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(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?；诖?，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)狀進行介紹，并分析其在應(yīng)用過程中存在的優(yōu)缺點;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)運用范圍廣、使用方便、價格低廉，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)點發(fā)射的調(diào)制紅外線實現(xiàn)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(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，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(xiàn)定位。如：AT&T劍橋?qū)嶒炇姨岢龅幕诔暡ǘㄎ坏腂AT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)能力強等優(yōu)點，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信號強度值進行測距，并利用相應(yīng)的定位算法實現(xiàn)定位;而基于指紋庫的定位技術(shù)通過對定位區(qū)域WiFi信號強度值進行采集，建立指紋庫，并將定位目標(biāo)采集的信號強度值放到指紋庫中進行匹配，從而實現(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)建和維護成本較高[7]。

2.6藍牙定位技術(shù)

藍牙室內(nèi)定位技術(shù)是在室內(nèi)環(huán)境中部署藍牙定位節(jié)點，組成局域網(wǎng)覆蓋定位區(qū)域，當(dāng)未知定位設(shè)備進入定位區(qū)域后，通過檢測未知節(jié)點的信號強度實現(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，由于藍牙技術(shù)得到幾乎所有智能終端設(shè)備的支持，使得藍牙定位技術(shù)具有良好的發(fā)展環(huán)境，同時藍牙技術(shù)的不斷成熟，使得藍牙設(shè)備具有成本低、功耗低、穩(wěn)定性高等優(yōu)勢，促進了藍牙定位技術(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(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)伯克利分校實現(xiàn)了一款火災(zāi)信息與救護設(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，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(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，均在這方面進行深入的研究，如：中國科技大學(xué)進行了行人室內(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)研究方面都未達到成熟，相應(yīng)的產(chǎn)品也處于實驗和完善階段，在定位位置的準(zhǔn)確性，產(chǎn)品的可靠性，時間的精確性，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性等方面還有待提高。因此設(shè)計出一套精度高、成本低、普適性強的室內(nèi)消防定位技術(shù)方案是未來的發(fā)展趨勢。

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[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[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.

【通聯(lián)編輯：聞翔軍】