室內(nèi)消防定位技術(shù)綜述

徐明

摘要：近年來，隨著城市化進(jìn)程加快，大型建筑日益增多，建筑火災(zāi)發(fā)生概率攀升，使得室內(nèi)消防定位技術(shù)研究成為熱點(diǎn)。基于此，文中首先對目前主流的室內(nèi)定位技術(shù)原理及發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行介紹，并分析其在應(yīng)用過程中存在的優(yōu)缺點(diǎn);接著，對目前國內(nèi)外室內(nèi)消防定位系統(tǒng)發(fā)展及相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行介紹;最后，對室內(nèi)消防定位技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行總結(jié)和展望。

關(guān)鍵詞：建筑火災(zāi);消防定位;定位原理;定位系統(tǒng);發(fā)展趨勢

中圖分類號：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）16-0280-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1引言

室內(nèi)消防定位技術(shù)作為室內(nèi)消防救援系統(tǒng)的重要組成部分，不僅能提高消防救援效率，同時(shí)也保障了消防人員的生命安全。室內(nèi)消防定位技術(shù)由于定位環(huán)境的特殊性，導(dǎo)致目前主流定位技術(shù)，如GPS定位系統(tǒng)無法滿足其需求。雖然GPS定位技術(shù)運(yùn)用范圍廣、使用方便、價(jià)格低廉，但在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中，信號較弱，無法滿足系統(tǒng)要求[1]。因此才使得室內(nèi)定位技術(shù)呈現(xiàn)多元化發(fā)展。目前常見室內(nèi)定位技術(shù)有：紅外線定位、射頻識別定位（RFID）、超聲波定位、ZigBee定位、WiFi定位以及藍(lán)牙定位[2]等。

2室內(nèi)定位技術(shù)

2.1紅外線定位技術(shù)

紅外線定位原理是通過在室內(nèi)安裝紅外接收器，接收紅外線IR標(biāo)識節(jié)點(diǎn)發(fā)射的調(diào)制紅外線實(shí)現(xiàn)定位。如：1992年，英國劍橋的Olivetti實(shí)驗(yàn)室首次提出了基于紅外技術(shù)的Active Badge室內(nèi)定位系統(tǒng);2011年Ambip-lex提出了IR.Loc系統(tǒng)等。雖然該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)較高的定位精度，但由于紅外信號無法進(jìn)行非視距傳播，且易受環(huán)境中的光線干擾，因此應(yīng)用規(guī)模較小[3]。

2.2 RFID定位技術(shù)

RFID定位技術(shù)原理是通過磁場或電磁場耦合來發(fā)射電磁波進(jìn)行信息傳遞，并通過傳遞的信息來識別目標(biāo)。如：微軟研究院于1998年提出的RADAR定位系統(tǒng)、2000年Jeffrey Hightower等人提出了SpotON定位系統(tǒng)以及2003年由香港科技大學(xué)和密歇根大學(xué)共同提出LANDMARC系統(tǒng)等。該技術(shù)具有響應(yīng)速度快，非視距等優(yōu)點(diǎn)，但由于其定位距離較短，易受環(huán)境中電磁波的干擾，因此不適合在定位面積較大的場景中應(yīng)用[4]。

2.3超聲波定位技術(shù)

超聲波定位原理是依據(jù)回波與發(fā)射波之間的時(shí)間差得到待測點(diǎn)與參考點(diǎn)間的距離，并利用三角定位等算法實(shí)現(xiàn)定位。如：AT&T劍橋?qū)嶒?yàn)室提出的基于超聲波定位的BAT系統(tǒng);2000年麻省理工學(xué)院在Active Bat定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)出的基于超聲波技術(shù)的Cricket定位系統(tǒng)等。該技術(shù)在視距環(huán)境下定位精度較高，但易受非視距影響，并且需要大量的硬件設(shè)備，使得系統(tǒng)成本較高，因此很難得到大規(guī)模應(yīng)用[5]。

2.4 ZigBee定位技術(shù)

ZigBee室內(nèi)定位技術(shù)是通過在定位區(qū)域部署定位節(jié)點(diǎn)組成自組織網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)移動定位設(shè)備出現(xiàn)在定位區(qū)域內(nèi)，各個定位節(jié)點(diǎn)便被喚醒以接收來自移動目標(biāo)發(fā)送的信號，確定移動目標(biāo)所處位置。如：日本大阪大學(xué)和大阪府立大學(xué)共同研發(fā)出的基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)LocalizationSystem等，該技術(shù)具有功耗低、安全性高、組網(wǎng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，然而產(chǎn)品開發(fā)難度大、開發(fā)周期長、產(chǎn)品成本高[6]。

2.5 WiFi定位技術(shù)

目前常用的WiFi室內(nèi)定位方式分為基于測距和基于指紋庫兩種?；跍y距的定位技術(shù)通過對定位目標(biāo)接收的WiFi信號強(qiáng)度值進(jìn)行測距，并利用相應(yīng)的定位算法實(shí)現(xiàn)定位;而基于指紋庫的定位技術(shù)通過對定位區(qū)域WiFi信號強(qiáng)度值進(jìn)行采集，建立指紋庫，并將定位目標(biāo)采集的信號強(qiáng)度值放到指紋庫中進(jìn)行匹配，從而實(shí)現(xiàn)定位。如：赫爾辛基大學(xué)的Ekahau系統(tǒng)、微軟的RADAR系統(tǒng)及其升級版系統(tǒng)RADAR2、萊斯大學(xué)的Rice系統(tǒng)、加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校研發(fā)的Nibble系統(tǒng)以及北京航天航空大學(xué)提出的Weyes系統(tǒng)等。WiFi定位技術(shù)由于無須額外布置無線設(shè)備，因此硬件成本較低，但其相比于其它定位技術(shù)，易受環(huán)境因素干擾，系統(tǒng)構(gòu)建和維護(hù)成本較高[7]。

2.6藍(lán)牙定位技術(shù)

藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)是在室內(nèi)環(huán)境中部署藍(lán)牙定位節(jié)點(diǎn)，組成局域網(wǎng)覆蓋定位區(qū)域，當(dāng)未知定位設(shè)備進(jìn)入定位區(qū)域后，通過檢測未知節(jié)點(diǎn)的信號強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)定位。如：2011年，諾基亞首先提出了HAIP室內(nèi)定位技術(shù)解決方案。隨后于2013年全球開發(fā)者大會上，蘋果公司首次發(fā)布了基于藍(lán)牙4.0的iBeacon定位技術(shù)。中國的臺灣大學(xué)及臺大醫(yī)院基于移動APP和iBeacon設(shè)備研發(fā)了一個應(yīng)用于醫(yī)療環(huán)境的室內(nèi)定位系統(tǒng)。與此同時(shí)，由于藍(lán)牙技術(shù)得到幾乎所有智能終端設(shè)備的支持，使得藍(lán)牙定位技術(shù)具有良好的發(fā)展環(huán)境，同時(shí)藍(lán)牙技術(shù)的不斷成熟，使得藍(lán)牙設(shè)備具有成本低、功耗低、穩(wěn)定性高等優(yōu)勢，促進(jìn)了藍(lán)牙定位技術(shù)的普及和推廣[8]。

3室內(nèi)消防定位技術(shù)

隨著城市室內(nèi)火災(zāi)的頻繁發(fā)生，每年有大量的消防人員為此獻(xiàn)出了寶貴生命。其主要原因是缺乏良好的室內(nèi)消防定位系統(tǒng)，從而錯過最佳營救時(shí)機(jī)，同時(shí)無法保證消防人員生命安全。因此，各國都相繼加大了對消防室內(nèi)定位技術(shù)的研究投入。

3.1國外室內(nèi)消防定位

國外在室內(nèi)消防定位領(lǐng)域的研究相較于國內(nèi)起步較早。如：加利福尼亞大學(xué)伯克利分校實(shí)現(xiàn)了一款火災(zāi)信息與救護(hù)設(shè)備系統(tǒng)（FIRE）;Michigan大學(xué)的消防救援災(zāi)害現(xiàn)場的個人航位推算系統(tǒng)等。與此同時(shí)，國外的很多公司也推出了一系列消防定位產(chǎn)品，如：摩托羅拉公司生產(chǎn)了TRXNEON Tracking Units定位裝置，內(nèi)部包含磁強(qiáng)計(jì)、陀螺儀、壓力傳感器、距離傳感器等，通過藍(lán)牙與摩托羅拉公司的全雙工對講機(jī)[APXTMP25]連接，并由對講機(jī)將測量數(shù)據(jù)傳遞給控制基站;SCOTT SAFETY公司推出的PakTrackerLocator產(chǎn)品可以用來搜尋失聯(lián)消防員;美國霍尼韋爾（Honeywell）公司設(shè)計(jì)并推出的個人盲區(qū)推算模塊（DRM Dead Reckoni- ng Module），能夠依靠慣性傳感器，對室內(nèi)人員進(jìn)行精確定位;美國博通（Broadc- om）采用了新型的Acculocate技術(shù)，通過WiFi、藍(lán)牙、甚至NFC（近場通信）技術(shù)來提供IPS（Indoor Positioning System）支持等[9]。

3.2國內(nèi)室內(nèi)消防定位

相比于國外，國內(nèi)對于消防救援室內(nèi)定位技術(shù)的研究，起步時(shí)間較歐美等國晚。中國科技大學(xué)、北京郵電大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等知名高校，均在這方面進(jìn)行深入的研究，如：中國科技大學(xué)進(jìn)行了行人室內(nèi)外無縫定位系統(tǒng)的研究;北京郵電大學(xué)主要進(jìn)行了基于無線定位技術(shù)的室內(nèi)定位方法研究;西北工業(yè)大學(xué)則重點(diǎn)關(guān)注自主定位領(lǐng)域，相繼提出了多種自主定位的方法[10];2015年，黑龍江省科學(xué)院自動化研究所與俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院伊爾庫茨克科學(xué)中心聯(lián)合研發(fā)災(zāi)難救援人員三維定位管理調(diào)度系統(tǒng)等。在產(chǎn)品方面，目前國內(nèi)眾多公司都在研制自己的產(chǎn)品，如：北京龍旗瑞譜科技有限公司研發(fā)的一種專門針對應(yīng)急救援部門的消防人員三維定位系統(tǒng);北京普天海弘通信技術(shù)發(fā)展有限公司、北京長城電子裝備有限責(zé)任公司（原海軍6971廠）和北京郵電大學(xué)共同研制的 “消防員遇險(xiǎn)定位安全救援指揮系統(tǒng)”等[11]。

4結(jié)論

本文主要總結(jié)了目前室內(nèi)定位技術(shù)的原理及發(fā)展現(xiàn)狀，以及對室內(nèi)定位技術(shù)在室內(nèi)消防定位領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和取得的相應(yīng)成果進(jìn)行介紹?？傮w而言，由于室內(nèi)消防定位環(huán)境的特殊性，使得國內(nèi)外在室內(nèi)消防定位系統(tǒng)研究方面都未達(dá)到成熟，相應(yīng)的產(chǎn)品也處于實(shí)驗(yàn)和完善階段，在定位位置的準(zhǔn)確性，產(chǎn)品的可靠性，時(shí)間的精確性，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性等方面還有待提高。因此設(shè)計(jì)出一套精度高、成本低、普適性強(qiáng)的室內(nèi)消防定位技術(shù)方案是未來的發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭海升.消防員室內(nèi)定位系統(tǒng)研究[D].重慶大學(xué)，2015.

[2] 張浩，趙千川.藍(lán)牙手機(jī)室內(nèi)定位系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2011，31（11）：3152-3156.

[3] 羅鵬.基于藍(lán)牙4.0基站角度測量的室內(nèi)定位技術(shù)研究[D].浙江大學(xué)，2016.

[4] 吳超，張磊，張琨.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的RFID室內(nèi)定位算法研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2015，32（07）：323-326.

[5] 劉祺，朱秋月，馮莎.室內(nèi)定位技術(shù)的研究綜述[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2016（08）：13-15.

[6] Liu C H， Fan C C. Zigbee- Research into Integrated Real-Time Located Systems[J]. 2008.

[7] 謝澤亮.基于WIFI室內(nèi)定位系統(tǒng)的研究[D].長春工業(yè)大學(xué)，2018.

[8] 許春璐.藍(lán)牙室內(nèi)定位系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].杭州電子科技大學(xué)，2018.

[9] 米明恒.消防員定位系統(tǒng)研制[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2016.

[10] 張仲.基于慣性導(dǎo)航技術(shù)的消防救援定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].哈爾濱理工大學(xué)，2018.

[11] 王悅.基于WIFI室內(nèi)定位的消防救援系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].上海交通大學(xué)，2014.

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