室内人员定位技术在消防领域中的应用综述

颜晗 刘洪永 范围宇 王玉珊 宋霏

摘要：室外定位系统极大方便了人们的出行生活，近年来室内定位技术也在不断发展，成为时代科技热门。本文首先列举了几类目前常见的室内定位技术，并对其发展现状进行阐述，然后针对消防救援过程中存在的风险、问题，对现阶段的消防人员定位设备进行阐述，并对未来消防领域中室内人员定位技术与设备的应用前景进行了研究讨论并提出相应意见。

关键词：消防救援;室内定位技术;定位设备;人员安全

中图分类号：TU998.1       文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2022）04-0009-04

随着科技的不断发展，定位技术受到了人们的关注，出现了GPS（Global Positioning System）、北斗定位系统等室外定位系统，室外定位系统目前发展较为成熟，已经广泛应用于军、民等领域，为人们提供精确的定位服务。但由于人们80%的时间在室内活动，卫星信号经过长距离传播，加之树木和建筑物的遮蔽，使其在室内定位的精确度大大降低，而精确的室内定位，可以在控制人员流量、引导人员疏散、确定人员行踪等方面提供很大的帮助，室内定位技术的应用前景十分广阔。

1  室内人员定位技术概述

1.1  蓝牙定位技术

蓝牙是一种设备间的短距离无线通信技术，具有较低的功耗，不会像红外线一样受墙壁遮挡的影响，可以进行非视距传输，但是易受其他噪声的干扰造成精度下降，而且传输距离较短，一般为10m左右，因此在大型场所中进行定位时，需要布设更多的接收器，使定位成本上涨。

1.2  射频识别技术

射频识别（Radio Frequency Identification， RFID）技术通过无线射频方式进行目标识别和数据交换。其定位设备的体积比较小，便于携带，但是传播距离有限，不适用于大场所，且不具备通信功能，不适合大面积推广使用。

1.3  超寬带技术

超宽带（Ultra-WideBand，UWB）技术主要利用TOA/TDOA/AOA等方法进行定位，具有抗干扰性能力强、传输速率高、发射功率低、定位精度高等特点，但是其信号传输受到距离的影响，高频信号强度衰减很快，所以通信距离较短，并且设备的安装、维护费用较高，大范围使用成本较高。

1.4  Zigbee技术

Zigbee是一种应用于短距离和低速率下的无线通信技术。其定位原理是设置一定数量的节点，通过节点之间的传输实现定位，具有低功耗、成本低、时延短、安全可靠的特点，但由于需要使用Zigbee基站模块和Zigbee定位模块，所以研发周期较长，需要安装额外的模块，无法进行大范围的推广。

1.5  Wi-Fi定位技术

Wi-Fi定位主要有TOA/TDOA/AOA方法和基于RSSI的定位方法，与其他定位方法相比，Wi-Fi定位具有稳定性强、不需要额外安装设备、成本较低等优点，但是Wi-Fi容易受到遮挡物的影响而产生多径效应，影响最终的定位精度。各定位技术的参数如表1所示[1-2]。

2  民用领域应用现状

相较于室外定位技术，室内定位技术的起步较晚，但室内定位技术拥有广阔的前景，目前发展十分迅速，已应用于部分场所，提供智能室内人员定位服务。

2.1  智慧医院应用现状

目前医院区域存在场景面积大、科室分散等问题，会导致就诊者迷路，从而增加门诊区域的人员拥挤程度，加大医院管理困难。针对上述问题，部分医院已推出了“智慧地图”等功能[3]，通过iBeacon或Wi-Fi等手段对人员进行定位，从而在App上显示相关路线，引导患者就医，降低患者迷路的概率，提高了医院的就诊效率。

2.2  智慧超市应用现状

商场等场所日常人流量较大，不便于商家的管理。对此，部分商家采用Wi-Fi等室内定位技术对人流量进行统计，确保区域内的人员总数在可承载范围内，避免人员拥堵造成安全问题。此外，商家通过在商品货架上添加RFID射频标签等方式确定对各类商品进行定位，通过线上App等智能软件等进行推送，方便用户确定所需物品的位置，有利于避免因过长时间逗留而导致的人员拥堵。

2.3  智慧物流仓库应用现状

目前某些大型快递企业的物流仓库已经实现了自动化，利用机器人进行分拣、运输等工作。部分学者将RFID技术应用于物流仓储中心的货物位置追踪[4]，还有将RFID技术与红外线检测方案结合，应用于运输设备的位置信息获取工作中，弥补了单一定位技术定位误差较大的缺点，取得了不错的效果[5]。依靠室内定位技术，传统的快递行业实现了智能化发展，提高了行业工作效率。

3  消防领域应用研究

除了上述领域外，室内定位技术在矿井、中小学校、体育馆等场所也进行了应用，为人们提供较为精确的人员定位服务，为管理层高效可靠的管理提供数据支持，应用范围不断扩大，而室内人员定位技术对消防应急救援等也可以提供巨大帮助。

3.1  遇险消防员救援的应用分析

火灾现场充满了不确定性，由于火场燃烧面积大、火灾荷载高，容易出爆炸、轰燃等不可控事故，严重危及消防人员的安全。近年来，时常出现消防人员在灭火救援过程中伤亡的消息，2020年4月22日，上海金山区胜瑞电子科技公司发生火灾，造成6名员工死亡，2名消防员牺牲;2021年12月31日，大连新长兴市场地下二层发生严重火灾，造成8人死亡，1名消防员不幸牺牲。我国消防救援活动中出现消防员伤亡原因主要有：救援环境复杂、消防装备不科学、消防员救援经验不足、缺乏应有的安全防护意识等[6]。当消防员在火场中遇到危险时，仅凭现场指挥人员利用通信等方式无法第一时间确定位置并给予救援，此时便可利用室内定位技术对遇险消防人员进行定位并进行准确救援。基于这一研究方向，目前已研发出针对消防人员的定位设备，如基于惯性导航技术的消防人员引导系统[7]、Zigbee定位技术[8]和装有GPS定位设备的消防救援靴[9]等保障设备，图1为一种室内人员定位设备与系统示意图。这些设备可以帮助现场指挥人员了解消防员位置，及时做出战术调整或救援，减少消防员的伤亡[10]。03B48D5C-9543-43F3-92C4-751F32EE000E

3.2  火灾人员疏散的应用分析

随着我国经济社会的发展，歌舞娱乐等公共复杂建筑逐渐增多，公共娱乐场所火灾起数也大幅增加，饭店、商场、电影院等公共场所容易发生群死群伤的重大火灾，例如震惊全国的河南洛阳东都商厦“12·25”特大火灾事故，造成309人死亡。商场火灾存在温度上升快、烟雾影响大、蔓延迅速等特点，并且商场内部结构复杂，所以人员疏散困难[11]，而传统的疏散指示手段尚无法根据起火位置重新规划疏散方向和路径。此时便可利用室内人员定位技术进行智能疏散。

相较于室内定位技术在消防员救援领域的应用场景，人员疏散领域针对的是普通群众，统一配备定位模块的实施难度较大，因此应选用无需额外定位模块的室内定位技术进行应用，如Wi-Fi定位技术可利用大众手中的智能手机实现人员的定位;除此之外，还应确保定位的精度能满足疏散的需求，如TOA技术对时间精确度要求极为严格，必须保证接收器和定位设备具有超高精度的时钟同步，因此设备成本较高，应用推广较为困难;最后针对公共场景，应用的室内定位技术对人员的干扰应较小，且成本较低，布设较为简便。室内人员定位技术一旦应用于公共区域，便可为人流量管控、火灾人员定位以及疏散引导等提供重要帮助。

3.3  火灾被困人员救援的应用分析

相较于工厂、仓库等大型仓储类建筑，商场等公共娱乐建筑的形式更加多样，内部空间更加复杂，并且具有人员密集、人流量大的特点，一旦发生火灾，人员无法及时疏散，会导致一部分人员被困在着火建筑内部，此时复杂的建筑结构会使被困人员的定位变得困难，加大了消防员的救援难度，贻误救援时机，造成室内人员或消防员伤亡。室内定位技术在被困人员定位方面也能发挥巨大作用。利用Zigbee、蓝牙、Wi-Fi等定位技术可以确定室内被困人员的具体位置或大体房间，使消防救援人员可以第一时间进行营救，如图2所示，相比于现在广泛采用的逐层、逐房间、地毯式搜救，利用室内人员定位技术的搜救模式所需时间更短、搜救效率更高，并且无需被困人员进行呼救操作，保存被困人员体力，也有助于发现昏迷被困人员，极大程度把握黄金救援时间，有助于减小被困人员的伤亡。

4  建议与展望

本文从遇险消防员救援、人员疏散、被困人员救援共3个典型方面对室内人员定位技术在消防工作实际中的应用加以研究，希望能够为室内人员定位技术的发展和在消防领域的应用提供一些可借鉴的思路，在可见的未来，其应用前景必将更加广阔。为使室内定位技术更好应用于消防领域，基于室内定位技术的发展现状，下面从四个方面对室内人员定位技术在消防领域的应用加以展望、建议。

4.1  健全室内人员定位技术的应用管理体制

应急管理部消防救援局应在消防装备发展总体规划中加入室内人员定位系统建设的有关内容，制定室内人员定位技术消防发展规范，包括行业标准和配套措施，建立健全研发、列装、应用、管理、创新等多方面工作机制。做好顶层设计，重点考虑室内人员定位技术的设备研发和应用安装等环节，建议出台相关应用规划，对室内人员定位技术的应用与安装标准进行统一划定。

4.2  建立消防领域室内人员定位设备的生产使用标准

由于火灾现场具有高温、有毒烟气浓度大、能见度低等特点，普通设备在火场中容易受到损坏而无法进行工作，将室内人员定位设备应用于消防领域应充分考虑火灾的破坏性，消防设备生产企业应出台相关设备标准，要通过不断地测试论证，保障设备参数达标，优中选优，明确室内人员定位设备的制造要求、配备品牌和型号的范围，如采用耐火外壳与结构，保证设备能够一定程度上耐受火焰的灼烧，保持结构完整;开发火灾场景匹配算法，较好应对烟气对定位效果的干扰;采用消防应急电源等供电方式。通过对室内人员定位设备的选材制造等环节严格把关，保证其在火场中持续正常工作，满足实战的需求。

4.3  加强定位系统操作人才培养

目前我国消防队员对特勤装备的掌握程度较低[12]，相关院校及消防队等应加强专业人员培养，构建“全方位人才”体系。在配备有室内人员定位设备的商场等场所的消防控制室等重要位置应有掌握定位技术操作技能的相关人员值守，可以对异常情况进行处理分析，一旦发生火灾等安全事故可以利用系统进行安全疏散、危险人员识别等操作，掌握火灾发展情况与人员被困信息，及时与消防救援人员进行交流沟通，为灭火救援决策的制定提供数据帮助。根据相关技术的技术原理等，出台《火灾室内人员定位系统操作规范》，通过与设备生产厂商会商研讨、共同保障，实现相互交流与学习。

4.4  构建室内人员定位系统区域联网机制

各省、市的应急管理部消防救援局可以对本区域内配备室内人员定位系统的火灾重点防护单位进行系统联网，将各单位的定位数据汇集至指挥中心，在接收到单位报警信号后可以第一时间调取相关单位的人员定位数据，了解人员疏散情况，确认是否存在被困人员，及时制定灭火、救援策略。

5  结语

本文对目前室内定位技术的发展现状进行了阐述，可以看出室内定位技术的定位精度能满足消防等领域的需求，在消防领域具有广阔的应用空间，但由于目前缺乏统一的技术标准与规范以及人们对信息安全性的担忧，使室内定位技术的推广普及较为困难。未来应加强信息安全研究以及火灾等恶劣环境的适用性研究工作，使室内定位技术更快应用于消防领域，减少火灾的人员伤亡与损失，同时为公共安全的应急智能决策提供数据帮助。

参考文献：

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