模塊；
2-RS232串口；3-控制模塊CPU 301-看門狗開關；4-通信模塊；302-復位輸出腳；5-晶振；303-喂狗輸入腳；6-監測電路；304-光耦管；7-充電電路；701-直流電壓輸入；8-電池；702-充電控制開關；9-供電電源；703-U101模塊；10-控制監測模塊； 704-電池電壓輸出；11-天線； 705-電池電壓檢測；12-開關；13-復位腳；14-喂狗；20-電源管理； 101-直流輸入12V1A30-看門狗芯片； 102-電源模塊6V輸出A；40-初始化； 103-電源模塊6V輸出B；41-比較； 104-電源模塊輸出3.3V；42-報警門限； 105-電源模塊輸出4.2V；43-睡眠模式； 106-數字控制電路；44-中斷喚醒；45-設置RTC定時；46-定位；47-上報中心；
具體實施例方式請參閱附圖1、2、3、4、5、6、7、8、9所示，本發明由通信模塊、存儲模塊、傳感器、開關、CPU、接口、晶振及電源等部件組成，其還包括控制監測模塊(10)和電源管理(20)模塊，其間通過接口信號線相互連接，整個終端通過CDMA1X鏈路與中心控制端口相互連接，其中控制監測模塊(10)由存儲模塊(1)、RS232串口(2)、控制模塊CPU(3)、通信模塊(4)、晶振(5)和監測電路(6)等組成，存儲模塊(1)和RS232串口(2)的輸入輸出端口分別與控制模塊CPU(3)的輸出輸入端口相連接，控制模塊CPU(3)的輸入輸出端口分別與通信模塊(4)的輸出輸入端口相連接，晶振(5)和監測電路(6)的輸出端口分別與控制模塊CPU(3)的輸入端口相連接，通信模塊(4)的輸出端口與天線(11)的輸入端口相連接；電源管理(20)模塊由充電電路(7)、電池(8)和供電電源(9)等組成，充電電路(7)的輸入端口與外接直流輸入信號線相連接，充電電路(7)的輸出端口分別與電池(8)和供電電源(9)的輸入端口相連接。
請參閱附圖5所示，所述的基于室內定位的自適應自主監控裝置的控制模塊CPU(3)的輸入輸出端口或與看門狗芯片(30)的輸出輸入端口相連接，控制模塊CPU(3)的一輸出端經由開關(12)后與看門狗芯片(30)的一看門狗開關(301)電路的輸入端相連接，控制模塊CPU(3)的另一輸出端經由喂狗(14)信號線與喂狗輸入腳(303)相連接，看門狗芯片(30)的復位輸出腳(302)與控制模塊CPU(3)的復位腳(13)相連接。
請參閱附圖6所示，所述的基于室內定位的自適應自主監控裝置的看門狗開關(301)電路的控制模塊CPU(3)引腳1與看門狗芯片(30)的引腳7相互連接；控制模塊CPU(3)引腳2的一路與看門狗芯片(30)的引腳6相互連接，另一路經由電阻R213后接地；控制模塊CPU(3)引腳3經由電阻R210后與光耦管(304)引腳1相連接；光耦管(304)引腳2接地，光耦管(304)引腳3與看門狗芯片(30)的引腳8相連接，光耦管(304)引腳4經由電阻R211后與看門狗芯片(30)的引腳1相連接；看門狗芯片(30)的引腳3接地；看門狗芯片(30)的引腳2接電源。
請參閱附圖2所示，所述的基于室內定位的自適應自主監控裝置的電源分別與電源模塊、電池(8)、數字控制電路(106)和通信模塊(4)的端口相連接，其中直流輸入12V1A(101)信號分兩路輸出，一路經由電源模塊6V輸出A(102)和電源模塊輸出3.3V(104)后與數字控制電路(106)的一輸入端相連接；另一路經由電源模塊6V輸出B(103)和電池(8)電路后與電源模塊輸出3.3V(104)的一輸入端相連接；電源模塊6V輸出A(102)的另一輸出端經由電源模塊輸出4.2V(105)后與通信模塊(4)的一輸入端相連接。
請參閱附圖3所示，所述的基于室內定位的自適應自主監控裝置的電池(8)電路U101模塊(703)的引腳1與直流電壓輸入(701)信號線相連接；引腳5與充電控制開關(702)信號線相連接；引腳3的一路經由電阻R111后與充電控制開關(702)信號線相連接，另一路接地；引腳2的一路經電感L101后有四路輸出信號，第一路反饋經由電阻R104與引腳4相連接，第二路經由肖特基二極管D104和電阻R105后與電池電壓檢測(705)的輸出端口相連接，第三路經由電容C106后接地，第四路經由電容C105后接地；引腳2的另一路經由肖特基二極管D103后接地；引腳4的一路經由電阻R103后接地，另一路經由電阻R104后有二路輸出信號，第一路經由肖特基二極管D104和電阻R105后又分為兩路，一路經由肖特基二極管D105后與電池電壓輸出(704)信號線相連接，另一路經由開關和電池(8)后接地，在開關和電池(8)之間的引出線為電池電壓檢測(705)信號線；第二路經由電容C105后接地。
請參閱附圖7所示，一種基于室內定位的自適應自主監控方法，其特征在于該方法通過定位數據數學分布的分析結合概率論，將虛警、漏警概率這對矛盾的參數調節到最適當的比例；并通過自適應算法，不斷的實時更新數據參數，達到解決室內定位造成的系統誤差；該方法包括被監控設備初始經緯度設置；初始報警門限設置；當前的均值偏差監測；當前的定位誤差監測及自適應改變報警門限；其具體工作步驟是步驟1.初始化(40)首先進行系統模塊初始化(40)，通過CDMA/GPSONE模塊串口輸出得到定位數據，連續定位30次后取均值并將該定位數據寫入終端內部閃存FLASH，設置為終端的初始化經緯度；步驟2.定位監控系統模塊初始化(40)的輸出信號分為兩路，一路為進入比較(41)模塊，將定位結果與報警門限相比較；另一路進入定位(46)模塊，將監控終端按照客戶的需求每間隔固定時間定位一次，將每次定位后得到的數據保存在閃存FLASH中，并且通過兩點距離公式計算該數據同初始化經緯度之間的距離；步驟3.比較(41)比較(41)模塊的輸出信號分為兩路，一路為進入上報中心(47)模塊，當計算的距離超過報警門限后，則認為被監控物品移動了一定的范圍且上報中心(47)；另一路進入報警門限(42)模塊，當計算的距離沒有超出報警門限，則認為被監控物品為不移動，獲取前一工作日的定位結果，自適應更改報警門限(42)，則終端待機休眠，若為無外電，則設置實時時鐘RTC定時，關看門狗，進入睡眠模式(43)，再經實時時鐘RTC中斷信號后，進入實時時鐘RTC中斷喚醒(44)，開看門狗，再進入定位(46)模塊，直到下一次定位；若為有外電，則設置實時時鐘RTC定時(45)，再經實時時鐘RTC中斷信號后，再進入定位(46)模塊；步驟4.移動且上報中心(47)移動信號進入上報中心(47)模塊的輸出信號分為兩路，一路為無外電，則設置實時時鐘RTC定時，關看門狗，進入睡眠模式(43)，再經實時時鐘RTC中斷后，進入實時時鐘RTC中斷喚醒(44)，開看門狗，再進入定位(46)模塊；若為有外電，則設置實時時鐘RTC定時(45)，再經實時時鐘RTC中斷信號后，再進入定位(46)模塊；步驟5.設置自適應初始化經緯度以每一天為一時間單位，進行初始化經緯度調整；如果當天沒有發生報警情況，將當天保存的經緯度數據進行統計，計算該天N次定位結果的平均值E，將該E替換原E，即計算出新的初始化經緯度并替換原來的，以此每天更新，達到自適應初始化經緯度調整；步驟6.設置自適應報警門限以每天為一單位，進行自適應報警門限調整；如果當天沒有發生報警情況，將當天保存的經緯度數據進行統計，計算該天N次定位結果標準差σ，將該標準差σ替換原σ，計算出新的報警門限值并替換原來的，以此每天更新，達到自適應報警門限調整。
請參閱附圖8所示，所述的基于室內定位的自適應自主監控方法的報警門限為通過計算獲得相應報警門限的數值，其具體計算步驟是步驟1.若為正態分布以終端固定參考點O為二維坐標的原點，假設終端定位結果相對于原點的坐標X和Y都屬于正態分布，且兩者獨立，方差分別為σx，σy；則其聯合概率密度函數為f(x,y)=12πσxσyex2σy2+y2σx22σ2σ2y]]>步驟2.若定位結果超出半徑若定位結果超出半徑為R的圓，則表示已經發生了虛警，其概率計算公式是
其中設σx表示經度的標準差，σy表示緯度的標準差，取σx＝200，σy＝120，R是報警門限；請參閱附圖9所示，所述的基于室內定位的自適應自主監控方法，其特征在于所述的漏警概率的具體計算步驟是步驟1.若為正態分布以點O表示二維正態分布的均值，左側半徑為R的圓表示漏警范圍，一旦測試點落在此區域，就表示發生了漏警；步驟2.計算公式其概率的計算公式如下fu(d):=[∫-RR∫-R2-x2R2-x21·e[σx2y2+(x-d)2·σy2-2·σx2·σy2]2·π·σx·σydydx]]]>其中，R表示報警門限，d表示測試距離，σx表示經度標準差，σy表示緯度標準差。
本發明的硬件系統包括
監控終端主要是由嵌入式CPU、存儲器、CDMA通信與定位模塊、電源管理模塊、接口模塊以及監測與傳感模塊組成。整個終端完成自主判斷是否有外電存在功能，如有則進入直流工作狀態，給內部電池充電，同時通過CDMA1X鏈路同中心保持連接，由中心控制終端；如無則進入睡眠狀態，并每隔一定的時間自動喚醒，進行定位判斷。判斷的定位值與初始化經緯度間距是否超越報警門限，如無則再次進入睡眠狀態，如有則立刻連接中心并報警。
本發明的充放電設計包括由于電池容量較大，如果使用電源管理芯片進行充電會需要較大功率的輸入電源且長時間工作會影響電池壽命，因此使用U101 LM2596芯片通過反饋精密電阻R103和R104調節電壓輸出，通過調整R111電阻阻值和CPU I/O口管腳來確定是否需要關斷該充電芯片(如焊接0歐姆電阻始終打開充電管理芯片；如不焊接電阻，則認為通過CPU控制該充電芯片)，D103為1N5822肖特基二極管、L101為功率電感、C105為鋁電解電容、C106為貼片陶瓷電容，這4個器件是為了減小充電電壓輸出的噪聲而設計的。恒定電壓輸出為6.33V，通過D104 1N5822肖特基二極管后，根據該二極管的特性曲線，充電電流通過該二極管的電壓降約為0.3V。因此在R105 1歐姆2W的功率電阻前電壓為6.03V。由于設計計算4節鎳氫電池最高電壓為6V左右，因此鎳氫電池初始狀態約為1×4V，此時根據電路公式(電池內阻忽略不計)可得充電電流為(6.03-4)/1A≈2A，隨著電池充電后電壓的升高，充電電流將不斷的減小，直至電池達到約為6V左右，充電電流小于50mA。后端D105 1N5822肖特基二極管的設計是為了防止后端電壓在直流工作時大于前端電壓而造成電流反灌。當整個系統無外電時，充電電壓變為0，此時電池電壓大于后端電路電壓(后端無外電情況下，初始電壓為0)，電池則通過D105 1N5822肖特基二極管向后端供電。從而達到了自主切換進入電池工作狀態的目的。
本發明的看門狗和復位電路設計內容包括當終端檢測到無直流電源而使用內部電池工作時，會進入睡眠狀態。該狀態為低功耗狀態，需要關閉喂狗程序，由于看門狗沒有喂狗信號會讓CPU重啟，因此需要在進入睡眠狀態前先關閉看門狗模塊。具體設計如下SWDOG為CPU上一個I/O口，用來控制看門狗的開關/MR。當SWDOG為高電平時，U203即光耦TLP打開，此時/MR和/WDO導通，開門狗就打開了，系統如果程序跑飛，WDI腳無電平跳變。復位芯片U200即MAX706N就會通過RST腳給CPU復位。當終端需要進入睡眠狀態時，SWDOG腳轉為低電平，此時U203光耦關閉，/MR和/WDO斷開，此時看門狗就關閉了。終端進入睡眠狀態后，WDI腳無電平跳變，U200就不會給CPU造成復位。
本發明的CDMA定位和通信設計CDMA/GPSONE定位通信模塊同CPU通過UART口連接，完成數據之間的收發。
在充電和省電等功能完備的硬件平臺上，通過先進的自適應算法和完成自主定位監控功能。
本發明的相關機器移動虛警漏警的概念1)機器移動機器移動指的是，機器偏離了正常位置。機器被安裝在某個位置上，如果某次檢測中發現機器不在這個位置上，那么監控終端就會發出機器移動的報警信息。
2)虛警如果定位性能很好，沒有定位誤差，那么，從理論上說，機器如果一直處于某個位置，監控終端不應該報告機器移動狀態。但實際上，機器即使一直處于某個位置上，由于定位誤差的原因，監控終端得到的定位數據也有可能偏離了正常位置范圍，這種情況稱為虛警(誤報)。誤警概率的大小取決于系統定位精度和報警門限這兩個參數。
3)漏警同樣，如果沒有定位誤差，從理論上說，機器哪怕被移動了一米，終端也會發出機器移動報警信息。但實際上，由于定位誤差較大，即使機器被移動了一段距離，監控終端也有可能無法檢測出來，這種情況稱為漏警(漏報)。漏警概率的大小取決于系統定位精度、報警門限和移動距離這三個參數。當設定完報警門限后，終端已經移動一段距離，但是由于定位結果沒有超出報警門限范圍，但是實際終端已經移出規定的距離，則該情況就判為漏警。漏警概率和誤警概率是一對矛盾的參數。要減小誤警概率，必須增大報警門限；增大報警門限，又增大了漏警概率。
本發明的報警門限的確定為了進行機器移動判斷，除了獲得初始經緯度(參考點坐標)以外，還必須確定報警門限。根據實際測試的定位性能，在不同的虛警概率下，可以通過計算獲得相應報警門限的數值。
以終端固定參考點O為二維坐標的原點，假設終端定位結果相對于原點的坐標X和Y都屬于正態分布，且兩者獨立，方差分別為σx，σy。其聯合概率密度函數為f(x,y)=12πσxσye-x2σy2+y2σx22σ2xσ2y]]>參見圖8，如果定位結果超出半徑為R的圓(R是報警門限)，就表示已經發生了虛警，其概率計算公式是
其中，設σx表示經度的標準差，σy表示緯度的標準差。取σx＝200，σy＝120
由圖標可見，隨著報警門限的加大，虛警概率不斷的減小。如果允許的虛警概率為2％以下，那么選取適當的報警門限應設置為500米。
特別注意上述虛警概率的數值是基于基本推論而獲得的，僅作為實際應用的參考。在實際中可能要考慮以下的問題1、上述計算結果假設定位結果的經度、緯度數值都屬于正態分布，而且兩者獨立；這是對實際情況的一種近似；2、上述計算結果是基于伽利略公司內的實測數據統計值獲得的，其他地方的數值可能與此不同，因此實測概率可能與上述結果有差異；3、上述結果是基于理想初始化經緯度的情況下獲得的，實際中不可能獲得完全理想的初始化經緯度數值，因此實測概率可能與上述結果稍有差異本發明的漏警概率計算衡量系統的性能，除了考慮虛警概率以外，還必須考慮漏警概率。
在當前的定位性能條件下，給定了比較門限，在不同的距離下的漏警概率不同。其可以通過計算獲得，計算過程如下。
參見圖2，點O表示二維正態分布的均值，左側半徑為R的圓表示漏警范圍。一旦測試點落在此區域，就表示發生了漏警，其概率的計算公式如下fu(d):=[∫-RR∫-R2-x2R2-x21·e[σx2y2+(x-d)2-σy2-2-σx2-σy2]2-π-σx-σydydx]]]>其中，R表示報警門限，d表示測試距離，σx表示經度標準差，σy表示緯度標準差。
在給定報警門限條件下計算不同測試距離的漏警概率，結果如下
由圖表可以看出，隨著測試距離的不斷加大，漏警概率不斷的縮小。可以判定當移動距離為500米時，漏警的概率小于1％。報警說明該終端定到的實際位置已經超出標準經緯度500米遠了。
特別注意上述漏警概率的數值是基于一些基本推論而獲得的，僅作為實際應用的參考。在實際中可能應考慮以下的問題1、上述計算結果假設定位結果的經度、緯度數值都屬于正態分布，而且兩者獨立；這是對實際情況的一種近似；
2、上述計算結果是基于伽利略公司內的實測數據統計值獲得的，其他地方的數值可能與此不同，因此實測概率可能與上述結果有差異；3、上述結果是基于理想初始化經緯度的情況下獲得的，實際中不可能獲得完全理想的初始化經緯度數值，因此實測概率可能與上述結果稍有差異根據客戶提出的要求，結合GPSONE的定位精度，可接受的虛警概率、漏警概率和移動距離，確定一個報警門限。
①被監控終端的初始經緯度設置通過CDMA/GPSONE模塊串口輸出得到定位數據，連續定位30次后取均值并將該定位數據寫入終端內部FLASH，設置為終端的初始化經緯度。
②定位監控監控終端按照客戶的需求每間隔固定時間定位一次，將每次定位后得到的數據保存在FLASH沖，并且通過兩點距離公式計算該數據同初始化經緯度之間的距離。
當計算的距離超過報警門限后，則認為被監控物品移動了一定的范圍且上報中心；如果沒有超出報警門限，則終端待機休眠直到下一次定位。
③自適應初始化經緯度設置以每一天為一時間單位，進行初始化經緯度調整。
如果當天沒有發生報警情況，將當天保存的經緯度數據進行統計。計算該天N次定位結果的平均值E，將該E替換原E，即計算出新的初始化經緯度并替換原來的，以此每天更新，達到自適應初始化經緯度調整。
④自適應報警門限設置以每天為一單位，進行自適應報警門限調整。
如果當天沒有發生報警情況，將當天保存的經緯度數據進行統計。計算該天N次定位結果標準差σ，將該標準差σ替換原σ，計算出新的報警門限值并替換原來的，以此每天更新，達到自適應報警門限調整。
說明該發明中的數據為客戶特殊需求下產生的，并經過實際產品驗證的。其中自適應初始化經緯度和自適應報警門限的發明對于監控類產品的虛警漏警概率的下降有明顯的改善效果，且其中的算法具有普遍意義。可以隨著不同的需要，選用不同的參數計算出不同的數值，來達到自適應的設置。
本發明的保護說明該產品現開始應用于物品監控系統中，其中的穩壓涓流充電電路模式和睡眠狀態看門狗切換模式能夠極大的降低對系統電源的功率要求和節省整個系統的功耗，使產品能夠長時間工作。內部通過對于虛警漏警最小概率的自主判斷模式和自適應初始化經緯度和報警門限為新的開拓性發明，將GPSONE室內定位的效果通過后期的數據處理得到了大大的改善，使得通過GPSONE室內定位后、自主監控，是否移動一段距離的判斷成為可能。
本發明的
具體實施例方式基于室內定位的自主設備監控技術的具體實施方式
如下1)被監控設備初始經緯度設置；2)初始報警門限設置；3)當前的均值偏差監測；4)當前的定位誤差監測；5)自適應改變報警門限。
權利要求
1.一種基于室內定位的自適應自主監控裝置，該裝置有通信模塊、存儲模塊、傳感器、開關、CPU、接口、晶振及電源，其特征在于包括控制監測模塊(10)和電源管理(20)模塊，其間通過接口信號線相互連接，整個終端通過CDMA1X鏈路與中心控制端口相互連接，其中控制監測模塊(10)由存儲模塊(1)、RS232串口(2)、控制模塊CPU(3)、通信模塊(4)、晶振(5)和監測電路(6)組成，存儲模塊(1)和RS232串口(2)的輸入輸出端口分別與控制模塊CPU(3)的輸出輸入端口相連接，控制模塊CPU(3)的輸入輸出端口分別與通信模塊(4)的輸出輸入端口相連接，晶振(5)和監測電路(6)的輸出端口分別與控制模塊CPU(3)的輸入端口相連接，通信模塊(4)的輸出端口與天線(11)的輸入端口相連接；電源管理(20)模塊由充電電路(7)、電池(8)和供電電源(9)組成，充電電路(7)的輸入端口與外接直流輸入信號線相連接，充電電路(7)的輸出端口分別與電池(8)和供電電源(9)的輸入端口相連接。
2.根據權利要求1所述的基于室內定位的自適應自主監控裝置，其特征在于所述的控制模塊CPU(3)的輸入輸出端口或與看門狗芯片(30)的輸出輸入端口相連接，控制模塊CPU(3)的一輸出端經由開關(12)后與看門狗芯片(30)的一看門狗開關(301)電路的輸入端相連接，控制模塊CPU(3)的另一輸出端經由喂狗(14)信號線與喂狗輸入腳(303)相連接，看門狗芯片(30)的復位輸出腳(302)與控制模塊CPU(3)的復位腳(13)相連接。
3.根據權利要求2所述的基于室內定位的自適應自主監控裝置，其特征在于所述的看門狗開關(301)電路的控制模塊CPU(3)引腳1與看門狗芯片(30)的引腳7相互連接；控制模塊CPU(3)引腳2的一路與看門狗芯片(30)的引腳6相互連接，另一路經由電阻R213后接地；控制模塊CPU(3)引腳3經由電阻R210后與光耦管(304)引腳1相連接；光耦管(304)引腳2接地，光耦管(304)引腳3與看門狗芯片(30)的引腳8相連接，光耦管(304)引腳4經由電阻R211后與看門狗芯片(30)的引腳1相連接；看門狗芯片(30)的引腳3接地；看門狗芯片(30)的引腳2接電源。
4.根據權利要求1所述的基于室內定位的自適應自主監控裝置，其特征在于所述的電源分別與電源模塊、電池(8)、數字控制電路(106)和通信模塊(4)的端口相連接，其中直流輸入12V1A(101)信號分兩路輸出，一路經由電源模塊6V輸出A(102)和電源模塊輸出3.3V(104)后與數字控制電路(106)的一輸入端相連接；另一路經由電源模塊6V輸出B(103)和電池(8)電路后與電源模塊輸出3.3V(104)的一輸入端相連接；電源模塊6V輸出A(102)的另一輸出端經由電源模塊輸出4.2V(105)后與通信模塊(4)的一輸入端相連接。
5.根據權利要求4所述的基于室內定位的自適應自主監控裝置，其特征在于所述的電池(8)電路U101模塊(703)的引腳1與直流電壓輸入(701)信號線相連接；引腳5與充電控制開關(702)信號線相連接；引腳3的一路經由電阻R111后與充電控制開關(702)信號線相連接，另一路接地；引腳2的一路經電感L101后有四路輸出信號，第一路反饋經由電阻R104與引腳4相連接，第二路經由肖特基二極管D104和電阻R105后與電池電壓檢測(705)的輸出端口相連接，第三路經由電容C106后接地，第四路經由電容C105后接地；引腳2的另一路經由肖特基二極管D103后接地；引腳4的一路經由電阻R103后接地，另一路經由電阻R104后有二路輸出信號，第一路經由肖特基二極管D104和電阻R105后又分為兩路，一路經由肖特基二極管D105后與電池電壓輸出(704)信號線相連接，另一路經由開關和電池(8)后接地，在開關和電池(8)之間的引出線為電池電壓檢測(705)信號線；第二路經由電容C105后接地。
6.一種基于室內定位的自適應自主監控方法，其特征在于該方法通過定位數據數學分布的分析結合概率論，將虛警、漏警概率這對矛盾的參數調節到最適當的比例；并通過自適應算法，不斷的實時更新數據參數，達到解決室內定位造成的系統誤差；該方法包括被監控設備初始經緯度設置；初始報警門限設置；當前的均值偏差監測；當前的定位誤差監測及自適應改變報警門限；其具體工作步驟是步驟1.初始化(40)首先進行系統模塊初始化(40)，通過CDMA/GPSONE模塊串口輸出得到定位數據，連續定位30次后取均值并將該定位數據寫入終端內部閃存FLASH，設置為終端的初始化經緯度；步驟2.定位監控系統模塊初始化(40)的輸出信號分為兩路，一路為進入比較(41)模塊，將定位結果與報警門限相比較；另一路進入定位(46)模塊，將監控終端按照客戶的需求每間隔固定時間定位一次，將每次定位后得到的數據保存在閃存FLASH中，并且通過兩點距離公式計算該數據同初始化經緯度之間的距離；步驟3.比較(41)比較(41)模塊的輸出信號分為兩路，一路為進入上報中心(47)模塊，當計算的距離超過報警門限后，則認為被監控物品移動了一定的范圍且上報中心(47)；另一路進入報警門限(42)模塊，當計算的距離沒有超出報警門限，則認為被監控物品為不移動，獲取前一工作日的定位結果，自適應更改報警門限(42)，則終端待機休眠，若為無外電，則設置實時時鐘RTC定時，關看門狗，進入睡眠模式(43)，再經實時時鐘RTC中斷信號后，進入實時時鐘RTC中斷喚醒(44)，開看門狗，再進入定位(46)模塊，直到下一次定位；若為有外電，則設置實時時鐘RTC定時(45)，再經實時時鐘RTC中斷信號后，再進入定位(46)模塊；步驟4.移動且上報中心(47)移動信號進入上報中心(47)模塊的輸出信號分為兩路，一路為無外電，則設置實時時鐘RTC定時，關看門狗，進入睡眠模式(43)，再經實時時鐘RTC中斷后，進入實時時鐘RTC中斷喚醒(44)，開看門狗，再進入定位(46)模塊；若為有外電，則設置實時時鐘RTC定時(45)，再經實時時鐘RTC中斷信號后，再進入定位(46)模塊；步驟5.設置自適應初始化經緯度以每一天為一時間單位，進行初始化經緯度調整；如果當天沒有發生報警情況，將當天保存的經緯度數據進行統計，計算該天N次定位結果的平均值E，將該E替換原E，即計算出新的初始化經緯度并替換原來的，以此每天更新，達到自適應初始化經緯度調整；步驟6.設置自適應報警門限以每天為一單位，進行自適應報警門限調整；如果當天沒有發生報警情況，將當天保存的經緯度數據進行統計，計算該天N次定位結果標準差σ，將該標準差σ替換原σ，計算出新的報警門限值并替換原來的，以此每天更新，達到自適應報警門限調整。
7.根據權利要求6所述的基于室內定位的自適應自主監控方法，其特征在于所述的報警門限為通過計算獲得相應報警門限的數值，其具體計算步驟是步驟1.若為正態分布以終端固定參考點O為二維坐標的原點，假設終端定位結果相對于原點的坐標X和Y都屬于正態分布，且兩者獨立，方差分別為σx，σy；則其聯合概率密度函數為f(x,y)=12πσxσye-x2σy2+y2σx22σ2xσ2y]]>步驟2.若定位結果超出半徑若定位結果超出半徑為R的圓，則表示已經發生了虛警，其概率計算公式是1c(R):=[1-∫-RR∫-R2-x2R2-x21·e(σx2y2+x2·σy2-2·σx2·σy2)2·π·σx·σydy dx]1]]>其中設σx表示經度的標準差，σy表示緯度的標準差，取σx＝200，σy＝120，R是報警門限；
8.根據權利要求6所述的基于室內定位的自適應自主監控方法，其特征在于所述的漏警概率的具體計算步驟是步驟1.若為正態分布以點O表示二維正態分布的均值，左側半徑為R的圓表示漏警范圍，一旦測試點落在此區域，就表示發生了漏警；步驟2.計算公式其概率的計算公式如下func(d)=[∫-RR∫-R2-x2R2-x21-e[σx2y2+(x-d)2·σy2-2·σx2·σy2]2·x·σx·σydy dx]]]>其中，R表示報警門限，d表示測試距離，σx表示經度標準差，σy表示緯度標準差。
全文摘要
一種涉及全球衛星定位系統技術的定位服務的方法及其終端，尤指一種用于移動目標全球定位和監控技術領域的基于室內定位的自適應自主監控裝置及方法。該裝置由通信模塊、傳感器、CPU、接口、晶振及電源等部件組成，包括控制監測模塊和電源管理模塊，其間通過接口信號線相互連接，整個終端通過CDMA1X鏈路與中心控制端口相互連接；主要解決自適應報警門限調整及由于CDMA+GPSONE室內定位造成的系統誤差等有關技術問題。本發明的優點是該產品應用于物品監控系統中，內部通過對于虛警漏警最小概率的自主判斷模式，自適應初始化經緯度和報警門限為新的開拓性發明，很好的解決了由于CDMA+GPSONE室內定位造成的系統誤差。
文檔編號G01S5/02GK1888930SQ20061002901
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月17日 優先權日2006年7月17日
發明者李國通, 李立志, 馮菁, 陶歡, 陳曉峰 申請人:上海伽利略導航有限公司