一种建筑物内部火灾应急导航定位系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种建筑物内部火灾应急导航定位系统和方法，系统包括手持式定位装置、消防应急灯、第一UWB收发器和智能传感器，每个手持式定位装置具有UWB定位标签和第二UWB收发器；每个消防应急灯具有供电电源、显示屏和处理器，第一UWB收发器和智能传感器均安装在每个消防应急灯内且均连接处理器和供电电源，第一UWB收发器用于在接收到UWB定位标签的UWB信号时向处理器发送相应信号和自身的定位数据；处理器用于计算并发出手持式定位装置的定位数据和环境数据，判断通道的畅通情况并根据判断结果和环境数据控制显示屏指示逃生路线。本发明专利技术可为消防人员提供建筑物内部通道的畅通情况和被困人员分布情况，提高救灾效率。提高救灾效率。提高救灾效率。

【技术实现步骤摘要】
一种建筑物内部火灾应急导航定位系统和方法


[0001]本专利技术涉及消防和导航定位
，特别涉及一种建筑物内部火灾应急导航定位系统和方法。

技术介绍

[0002]在生活中，建筑物火灾事故时有发生，根据统计数据，2018年全国共接报火灾23.7万起，亡1407人，伤798人，已统计直接财产损失36.75亿元，其中突出的是，近八成死亡人集中于建筑物内部。火灾带来这么大的人员伤亡，一个重要的原因就是建筑物内部的被困人员和建筑外部的消防人员都不能准确此时了解建筑物内部可通行的通道，不能明确的判断出最安全、快捷的逃生线路和最佳营救路线。具体表现在：
[0003](1)被困人员在慌乱之中只能简单依据建筑物内墙上的“安全出口”指示牌逃生，但此时“安全出口”所指示的通道可能不是最安全、快捷的逃生线路，从而延长了内部人员被困火场的时间，降低了生还的可能性；更为危险的是安全出口及前往安全出口的通道可能已经被火灾所损毁、阻塞，“安全出口”所指示的通道可能直接造成被困人员死亡。(2)外部营救人员既无法准确掌握此时内部安全通道、普通通道的畅通情况，也很难准确掌握内部被困人员的分布情况，所以只能在火情得到有效控制的情况才能派人直接进入建筑物内部摸查，这种方法既给外部营救人员带来了巨大的人身安全风险，也容易错失最佳的营救时机、最佳的营救路线。
[0004]可见，如果能及时掌握火灾建筑物内部的通道情况、被困人员的分布情况和营救人员的位置，并引导他们从最安全、快捷的通道逃离火场，这对于降低火灾带来的经济损失、人员伤亡，提高救灾效率具有重大的意义。
[0005]目前，针对火场被困人员分布情况探测方法、对火灾建筑物内部通道畅通情况的探测方法和对营救人员定位方法的研究都较少，现有的主要有以下方法：
[0006](1)利用消防机器人探测建筑物内部通道。该方法是目前最成熟的方法，做法是通过遥控的方式操控消防机器人进入建筑物内部，通过其摄像头回传前方视频图像，后方操作人员根据图像分析判断通道损毁程度和火情，再做出救援决策。该方法优势明显，缺点也很显著：首先是摄像头容易受到烟雾的影响；其次是机器人必须是在火情得到有效控制的条件下才能使用，影响了救援的及时性。
[0007](2)基于惯性测量单元(Inertial measurement unit，IMU)的消防员室内定位。利用6轴或者9轴传感器测量消防员的姿态，并利用惯性导航的原理对消防员的行进路线进行跟踪，从而得到消防员的实时位置，并根据消防员的行进路线推测火灾建筑物内部通道的情况。这种方法仅直接实现了对消防员的定位，而且存在两大弊端：首先是需要消防员进入火灾建筑物内部，给消防员带来了巨大的生命危险；其次是惯性导航方法存在较大的误差，所得到消防员的位置、建筑物内部通道的情况并不十分准确。
[0008](3)基于WIFI的消防员室内定位。该方法是测量消防员接收到的多个WIFI接入点的信号强度(Received Signal Strength Indication，RSSI)，然后计算相互之间的距离，
最后选择一系列的坐标估算方法进行室内定位。这种方法也存在两个突出的弊端：首先是建筑物起火以后，大部分的WIFI接入点都会断电；其次该方面使用的RSSI测量方法是一种估算方法，对于室内小范围定位而言，其相对误差极大。
[0009]可见，现有方法都无法在建筑物火灾发生时实现可靠的室内导航定位，因此，有必要研究新的建筑物内部火灾应急导航定位技术。

技术实现思路

[0010]本专利技术的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种建筑物内部火灾应急导航定位系统，该系统可以通过对内部通道受损、受阻程度的评估，为被困人员指示安全、快捷的逃生通道，为消防人员提供建筑物内部通道的畅通情况和被困人员分布情况，提高救灾效率。
[0011]本专利技术的第二目的在于提供一种建筑物内部火灾应急导航定位方法。
[0012]本专利技术的第一目的通过下述技术方案实现：一种建筑物内部火灾应急导航定位系统，包括：被困人员和救援人员的手持式定位装置、分布在通道上的多个消防应急灯、多个第一UWB收发器和智能传感器，其中，
[0013]每个手持式定位装置具有用于发出UWB信号的UWB定位标签和第二UWB收发器；
[0014]每个消防应急灯具有显示屏、供电电源和处理器，供电电源和处理器位于消防应急灯内，显示屏显露在消防应急灯表面，显示屏和处理器分别连接供电电源，显示屏连接处理器；
[0015]智能传感器安装在每个消防应急灯内且连接处理器和供电电源，智能传感器用于采集环境数据，并将环境数据发送给处理器；
[0016]每个第一UWB收发器分别安装在对应的一个消防应急灯内，并且多个第一UWB收发器共同构成一个具有多个定位基站的建筑物内部导航系统，第一UWB收发器连接处理器和供电电源，用于在接收到UWB信号的情况下向处理器发送相应信号和自身的定位数据；
[0017]处理器用于根据每个第一UWB收发器的信号和定位数据得出手持式定位装置的定位数据，并通过第一UWB收发器向被困人员及救援人员手持式定位装置的第二UWB收发器发送被困人员的定位数据和环境数据，以及根据不同第一UWB收发器之间的RSSI的定性变化判断通道的畅通情况，并根据判断结果和环境数据控制显示屏指示逃生路线。
[0018]优选的，智能传感器包括但不限于温度传感器、湿度传感器和压力传感器。
[0019]优选的，处理器采用STM32F103芯片。
[0020]优选的，第一UWB收发器和第二UWB收发器均采用DWM1000模块。
[0021]优选的，显示屏采用LED点阵屏。
[0022]本专利技术的第二目的通过下述技术方案实现：一种建筑物内部火灾应急导航定位方法，所述方法基于本专利技术第一目的所述的建筑物内部火灾应急导航定位系统，包括如下步骤：
[0023]S1、建筑内部被困人员的手持式定位装置通过UWB定位标签发出UWB信号；
[0024]S2、位于建筑内部通道的每个消防应急灯，其内部的智能传感器采集通道的环境数据，并发送给处理器；第一UWB收发器实时检测UWB信号，并在接收到UWB信号的情况下向处理器发送相应信号和自身的定位数据；
[0025]S3、处理器根据多个第一UWB收发器的信号和定位数据得出手持式定位装置的定位数据，然后通过第一UWB收发器向被困人员及救援人员手持式定位装置的第二UWB收发器发送被困人员的定位数据和通道的环境数据，以及根据不同第一UWB收发器之间的RSSI的定性变化判断通道的畅通情况，最后根据判断结果和环境数据控制消防应急灯的显示屏指示逃生路线。
[0026]优选的，处理器采用TDOA方法得出手持式定位装置的定位数据：先计算出手持式定位装置的UWB信号到各个已知定位的第一UWB收发器的距离差，再通过TDOA方程和第一UWB收发器的定位数据，计算得到手持式定位装置的定位坐标。
[0027]优选的，处理器根据不同第一UWB收发器之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种建筑物内部火灾应急导航定位系统，其特征在于，包括：被困人员和救援人员的手持式定位装置、分布在通道上的多个消防应急灯、多个第一UWB收发器和智能传感器，其中，每个手持式定位装置具有用于发出UWB信号的UWB定位标签和第二UWB收发器；每个消防应急灯具有显示屏、供电电源和处理器，供电电源和处理器位于消防应急灯内，显示屏显露在消防应急灯表面，显示屏和处理器分别连接供电电源，显示屏连接处理器；智能传感器安装在每个消防应急灯内且连接处理器和供电电源，智能传感器用于采集环境数据，并将环境数据发送给处理器；每个第一UWB收发器分别安装在对应的一个消防应急灯内，并且多个第一UWB收发器共同构成一个具有多个定位基站的建筑物内部导航系统，第一UWB收发器连接处理器和供电电源，用于在接收到UWB信号的情况下向处理器发送相应信号和自身的定位数据；处理器用于根据每个第一UWB收发器的信号和定位数据得出手持式定位装置的定位数据，并通过第一UWB收发器向被困人员及救援人员手持式定位装置的第二UWB收发器发送被困人员的定位数据和环境数据，以及根据不同第一UWB收发器之间的RSSI的定性变化判断通道的畅通情况，并根据判断结果和环境数据控制显示屏指示逃生路线。2.根据权利要求1所述的建筑物内部火灾应急导航定位系统，其特征在于，智能传感器包括但不限于温度传感器、湿度传感器和压力传感器。3.根据权利要求1所述的建筑物内部火灾应急导航定位系统，其特征在于，处理器采用STM32F103芯片。4.根据权利要求1所述的建筑物内部火灾应急导航定位系统，其特征在于，第一UWB收发器和第二UWB收发器均采用DWM1000模块。5.根据权利要求1所述的建筑物内部火灾应急导航定位系统，其特征在于，显示屏采用LED点阵屏。6.一种建筑物内部火灾应急导航定位方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1～5中...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬志锋，齐攀，卓璧湖，
申请(专利权)人：广东交通职业技术学院，
类型：发明
国别省市：