室内消防定位技术综述

徐明

摘要：近年来，随着城市化进程加快，大型建筑日益增多，建筑火灾发生概率攀升，使得室内消防定位技术研究成为热点。基于此，文中首先对目前主流的室内定位技术原理及发展现状进行介绍，并分析其在应用过程中存在的优缺点;接着，对目前国内外室内消防定位系统发展及相关产品进行介绍;最后，对室内消防定位技术的未来发展趋势进行总结和展望。

关键词：建筑火灾;消防定位;定位原理;定位系统;发展趋势

中图分类号：TP311    文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）16-0280-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1引言

室内消防定位技术作为室内消防救援系统的重要组成部分，不仅能提高消防救援效率，同时也保障了消防人员的生命安全。室内消防定位技术由于定位环境的特殊性，导致目前主流定位技术，如GPS定位系统无法满足其需求。虽然GPS定位技术运用范围广、使用方便、价格低廉，但在复杂的室内环境中，信号较弱，无法满足系统要求[1]。因此才使得室内定位技术呈现多元化发展。目前常见室内定位技术有：红外线定位、射频识别定位（RFID）、超声波定位、ZigBee定位、WiFi定位以及蓝牙定位[2]等。

2室内定位技术

2.1紅外线定位技术

红外线定位原理是通过在室内安装红外接收器，接收红外线IR标识节点发射的调制红外线实现定位。如：1992年，英国剑桥的Olivetti实验室首次提出了基于红外技术的Active Badge室内定位系统;2011年Ambip-lex提出了IR.Loc系统等。虽然该技术能够实现较高的定位精度，但由于红外信号无法进行非视距传播，且易受环境中的光线干扰，因此应用规模较小[3]。

2.2 RFID定位技术

RFID定位技术原理是通过磁场或电磁场耦合来发射电磁波进行信息传递，并通过传递的信息来识别目标。如：微软研究院于1998年提出的RADAR定位系统、2000年Jeffrey Hightower等人提出了SpotON定位系统以及2003年由香港科技大学和密歇根大学共同提出LANDMARC系统等。该技术具有响应速度快，非视距等优点，但由于其定位距离较短，易受环境中电磁波的干扰，因此不适合在定位面积较大的场景中应用[4]。

2.3超声波定位技术

超声波定位原理是依据回波与发射波之间的时间差得到待测点与参考点间的距离，并利用三角定位等算法实现定位。如：AT&T剑桥实验室提出的基于超声波定位的BAT系统;2000年麻省理工学院在Active Bat定位系统的基础上开发出的基于超声波技术的Cricket定位系统等。该技术在视距环境下定位精度较高，但易受非视距影响，并且需要大量的硬件设备，使得系统成本较高，因此很难得到大规模应用[5]。

2.4 ZigBee定位技术

ZigBee室内定位技术是通过在定位区域部署定位节点组成自组织网络，当移动定位设备出现在定位区域内，各个定位节点便被唤醒以接收来自移动目标发送的信号，确定移动目标所处位置。如：日本大阪大学和大阪府立大学共同研发出的基于ZigBee技术的室内定位系统LocalizationSystem等，该技术具有功耗低、安全性高、组网能力强等优点，然而产品开发难度大、开发周期长、产品成本高[6]。

2.5 WiFi定位技术

目前常用的WiFi室内定位方式分为基于测距和基于指纹库两种。基于测距的定位技术通过对定位目标接收的WiFi信号强度值进行测距，并利用相应的定位算法实现定位;而基于指纹库的定位技术通过对定位区域WiFi信号强度值进行采集，建立指纹库，并将定位目标采集的信号强度值放到指纹库中进行匹配，从而实现定位。如：赫尔辛基大学的Ekahau系统、微软的RADAR系统及其升级版系统RADAR2、莱斯大学的Rice系统、加利福尼亚大学洛杉矶分校研发的Nibble系统以及北京航天航空大学提出的Weyes系统等。WiFi定位技术由于无须额外布置无线设备，因此硬件成本较低，但其相比于其它定位技术，易受环境因素干扰，系统构建和维护成本较高[7]。

2.6蓝牙定位技术

蓝牙室内定位技术是在室内环境中部署蓝牙定位节点，组成局域网覆盖定位区域，当未知定位设备进入定位区域后，通过检测未知节点的信号强度实现定位。如：2011年，诺基亚首先提出了HAIP室内定位技术解决方案。随后于2013年全球开发者大会上，苹果公司首次发布了基于蓝牙4.0的iBeacon定位技术。中国的台湾大学及台大医院基于移动APP和iBeacon设备研发了一个应用于医疗环境的室内定位系统。与此同时，由于蓝牙技术得到几乎所有智能终端设备的支持，使得蓝牙定位技术具有良好的发展环境，同时蓝牙技术的不断成熟，使得蓝牙设备具有成本低、功耗低、稳定性高等优势，促进了蓝牙定位技术的普及和推广[8]。

3室内消防定位技术

随着城市室内火灾的频繁发生，每年有大量的消防人员为此献出了宝贵生命。其主要原因是缺乏良好的室内消防定位系统，从而错过最佳营救时机，同时无法保证消防人员生命安全。因此，各国都相继加大了对消防室内定位技术的研究投入。

3.1国外室内消防定位

国外在室内消防定位领域的研究相较于国内起步较早。如：加利福尼亚大学伯克利分校实现了一款火灾信息与救护设备系统（FIRE）;Michigan大学的消防救援灾害现场的个人航位推算系统等。与此同时，国外的很多公司也推出了一系列消防定位产品，如：摩托罗拉公司生产了TRXNEON Tracking Units定位装置，内部包含磁强计、陀螺仪、压力传感器、距离传感器等，通过蓝牙与摩托罗拉公司的全双工对讲机[APXTMP25]连接，并由对讲机将测量数据传递给控制基站;SCOTT SAFETY公司推出的PakTrackerLocator产品可以用来搜寻失联消防员;美国霍尼韦尔（Honeywell）公司设计并推出的个人盲区推算模块（DRM Dead Reckoni- ng Module），能够依靠惯性传感器，对室内人员进行精确定位;美国博通（Broadc- om）采用了新型的Acculocate技术，通过WiFi、蓝牙、甚至NFC（近场通信）技术来提供IPS（Indoor Positioning System）支持等[9]。

3.2国内室内消防定位

相比于国外，国内对于消防救援室内定位技术的研究，起步时间较欧美等国晚。中国科技大学、北京邮电大学、西北工业大学等知名高校，均在这方面进行深入的研究，如：中国科技大学进行了行人室内外无缝定位系统的研究;北京邮电大学主要进行了基于无线定位技术的室内定位方法研究;西北工业大学则重点关注自主定位领域，相继提出了多种自主定位的方法[10];2015年，黑龙江省科学院自动化研究所与俄罗斯科学院西伯利亚分院伊尔库茨克科学中心联合研发灾难救援人员三维定位管理调度系统等。在产品方面，目前国内众多公司都在研制自己的产品，如：北京龙旗瑞谱科技有限公司研发的一种专门针对应急救援部门的消防人员三维定位系统;北京普天海弘通信技术发展有限公司、北京长城电子装备有限责任公司（原海军6971厂）和北京邮电大学共同研制的 “消防员遇险定位安全救援指挥系统”等[11]。

4结论

本文主要总结了目前室内定位技术的原理及发展现状，以及对室内定位技术在室内消防定位领域的应用现状和取得的相应成果进行介绍。总体而言，由于室内消防定位环境的特殊性，使得国内外在室内消防定位系统研究方面都未达到成熟，相应的产品也处于实验和完善阶段，在定位位置的准确性，产品的可靠性，时间的精确性，数据传输的稳定性等方面还有待提高。因此设计出一套精度高、成本低、普适性强的室内消防定位技术方案是未来的发展趋势。

参考文献：

[1] 郑海升.消防员室内定位系统研究[D].重庆大学，2015.

[2] 张浩，赵千川.蓝牙手机室内定位系统[J].计算机应用，2011，31（11）：3152-3156.

[3] 罗鹏.基于蓝牙4.0基站角度测量的室内定位技术研究[D].浙江大学，2016.

[4] 吴超，张磊，张琨.基于BP神经网络的RFID室内定位算法研究[J].计算机仿真，2015，32（07）：323-326.

[5] 刘祺，朱秋月，冯莎.室内定位技术的研究综述[J].计算机时代，2016（08）：13-15.

[6] Liu C H， Fan C C. Zigbee- Research into Integrated Real-Time Located Systems[J]. 2008.

[7] 谢泽亮.基于WIFI室内定位系统的研究[D].长春工业大学，2018.

[8] 许春璐.蓝牙室内定位系统的研究与实现[D].杭州電子科技大学，2018.

[9] 米明恒.消防员定位系统研制[D].哈尔滨工业大学，2016.

[10] 张仲.基于惯性导航技术的消防救援定位系统设计[D].哈尔滨理工大学，2018.

[11] 王悦.基于WIFI室内定位的消防救援系统关键技术的研究[D].上海交通大学，2014.

【通联编辑：闻翔军】