行业应用与交流
Industrial Applications and Communications
《自动化技术与应用》2021年第40卷第1期
沈爱军1，郑鑫1，白广利2,3
2.黑龙江省科学院高新技术研究院，黑龙江哈尔滨150020;
3.黑龙江省科学院智能制造研究所，黑龙江哈尔滨150090)
摘
要：随着社会发展，居民生活水平日益提高，生活用品日益丰富，生活空间日益个性化、复杂化。一旦有火情发生，现场条件也是
越来越复杂，对消防人员的要求和危险也越来越高。为了应对这种趋势，本文研究出一套消防员组合定位系统，可以对身处现场的消防人员提供可靠帮助。该系统主要通过由锚节点和移动节点组成的情报网络，对现场消防人员提供保护和支持，并减少现场人员的危险。主要功能是为指挥人员提供现场实时环境情况，人员分布位置情况及人员状况；为消防人员提供行进路线支持，附近情况报告及危险预警。 关键词：移动节点；定位系统中图分类号：TP391.44
文献标识码:A
文章编号:1003-7241(2021)001-0184-03
Field Application of Fireman Combination Positioning
SHEN Ai -jun 1,ZHENG Xin 1,BAI Guang -li 2,3
(1.Bozhou Fire Rescue Detachment,Bozhou 236000China;
2.Institute of Adavanced Technology Heilongjiang Academy of Science,Harbin 150020China;
3.Institute of Intelligent Manufacturing,Heilongjiang Academy of Sciences,Harbin 150090China )
Abstract:With the development of society,the living standard of residents is increasing,the daily necessities are increasingly rich,
and the living space is increasingly personalized and complicated.Once there is a fire,the site conditions are more and more complex,the fire personnel requirements and the danger is also higher.In response to this trend,this paper develops a combined firefighter positioning system that can provide reliable assistance to firefighters on the scene.The system pro-vides protection and support to fire personnel on site and reduces the danger of personnel on site through an intelligence network consisting of anchor nodes and mobile nodes.The main function is to provide real-time environment situation,personnel distribution and personnel status for the command personnel;provide route support,nearby situation report and danger warning for the firefighters.
key words:mobile node;positioning system
收稿日期:2020-11-04
1引言
消防员组合定位技术的研究是为了保证消防员在火灾现场的安全，同时定位消防员在救援现场的位置，
确保对火灾救援现场中遇险消防员的快速施救，确定指挥员与救援现场中消防员的有效的运动，画面实时显示监视和语音即时通讯是消防灭火救援工作中急需解决的重要
问题。在火灾救援过程中，救援人员及其所在位置、救援状态、环境实时监测，对现场指挥员来说非常重要，一方面可以掌握火灾实时状况，一方面准确掌握消防员的位置和动态。现场指挥员必须能够科学的、有效的指挥火灾救援行动，同时最大限度地保障救援人员及受灾众的生命财产安全[1]。目前从国内和国外还没有成熟的产品，都在试验阶段和完善阶段，因此消防员定位系统的研
制是非常必要的。
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sis压片2系统组成
本系统主要由车辆配套设备，人员携带设备和其他辅助设备三大类组成。
2.1车辆配套设备
包含有：
a)终端服务器。收集并处理各类情报，为指挥人员提供可视化界面。
b)信号收发器。将各节点信息传递给终端服务器，并将指令发送给各节点。
c)车载锚节点。拥有GPS定位模块和通讯模块等，主要用途为提供GPS定位基点，并成为定位网支撑点，对所属移动节点进行初始化。
2.2人员携带设备
包含有移动节点。拥有定位模块、信息采集模块和通讯模块等，主要用途为给进入现场的人员提供定位并绘制地图，远程监控人员附近环境情况。
2.3其他辅助设备
包括有：
a)便携式锚节点。拥有GPS定位模块和通讯模块等，主要用途是在车辆不能通行的区域实现布网，可放置在现场高处提供高度信息。
b)便携式移动节点。拥有信息采集模块和通讯模块等，主要用途为在现场内提供通讯中继，必要时可以作为定位探测节点直接布置在火场附近代替人员进行定点监控。
c)探测机器人。拥有定位模块、信息采集模块和通讯模块等，主要用途为跟随人员进入现场，携带辅助器材和备用设备，必要时可以代替人员进行危险作业。
d)探测无人机。拥有定位模块、信息采集模块和通讯模块等，主要用途为侦查现场情况[2]。
3功能模块
包括有：
a)GPS定位模块。主要采用GPS定位技术提供本身位置绝对坐标定位。
b)定位模块。采用无线传感器网络（WSN)定位技术及微惯性组件（加速度计)等构成实现消防员相对坐标定位。
c)通讯模块。采用无线传输，与锚节点通讯实现定位，同时传送数据和指令。
d)信息采集模块。包括环境传感器和运动传感器等，
实现对环境及消防员状态监视。
防水开关电源
图1无线传感器网络示意图
4定位原理
4.1无线传感器网络(WSN)定位技术
无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，无线传感器网络需要在每个节点装载全球卫星定位系统（GPS)接收器，用以确定节点位置。但是，由于经济因素、节点能量制约和GPS对于部署环境有一定要求等条件的限制，导致方案的可行性较差。因此，一般只有少量节点通过装载GPS或通过预先部署在特定位置的方式获取自身坐标。
4.2ZigBee定位技术
ZigBee技术是一种新兴的便宜的、短距离、低速率、低功耗的近距离无线组网通讯技术。它介于射频识别和蓝牙之间，可以用于室内定位。用于近距离无线连接。它有自己的协议标准，可在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。另外整个Zigbee 网络还可以与现有的其它的各种网络连接。ZigBee最显著的技术特点是它的低功耗和低成本[3]。
双电源切换装置
实验室升降台4.3惯性导航定位系统
开关柜无线测温装置惯性导航是指通过测量飞行器的加速度，自动进行积分运算，获得飞行器瞬时速度和瞬时位置数据的技术。组成惯性导航系统的设备都安装在飞行器内，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，是一种自主式导航系统[4]。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪，又称惯性导航组合。3个自由度陀螺仪测量飞行器的三个转动运动，3个加速度计测量飞行器的3个平移运动的加速度；根据测量的各种信息，计算出飞机的
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速度和位置数据。5消防员组合定位系统的现场应用
5.1
快速建立WSN 网络
消防车辆出发后启动车载系统及各车载锚节点，消防人员启动各自携带的移动节点，各移动节点同车载锚节点建立链接，完成初始定位。
消防车辆到达现场后辅助人员迅速布置便携式锚节点，组成锚节点环状网络完成WSN 组网[5]。消防人员进入火场灭火过程中，可以有选择性的布置便携式移动节点。
5.2获得人员位置信息
各锚节点通过GPS 定位获得自身坐标，通过锚节点
环状网络完成周界坐标确定。各消防人员进入区域后，移动节点自动连接到最近的锚节点，此后通过Zigbee 和惯性导航进行个人定位，并通过锚节点进行位置修正[6]
。当里锚节点距离较远或信号弱时，自动连接到最近的移动节点。
5.3获得火场分析信息
经由各节点上传的环境数据，通过计算分析，向指挥
人员提供包含建筑设施通路图，人员设备分布图和火场温度监测图，三图合一形成完整的现场态势三维情报图。可以直观的查看火灾发展情况，扑救进展情况及消防人员状态，从而提高消防作业效率，
提供消防人员安全性。
图2定位系统示意图
6结束语
用来定位消防救援人员的系统在紧急发生事件的室内定位和现场应急指挥及临时调度的基础上，将无线传感器定位技术与惯性导航方式进行组合取长补短，可视化的消防救援人员路径显示、记录，在信息支援，救援质量以及救援速度方面提供了可靠的保障，确保我消防救
援人员的自身安全，为消防救援员在火灾救援现场等复杂的环境中增强了救援能力，缩减了因为明火、浓烟、建
筑物坍塌等影响救援出路而造成的人员伤亡。
消防员定位系统在惯性导航系统基础上按照要求精确确定在建筑物内人员的3D 坐标为了确定人员位置，构建移动轨迹和进一步实现可视化实时性。同时加强了场外指挥人员与现场救援人员之间的联系，有效的保证了救援和灭火的速度，最大限度地保证了救援人员与被救者的人身安全，而且由于救援速度的提高，能够最大限度的保护火灾现场的财产不受损失。
参考文献:
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[2]刘晶璟.采用加速度传感器技术实现盲区定位的研究和开发[J].计算机应用与软件,2012(3):274-277.
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[4]袁狄平，李牧，李智慧，靳学胜.基于惯性导航技术的消防员室内定位技术[J].消防科学与技术,2014(12):1417-1419.
[5]林建琴，许武军，李媛媛.基于智能服装的消防员位置信息融合研究[J].武汉纺织大学学报,2015(6):61-66.
[6]徐兴柱.一种基于惯性定位技术的单兵室内定位指挥系统方案[J].战术导弹技术,2014(3):61-65.红外对射模块
作者简介：沈爱军(1981-)，男，从事消防救援作战训练、装备管理工作。
通信作者：白广利（1972-），男，高级工程师，从事机电一体化研究工作。
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