基于射頻識(shí)別的消防員定位技術(shù)

陳 迅（貴州省公安消防總隊(duì)，貴州　貴陽(yáng)　550000）

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基于射頻識(shí)別的消防員定位技術(shù)

陳 迅
（貴州省公安消防總隊(duì)，貴州貴陽(yáng)550000）

摘要：消防員作為目前中國(guó)最危險(xiǎn)的職業(yè)之一，近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注。由于我國(guó)的消防技術(shù)、設(shè)備以及人員配置影響，加之火場(chǎng)情況千變?nèi)f化，消防安全事故屢屢發(fā)生，因而社會(huì)各界開(kāi)始將目光轉(zhuǎn)向了消防員定位這一新型技術(shù)，以此提高消防員在救援現(xiàn)場(chǎng)的安全性。傳統(tǒng)的定位方法不但成本高實(shí)踐性差，其精準(zhǔn)度也存在很大的誤差，因此文章提出了一種基于射頻識(shí)別技術(shù)的消防員定位技術(shù)，并在RSSI算法的基礎(chǔ)上，針對(duì)救援人員進(jìn)行定位，這種綜合性定位技術(shù)能夠在火場(chǎng)發(fā)生突發(fā)狀況時(shí)，對(duì)消防員進(jìn)行定位，及時(shí)快速的進(jìn)行救援，將火場(chǎng)救援傷亡率降至最低。

關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別；消防；定位

1 射頻識(shí)別技術(shù)概述

射頻識(shí)別，RFID技術(shù)，又稱(chēng)無(wú)線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。無(wú)線電的信號(hào)是通過(guò)調(diào)成無(wú)線電頻率的電磁場(chǎng)，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標(biāo)簽上傳送出去，以自動(dòng)辨識(shí)與追蹤該物品。某些標(biāo)簽在識(shí)別時(shí)從識(shí)別器發(fā)出的電磁場(chǎng)中就可以得到能量，并不需要電池；也有標(biāo)簽本身?yè)碛须娫矗⒖梢灾鲃?dòng)發(fā)出無(wú)線電波（調(diào)成無(wú)線電頻率的電磁場(chǎng)）。標(biāo)簽包含了電子存儲(chǔ)的信息，數(shù)米之內(nèi)都可以識(shí)別。與條形碼不同的是，射頻標(biāo)簽不需要處在識(shí)別器視線之內(nèi)，也可以嵌入被追蹤物體之內(nèi)。

2 現(xiàn)狀分析

作為目前中國(guó)最危險(xiǎn)的職業(yè)之一，消防員開(kāi)始受到越來(lái)越多的關(guān)注。水火無(wú)情，在火場(chǎng)中不但環(huán)境復(fù)雜，不同的火場(chǎng)存在巨大的差異，而火場(chǎng)坍塌是消防救援中面臨的巨大威脅。近幾年的統(tǒng)計(jì)中，我國(guó)每年的火災(zāi)救援中都會(huì)有多名消防員犧牲。作為最危險(xiǎn)也是跟人們的生命財(cái)產(chǎn)安全最為密切的職業(yè)，消防員也越來(lái)越多的受到社會(huì)各界的關(guān)心，如何保障消防員在火災(zāi)救援中的生命安全也成為了亟待解決的任務(wù)之一。常用的室內(nèi)定位技術(shù)有紅外線定位、超聲波定位、基于IEEE802.11無(wú)線定位技術(shù)等，但復(fù)雜的火場(chǎng)環(huán)境中會(huì)存在諸多干擾因素，對(duì)定位系統(tǒng)的定位精度造成影響，從而無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)消防員進(jìn)行定位。RFID技術(shù)由于其非基礎(chǔ)和非視距等優(yōu)點(diǎn)成為優(yōu)選的定位技術(shù)。作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的先驅(qū)，射頻識(shí)別技術(shù)不但傳輸范圍廣泛，且成本較低，能夠進(jìn)行非視距、非接觸的數(shù)據(jù)交換。將該技術(shù)應(yīng)用于火場(chǎng)救援中，能夠適應(yīng)復(fù)雜的火場(chǎng)環(huán)境。能夠利用射頻進(jìn)行非接觸式定位、識(shí)別，通過(guò)雙向通訊交換數(shù)據(jù)，從而確定火場(chǎng)中消防官兵的位置。目前較為常用的定位系統(tǒng)有兩種：一種是ZIGBEE預(yù)先布點(diǎn)技術(shù)；該技術(shù)將無(wú)線標(biāo)記和藍(lán)牙技術(shù)集合在一起，其功耗低，能夠進(jìn)行短距離的數(shù)據(jù)傳輸，但速率相對(duì)較低，是一種常用的非視距定位技術(shù)。其在各個(gè)傳感器之間進(jìn)行互聯(lián)協(xié)調(diào)通訊，因而通訊距離相對(duì)較短。該技術(shù)的通訊網(wǎng)絡(luò)需要預(yù)先進(jìn)行節(jié)點(diǎn)布置，通過(guò)預(yù)先布置的節(jié)點(diǎn)感應(yīng)新進(jìn)節(jié)點(diǎn)，從而對(duì)新進(jìn)節(jié)點(diǎn)的位置進(jìn)行大致的確定，從而確定消防員在火場(chǎng)的位置。另一種是UWB技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)主要利用現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)的方式對(duì)消防員進(jìn)行定位，其技術(shù)基礎(chǔ)是無(wú)載波通信超寬帶通信。該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行無(wú)線通訊時(shí)功率更低且干擾抗性更高，能夠精確的分辨實(shí)踐，且通訊帶寬較大，在火場(chǎng)中信號(hào)的穿透性較強(qiáng)、傳輸速率也相對(duì)較快。但缺點(diǎn)在于需要在火場(chǎng)外進(jìn)行預(yù)先的布置，對(duì)消防員的定位也需要利用算法進(jìn)行計(jì)算得出。

3 射頻定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

在室內(nèi)定位系統(tǒng)中通常會(huì)引入?yún)⒖脊?jié)點(diǎn)，而定位系統(tǒng)中通常會(huì)將電子標(biāo)簽引入其中，這樣一來(lái)不但能夠節(jié)約成本，還能夠保證定位的精度。但火場(chǎng)的情況復(fù)雜，并具有多變性，提前進(jìn)行電子標(biāo)簽的布置不切實(shí)際，因此在射頻定位系統(tǒng)中參考節(jié)點(diǎn)大多采用固定位置讀卡器，在進(jìn)入火場(chǎng)進(jìn)行火災(zāi)救援前，消防員都會(huì)配置電子標(biāo)簽，消防員進(jìn)入火場(chǎng)后讀卡器會(huì)實(shí)時(shí)采集信息，指揮中心將消防員信息進(jìn)行匯總分析，通過(guò)數(shù)據(jù)的處理對(duì)消防員位置進(jìn)行確定。若火場(chǎng)中發(fā)生坍塌事故，指揮中心能夠依照系統(tǒng)確定的消防員位置確定最佳的救援方案，從而及時(shí)救援遇險(xiǎn)消防員。而該系統(tǒng)的元件主要有：有源電子標(biāo)簽：該元件設(shè)置在消防員身上，具有較遠(yuǎn)的作用距離，功率穩(wěn)定且具有一定的自我保護(hù)能力。讀卡器：在射頻識(shí)別系統(tǒng)中所使用的讀卡器為多頻讀卡器，該種元件發(fā)送的射頻信號(hào)強(qiáng)度具有多元化，使用天線作為讀寫(xiě)器，且主控機(jī)同讀寫(xiě)器分離。數(shù)據(jù)處理中心：該元件主要包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及處理器和檢測(cè)器、接收器等，通過(guò)數(shù)據(jù)處理中心能夠?qū)饒?chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理。

4 算法的設(shè)計(jì)

依照消防員傳播過(guò)來(lái)的無(wú)線電波進(jìn)行分析計(jì)算可以針對(duì)消防員進(jìn)行測(cè)距定位。依照特定的無(wú)線電波損耗模型對(duì)無(wú)線電波的傳播路徑損耗、自由空間信道的長(zhǎng)期衰落特性服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布、無(wú)線傳播的路徑損耗公式為：

其中，d為待測(cè)節(jié)點(diǎn)與參考節(jié)點(diǎn)間的距離、m表示路徑損耗指數(shù)、Xσ為以dB表示的標(biāo)準(zhǔn)偏差為σ，均值為0，服從高斯分布的隨機(jī)變量、PL（d0）表示距離為d0處的無(wú)線信號(hào)損耗值、f表示信號(hào)頻率。利用自由空間無(wú)線電傳播路徑損耗模型取，d＝1時(shí)計(jì)算出的損耗值為PL（d0）。

PL（d0）＝32.44＋10mlgd＋10mlgf

此時(shí)、待測(cè)節(jié)點(diǎn)接收參考節(jié)點(diǎn)時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度（RSS）為：RSS＝P＋F-PL（d）間

其中，P表示發(fā)射功率、F表示天線增益、PT間表示距離為d處的信號(hào)損耗值。記參考節(jié)點(diǎn)A1（x1， y1） ， A2（x2，y2） ，A3（x3，y3）、待測(cè)節(jié)點(diǎn)Bi（ni， mi），由上式可得Bi節(jié)點(diǎn)距離參考節(jié)點(diǎn)的距離分別為Ra1bi，Ra2bi， Ra3bi組由歐式距離公式得

解上述方程組得：

結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了射頻識(shí)別技術(shù)如何在火災(zāi)救援中用于消防員的定位，該種方式在定位消防員時(shí)，依照的是最后的定位信息。該種定位系統(tǒng)每個(gè)消防員的電子標(biāo)簽均是獨(dú)立的，因此將能夠聚集的消防員集合在一起就能夠得出最終被掩埋的人員信息以及人員數(shù)量。將該技術(shù)應(yīng)用于目前按的火災(zāi)救援中，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的掌握消防人員的位置狀況，并利于消防救援的人員調(diào)度，一旦火場(chǎng)發(fā)生突發(fā)事故，指揮人員能夠及時(shí)的進(jìn)行反應(yīng)，對(duì)遇險(xiǎn)消防員進(jìn)行救援。

參考文獻(xiàn)

[1]趙冬平.基于無(wú)線傳感器信號(hào)強(qiáng)度的消防員軌跡推演算法[J].南京市消防支隊(duì)，2013.

中圖分類(lèi)號(hào)：TU998

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A