室內消防定位技術綜述

徐明

摘要：近年來，隨著城市化進程加快，大型建筑日益增多，建筑火災發生概率攀升，使得室內消防定位技術研究成為熱點。基于此，文中首先對目前主流的室內定位技術原理及發展現狀進行介紹，并分析其在應用過程中存在的優缺點;接著，對目前國內外室內消防定位系統發展及相關產品進行介紹;最后，對室內消防定位技術的未來發展趨勢進行總結和展望。

關鍵詞：建筑火災;消防定位;定位原理;定位系統;發展趨勢

中圖分類號：TP311? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）16-0280-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1引言

室內消防定位技術作為室內消防救援系統的重要組成部分，不僅能提高消防救援效率，同時也保障了消防人員的生命安全。室內消防定位技術由于定位環境的特殊性，導致目前主流定位技術，如GPS定位系統無法滿足其需求。雖然GPS定位技術運用范圍廣、使用方便、價格低廉，但在復雜的室內環境中，信號較弱，無法滿足系統要求[1]。因此才使得室內定位技術呈現多元化發展。目前常見室內定位技術有：紅外線定位、射頻識別定位（RFID）、超聲波定位、ZigBee定位、WiFi定位以及藍牙定位[2]等。

2室內定位技術

2.1紅外線定位技術

紅外線定位原理是通過在室內安裝紅外接收器，接收紅外線IR標識節點發射的調制紅外線實現定位。如：1992年，英國劍橋的Olivetti實驗室首次提出了基于紅外技術的Active Badge室內定位系統;2011年Ambip-lex提出了IR.Loc系統等。雖然該技術能夠實現較高的定位精度，但由于紅外信號無法進行非視距傳播，且易受環境中的光線干擾，因此應用規模較小[3]。

2.2 RFID定位技術

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

2.3超聲波定位技術

超聲波定位原理是依據回波與發射波之間的時間差得到待測點與參考點間的距離，并利用三角定位等算法實現定位。如：AT&T劍橋實驗室提出的基于超聲波定位的BAT系統;2000年麻省理工學院在Active Bat定位系統的基礎上開發出的基于超聲波技術的Cricket定位系統等。該技術在視距環境下定位精度較高，但易受非視距影響，并且需要大量的硬件設備，使得系統成本較高，因此很難得到大規模應用[5]。

2.4 ZigBee定位技術

ZigBee室內定位技術是通過在定位區域部署定位節點組成自組織網絡，當移動定位設備出現在定位區域內，各個定位節點便被喚醒以接收來自移動目標發送的信號，確定移動目標所處位置。如：日本大阪大學和大阪府立大學共同研發出的基于ZigBee技術的室內定位系統LocalizationSystem等，該技術具有功耗低、安全性高、組網能力強等優點，然而產品開發難度大、開發周期長、產品成本高[6]。

2.5 WiFi定位技術

目前常用的WiFi室內定位方式分為基于測距和基于指紋庫兩種?；跍y距的定位技術通過對定位目標接收的WiFi信號強度值進行測距，并利用相應的定位算法實現定位;而基于指紋庫的定位技術通過對定位區域WiFi信號強度值進行采集，建立指紋庫，并將定位目標采集的信號強度值放到指紋庫中進行匹配，從而實現定位。如：赫爾辛基大學的Ekahau系統、微軟的RADAR系統及其升級版系統RADAR2、萊斯大學的Rice系統、加利福尼亞大學洛杉磯分校研發的Nibble系統以及北京航天航空大學提出的Weyes系統等。WiFi定位技術由于無須額外布置無線設備，因此硬件成本較低，但其相比于其它定位技術，易受環境因素干擾，系統構建和維護成本較高[7]。

2.6藍牙定位技術

藍牙室內定位技術是在室內環境中部署藍牙定位節點，組成局域網覆蓋定位區域，當未知定位設備進入定位區域后，通過檢測未知節點的信號強度實現定位。如：2011年，諾基亞首先提出了HAIP室內定位技術解決方案。隨后于2013年全球開發者大會上，蘋果公司首次發布了基于藍牙4.0的iBeacon定位技術。中國的臺灣大學及臺大醫院基于移動APP和iBeacon設備研發了一個應用于醫療環境的室內定位系統。與此同時，由于藍牙技術得到幾乎所有智能終端設備的支持，使得藍牙定位技術具有良好的發展環境，同時藍牙技術的不斷成熟，使得藍牙設備具有成本低、功耗低、穩定性高等優勢，促進了藍牙定位技術的普及和推廣[8]。

3室內消防定位技術

隨著城市室內火災的頻繁發生，每年有大量的消防人員為此獻出了寶貴生命。其主要原因是缺乏良好的室內消防定位系統，從而錯過最佳營救時機，同時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定位技術的研究投入。

3.1國外室內消防定位

國外在室內消防定位領域的研究相較于國內起步較早。如：加利福尼亞大學伯克利分校實現了一款火災信息與救護設備系統（FIRE）;Michigan大學的消防救援災害現場的個人航位推算系統等。與此同時，國外的很多公司也推出了一系列消防定位產品，如：摩托羅拉公司生產了TRXNEON Tracking Units定位裝置，內部包含磁強計、陀螺儀、壓力傳感器、距離傳感器等，通過藍牙與摩托羅拉公司的全雙工對講機[APXTMP25]連接，并由對講機將測量數據傳遞給控制基站;SCOTT SAFETY公司推出的PakTrackerLocator產品可以用來搜尋失聯消防員;美國霍尼韋爾（Honeywell）公司設計并推出的個人盲區推算模塊（DRM Dead Reckoni- ng Module），能夠依靠慣性傳感器，對室內人員進行精確定位;美國博通（Broadc- om）采用了新型的Acculocate技術，通過WiFi、藍牙、甚至NFC（近場通信）技術來提供IPS（Indoor Positioning System）支持等[9]。

3.2國內室內消防定位

相比于國外，國內對于消防救援室內定位技術的研究，起步時間較歐美等國晚。中國科技大學、北京郵電大學、西北工業大學等知名高校，均在這方面進行深入的研究，如：中國科技大學進行了行人室內外無縫定位系統的研究;北京郵電大學主要進行了基于無線定位技術的室內定位方法研究;西北工業大學則重點關注自主定位領域，相繼提出了多種自主定位的方法[10];2015年，黑龍江省科學院自動化研究所與俄羅斯科學院西伯利亞分院伊爾庫茨克科學中心聯合研發災難救援人員三維定位管理調度系統等。在產品方面，目前國內眾多公司都在研制自己的產品，如：北京龍旗瑞譜科技有限公司研發的一種專門針對應急救援部門的消防人員三維定位系統;北京普天海弘通信技術發展有限公司、北京長城電子裝備有限責任公司（原海軍6971廠）和北京郵電大學共同研制的 “消防員遇險定位安全救援指揮系統”等[11]。

4結論

本文主要總結了目前室內定位技術的原理及發展現狀，以及對室內定位技術在室內消防定位領域的應用現狀和取得的相應成果進行介紹?？傮w而言，由于室內消防定位環境的特殊性，使得國內外在室內消防定位系統研究方面都未達到成熟，相應的產品也處于實驗和完善階段，在定位位置的準確性，產品的可靠性，時間的精確性，數據傳輸的穩定性等方面還有待提高。因此設計出一套精度高、成本低、普適性強的室內消防定位技術方案是未來的發展趨勢。

參考文獻：

[1] 鄭海升.消防員室內定位系統研究[D].重慶大學，2015.

[2] 張浩，趙千川.藍牙手機室內定位系統[J].計算機應用，2011，31（11）：3152-3156.

[3] 羅鵬.基于藍牙4.0基站角度測量的室內定位技術研究[D].浙江大學，2016.

[4] 吳超，張磊，張琨.基于BP神經網絡的RFID室內定位算法研究[J].計算機仿真，2015，32（07）：323-326.

[5] 劉祺，朱秋月，馮莎.室內定位技術的研究綜述[J].計算機時代，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室內定位系統的研究[D].長春工業大學，2018.

[8] 許春璐.藍牙室內定位系統的研究與實現[D].杭州電子科技大學，2018.

[9] 米明恒.消防員定位系統研制[D].哈爾濱工業大學，2016.

[10] 張仲.基于慣性導航技術的消防救援定位系統設計[D].哈爾濱理工大學，2018.

[11] 王悅.基于WIFI室內定位的消防救援系統關鍵技術的研究[D].上海交通大學，2014.

【通聯編輯：聞翔軍】