公共场所消防疏散新技术

方友军

近年来，大规模人群活动变得日益频繁，随之带来的安全隐患也越来越引起公共安全部门的重视。

为避免由于人流过于拥挤等人群异常行为而带来的重大安全事故，公共安全部门往往会投入大量的人力、物力来保障公共安全，其中必然需要长时间、不间断地进行人流活动的监控与疏导控制。但以前依靠人工监控的方法，一方面容易因疲劳疏忽产生漏警，另一方面无法直观准确的为指挥人员提供可量化信息辅助指挥、部署工作；因此，提倡利用计算机技术对于大规模的人流运动进行长时间不间断的定位与分析，不仅能够直观准确地为指挥人员提供人群分布以及运动模式信息，辅助指挥人员进行指挥部署，更能有效减少人群的拥堵，有助于人群快速撤离事故现场，和救援人员的入场，尽量减少踩踏事件发生的可能。

基于此，笔者提出了面向公共场所消防疏散的混合室内定位系统。这种定位系统能够以低成本实现日常公众定位需求，与传统的RFID定位系统相比优势明显。混合室内定位系统的多源技术能形成第二信号源用于定位增强，同时利用多源技术公共建筑紧急定位疏导应用第二信号源，整体提升室内定位的准确度与稳定度。

采用四大核心技术

RSS技术

接收信号强度（Receive Signal Strength，即RSS）是通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离，进而根据相应数据进行定位计算的一种定位技术。RSS以无线发送层的可选部分，来判定链接质量，以及是否增大广播发送强度。它的实现是在反向通道基带接收滤波器之后进行的。由于RSS是通过在数字域进行功率积分而后反推到天线口得到的，反向通道信号传输特性的不一致会影响RSS的精度。

RSS分布依据信号源的部署方位与高度差异，路径损耗模型，多径衰落效应与阴影效应在时间与空间上均存在差异。这意味着在不同场景中，RSS信号的衰减与波动的规律无法用单一模型描述。而基于智能终端与穿戴式设备的医疗定位应用，使用者与周围人群的人体阴影效应与散射效应对RSS会产生动态的方向性影响。

三角定位技术

三角定位技术原理是利用2台或者2台以上的探测器在不同位置探测目标方位，然后运用三角几何原理确定目标的位置和距离，使用UWB技术可使定位误差在2厘米之内，优于全球卫星定位技术。

现有RSS三角与指纹定位算法研究对信号的传播描述沿用了通信系统中的简化模型，无法满足定位应用中的场景变化和信号描述需求，易产生模型失配与计算误差。持续提高RSS定位算法性能，需要准确按场景划分对无线信号传播特性进行描述，并且动态的描述人体散射效应和人群的散射效应集合。

PDR技术

运动传感器的行人航迹推算（Pedestrian Dead Reckoning，即PDR）技术基于行人步态的运动特征，利用加速度计或者计步器测量运动信息并评估步数和步长，综合从陀螺仪获得的航向信息推算行人的位置和姿态等信息。

PDR在用于RSS定位算法的滤波参数调整，以及在独立定位导航应用中，虽然可独立于环境估算使用者行走轨迹，但由于低成本运动传感器精度不高，PDR计算维度有限，受人体随机姿态动作干扰大，易产生移动累计误差。提高PDR算法对人体姿态的判断准确性，以及合理描述人体干扰动作分布，是持续提高定位精度的关键之一。这要求拓展现有的确定性人体姿态模型至统计型模型，并对PDR姿态判断算法进行优化。

多源技术（crowdsourced）

多源技术可形成第二信号源用于定位增强，有效地减少工程勘测量。公共建筑物紧急定位疏导应用具有典型的群体使用特征，可利用定位者本身的信号强度作为第二信号源，弥补无线信号的覆盖盲区，从而改善RSS定位算法的精度与覆盖范围。这是针对公共紧急定位疏散应用的一个关键的增强途径。

还待突破的三大技术难点

解决现有无线定位算法中对无线信号的传播描述和人群散射效应不准确问题

无线信号受建筑墙体反射和室内物体散射所产生的时间与空间的波动，是RSS三角与指纹定位估测误差的物理根源。常见的同向传播模型和单一的衰落模型无法匹配不同的室内场景（房间、走廊、大厅等）信号传播，也无法通过算法进行信号选择与优化。另一方面，相对狭窄的室内场景中人群的散射效应对信号具有显著的方向性影响。公共场所的建筑与业务特征将会进一步形成建筑各场景之间人流密度变化关联。优化现有RSS三角与指纹定位算法性能，必须建立更加准确面向场景划分的信号传播模型，并合理地描述上述建筑体反射效应和人群的散射效应。

常见的RSS三角定位算法多采用单一的全向路径损耗模型，在不规则的室内建筑环境中，信号的实际衰减程度差异和传播的方向性所引起的模型失配，是目前室内RSS三角定位算法的根本缺陷之一，因而需要根据实际场景选择对应的传播模型。RSS指纹定位算法广泛采取的WKNN算法，对K信号源选择多采用随机的方式，并未考虑信号传播特性。在明确指定场景中信号的空时传播特征之后，现有的RSS指纹定位算法可采用动态K信号源选择的方法消除不稳定信号所带来的误差，达到提升定位性能的目的。

因此，在实际部署中，需要以信号在室内建筑场景的空时传播特征为基础，通过对无线信号在可视与非可视区域的强度分布的描述与预测，改进现有定位算法中对信号传播模型的失配缺陷，从而持续提高算法的准确度与稳定度。

解决现有PDR定位技术中对人体姿态随机性的描述准确性问题

基于低成本运动传感器的PDR算法由于精度限制，主要采取步态检测估算行人移动轨迹。常规的固定步态模型很难匹配不同人体与不同行走模式，易产生判断错误和累计误差。克服现有步态检测算法的关键，需要将步行者的差异性与行走模式的变化纳入步态模型之中，使之可以动态地描述人体固定的行走模式与随机的动作成分。

针对该问题，拟通过概率模型对人体姿态的随机性进行描述，实现概率型步态判决算法，实现对不同的使用者的行走运动描述。进一步地，通过该概率型步态识别技术对上述无线定位算法进行辅助滤波计算，以达到减少无线定位的结果跳动现象。

解决多源技术在面向公共场所紧急疏散场景下的定位辅助与优化设计问题

多源技术可将以定位设备作为第二信号源增强已有的RSS定位算法的性能。紧急疏散场景中定位系统的使用具有明显的群体特征和聚合特征，多源技术可以依据这些模式生成可靠的第二信号源，并借助上述传播模型描述这些信号源的强度分布用于三角与指纹定位算法。这在目前的多源技术中尚未广泛使用。

因此，本方面的研究需要以典型公共场所，如车站、医院为研究对象，依据场所依附的公共业务为分析基础，对典型业务中人群的分布与流动特征进行模型化和参数化描述，从而设计第二信号源的选取方法，进而实现基于第二信号源的定位辅助功能。

（作者单位：浙江省淳安县政府电子政务办公室）