全任务场景消防员精确定位方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种全任务场景消防员精确定位方法及系统，包括：智能消防栓系统模块：参考定位信标，监测健康状态，探测火情和预测态势，警报和任务指引；可移动式智能参考定位系统模块：参考定位信标，自主定位获取信息，通过IMU单元自主定位获取信息，解算参考定位；可穿戴式单兵定位系统系统：参考定位标签，接收信号解算出精确位置，自主定位获取信息，任务指引，监控生理信息；消防任务监控指挥终端系统模块：监控人员定位，监控和预测火情态势，任务优化和指挥，监控设备状态，显示与控制；中央处理服务器模块：监控信息，优化任务和指引，解算定位，数据库管理。本发明专利技术提供了一种对消防人员全任务阶段进行精确定位和任务指引的方法。员全任务阶段进行精确定位和任务指引的方法。员全任务阶段进行精确定位和任务指引的方法。

【技术实现步骤摘要】
全任务场景消防员精确定位方法及系统


[0001]本专利技术涉及消防器材
，具体地，涉及一种全任务场景消防员精确定位方法及系统。

技术介绍

[0002]目前对于消防作业人员定位的方法多种多样，常用的定位方法包括惯性测量单元（IMU）、全球卫星导航系统（GNSS），以及各种室内定位技术。惯性测量单元（IMU）是一种不依赖外部信息，基于自身的加速度、角速度等传感器进行计算，从而确定运动速度、方向和位置等信息，人员室内定位基本都是以IMU为基础，但是其缺点是：误差会随着时间积累，经过长时间后最终误差会变的很大，所以需要外部其他导航源对其修正。全球卫星导航系统（GNSS）通过获取卫星信号，实时解算位置信息，定位数据不会随着时间积累，但是其缺点是：在室内和高楼密集区域信号被遮挡，城市环境还会有多径现象，这些都影响卫星导航系统定位精度和可用性，如果用有误差的卫星导航系统数据去跟微惯导系统融合从而修正微惯导输出，会导致微惯导积分开始的位置就是错误的。RTK (Real Time Kinematic), 即载波相位差分技术，作为对GNSS的补充，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基站采集卫星数据，并通过数据链将其观测值和站点坐标信息一起传送给移动站，而移动站通过对所采集到的卫星数据和接收到的数据链进行实时载波相位差分处理（历时不足一秒），得出厘米级的定位结果。但RTK和GNSS一样，依旧受卫星状况、电离层、数据链传输和对空通视环境的影响。用室内定位的方法，需要预先布置大量的定位信标，增加了成本，同时火灾时这些信标极有可能被烧毁，最终导致无法使用。而消防任务环境复杂多变，因此，很难通过一种或多种定位技术的结合来满足消防作业人员全任务场景的精确定位。
[0003]为了解决以上问题，本专利技术提出了一种针对消防作业全任务场景下对消防作业人员进行精确定位的系统和方法，基于设计的智能消防栓及其他固定或移动定位信标，结合IMU、GNSS、RTK和室内定位技术，实现在各个任务场景下精确定位的无缝连接。
[0004]专利文献CN104305984B（申请号：CN201410533425.9）提供消防员生命监测传输系统，解决现有消防器材监测精度低、传输效果不理想，设备繁琐、使用困难，效率较低、消防员无法及时报警和后方指挥人员不能对其进行快速定位而错过救护的最佳时机问题；其方案是，包括心率手环、呼救器和后台接收装置，心率手环佩戴在消防员手腕上，进行实时监测消防员的心率，心率手环监测的数据通过蓝牙无线传输至无线语音呼救器，无线语音呼救器接收的数据再经无线传输至后台接收装置，后台接收装置处理和分析接收到的信号，获悉消防员生命体征参数，后台接收装置经无线信号触发无线语音呼救器报警。但该专利技术不能针对消防作业全任务场景下对消防作业人员进行精确定位。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种全任务场景消防员精确定位方
法及系统。
[0006]根据本专利技术提供的一种全任务场景消防员精确定位系统，包括：智能消防栓系统模块：参考定位信标，监测健康状态信息，探测火情和预测态势，警报和任务指引，电源管理；可移动式智能参考定位系统模块：参考定位信标，通过GNSS和RTK技术自主定位获取信息，通过IMU单元自主定位获取信息，解算参考定位，电源管理；可穿戴式单兵定位系统系统：参考定位标签，通过GNSS接收信号解算出精确位置，通过IMU单元自主定位获取信息，任务指引，电源管理，监控生理信息；消防任务监控指挥终端系统模块：监控人员定位，监控和预测火情态势，任务优化和指挥，监控设备状态，显示与控制；中央处理服务器模块：监控信息，优化任务，任务指引，解算单兵定位，设备管理，数据库管理。
[0007]优选地，在所述智能消防栓系统模块中：i)通信模块：负责通过自由式组网的方式建立和维持各个智能消防栓系统之间、以及智能消防栓系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；ii)参考定位信标模块：基于所载消防栓自身位置信息作为定位参考，通过相应的定位技术确定被定位者的相对位置，提供定位，在采用不同的定位技术下，参考定位信标模块将做相应技术的参考信标；iii)健康监测模块：将对装载有该智能消防栓系统的消防栓的健康状态信息进行采集和监控，并监测模块自身的状态信息，并将所有监控信息通过通信模块传送至中央处理服务器，以便于维护；iv)火情探测和态势预测模块：包含有对周围温度、湿度、烟雾浓度及流向、风向风速进行监控的传感器设备，通过监控的火情信息对态势加以分析预测，并将监控和预测信息通过通信模块传送至中央处理服务器；v)警报和任务指引模块：包含有警示设备，基于火情探测信息对周围人员通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式进行警报，并通过与中央处理器的通信，通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式为作业人员提供相应的搜救和撤离指引；vi)电源管理模块：为智能消防栓系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对太阳能、建筑电源和工作电池的充电和供电状态进行管理；该智能消防栓系统通过相应地设计，通过包括粘贴、镶嵌、支架、挂载的多种方式安装于现有的消防栓上，并对消防栓的状态信息进行监控；装载该智能消防栓系统的消防栓需基于定位、测绘、建筑物信息和地理信息手段确定位置信息，信息将被记录于智能消防栓系统数据库，并驻留于中央处理器和其他系统中；该系统也能够装载于其他类似于消防栓，具备长期固定、数量适合的其他装置上，包括消防水龙头、安全出口标识、建筑物特征位置。
[0008]优选地，在所述可移动式智能参考定位系统模块中：可移动式智能参考定位系统包含有如下模块：
i)通信模块：通过自由式组网的方式建立和维持各个可移动式智能参考定位系统之间、以及可移动式智能参考定位系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；ii)参考定位信标模块：基于自身位置信息，作为定位参考，通过相应的定位技术确定被定位者的相对位置，为定位提供位置、速度和方向信息；在采用不同的定位技术下，参考定位信标模块将做相应技术的参考信标；iii)GNSS与RTK模块：通过GNSS和RTK技术自主定位获取自身位置、速度和方向信息，并于自身的IMU模块融合，为作业人员定位提供位置参考；iv)IMU模块：通过一个或多个IMU单元自主定位，获取自身位置、速度和方向信息，并于自身的GNSS与IMU模块融合，为作业人员定位提供位置参考；v)参考定位解算模块：基于装载有该可移动式智能参考定位系统的载体的几何特征和装载位置以及作业人员与该可移动式智能参考定位系统的相对位置，解算出消防作业人员的具体位置、移动速度和方向；vi)电源管理模块：为可移动式智能参考定位系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对系统和电池的充电和供电状态进行管理；可移动式智能参考定位系统装载于包括目标物的特征位置，并通过自身的定位模块获取目标物的位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全任务场景消防员精确定位系统，其特征在于，包括：智能消防栓系统模块：参考定位信标，监测健康状态信息，探测火情和预测态势，警报和任务指引，电源管理；可移动式智能参考定位系统模块：参考定位信标，通过GNSS和RTK技术自主定位获取信息，通过IMU单元自主定位获取信息，解算参考定位，电源管理；可穿戴式单兵定位系统系统：参考定位标签，通过GNSS接收信号解算出精确位置，通过IMU单元自主定位获取信息，任务指引，电源管理，监控生理信息；消防任务监控指挥终端系统模块：监控人员定位，监控和预测火情态势，任务优化和指挥，监控设备状态，显示与控制；中央处理服务器模块：监控信息，优化任务，任务指引，解算单兵定位，设备管理，数据库管理。2.根据权利要求1所述的全任务场景消防员精确定位系统，其特征在于，在所述智能消防栓系统模块中：i)通信模块：负责通过自由式组网的方式建立和维持各个智能消防栓系统之间、以及智能消防栓系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；ii)参考定位信标模块：基于所载消防栓自身位置信息作为定位参考，通过相应的定位技术确定被定位者的相对位置，提供定位，在采用不同的定位技术下，参考定位信标模块将做相应技术的参考信标；iii)健康监测模块：将对装载有该智能消防栓系统的消防栓的健康状态信息进行采集和监控，并监测模块自身的状态信息，并将所有监控信息通过通信模块传送至中央处理服务器，以便于维护；iv)火情探测和态势预测模块：包含有对周围温度、湿度、烟雾浓度及流向、风向风速进行监控的传感器设备，通过监控的火情信息对态势加以分析预测，并将监控和预测信息通过通信模块传送至中央处理服务器；v)警报和任务指引模块：包含有警示设备，基于火情探测信息对周围人员通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式进行警报，并通过与中央处理器的通信，通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式为作业人员提供相应的搜救和撤离指引；vi)电源管理模块：为智能消防栓系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对太阳能、建筑电源和工作电池的充电和供电状态进行管理；该智能消防栓系统通过相应地设计，通过包括粘贴、镶嵌、支架、挂载的多种方式安装于现有的消防栓上，并对消防栓的状态信息进行监控；装载该智能消防栓系统的消防栓需基于定位、测绘、建筑物信息和地理信息手段确定位置信息，信息将被记录于智能消防栓系统数据库，并驻留于中央处理器和其他系统中；该系统也能够装载于其他类似于消防栓，具备长期固定、数量适合的其他装置上，包括消防水龙头、安全出口标识、建筑物特征位置。3.根据权利要求1所述的全任务场景消防员精确定位系统，其特征在于，在所述可移动式智能参考定位系统模块中：可移动式智能参考定位系统包含有如下模块：
i)通信模块：通过自由式组网的方式建立和维持各个可移动式智能参考定位系统之间、以及可移动式智能参考定位系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；ii)参考定位信标模块：基于自身位置信息，作为定位参考，通过相应的定位技术确定被定位者的相对位置，为定位提供位置、速度和方向信息；在采用不同的定位技术下，参考定位信标模块将做相应技术的参考信标；iii)GNSS与RTK模块：通过GNSS和RTK技术自主定位获取自身位置、速度和方向信息，并于自身的IMU模块融合，为作业人员定位提供位置参考；iv)IMU模块：通过一个或多个IMU单元自主定位，获取自身位置、速度和方向信息，并于自身的GNSS与IMU模块融合，为作业人员定位提供位置参考；v)参考定位解算模块：基于装载有该可移动式智能参考定位系统的载体的几何特征和装载位置以及作业人员与该可移动式智能参考定位系统的相对位置，解算出消防作业人员的具体位置、移动速度和方向；vi)电源管理模块：为可移动式智能参考定位系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对系统和电池的充电和供电状态进行管理；可移动式智能参考定位系统装载于包括目标物的特征位置，并通过自身的定位模块获取目标物的位置信息；装载有可移动式智能参考定位系统的包括车辆、建筑物和道路设施的装载平台的几何信息及其已知或可解算的精确位置信息、装载点在该装载平台上的相对几何关系这些信息将被记录于智能参考定位系统数据库，并驻留于中央处理器及相关系统。4.根据权利要求1所述的全任务场景消防员精确定位系统，其特征在于：在所述可穿戴式单兵定位系统模块中：可穿戴式单兵定位系统包含有如下模块：i)通信模块：通过自由式组网的方式建立和维持各个可穿戴式单兵定位系统之间、以及可穿戴式单兵定位系统与各个智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；ii)参考定位标签模块：根据智能消防栓系统或可移动式智能参考定位系统中的参考定位信标模块所采用的定位技术，被定位者参考定位标签模块配备相对应的标签或节点，相对应地通过发射或接收相应技术的信号，与智能消防栓系统或可移动式智能参考定位系统中的参考定位信标模块和解算模块共同确定被定位者相对于消防栓或可移动智能参考定位系统的装载平台的实时位置和运动状态，确定被定位者在惯性系下的实时绝对位置和运动状态；iii)GNSS模块：通过GNSS天线接收导航卫星的信号解算出被定位者的精确位置，并于其他单兵定位系统的定位模块融合，提供定位精度；iv)IMU模块：通过一个或多个IMU单元自主定位，获取自身位置、速度和方向信息，并通过其他单兵定位系统的定位模块融合，对IMU进行融合和校准；v)任务指引模块：通过与中央处理器的通信，通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式为作业人员提供相应的指引；
vi)电源管理模块：为可穿戴式单兵定位系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息和作业者的穿戴情况，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对系统和电池的充电和供电状态进行管理；vii)生理信息监控模块：对作业人员的生理状态包括血压、心率、呼吸进行监测和记录；实施任务的被定位者配备有可穿戴式单兵定位系统，该可穿戴式系统及设备挂载于或内置于被定位者的头盔、衣服和靴子，或者戴在被定位者的四肢和躯干部位；在所述消防任务监控指挥终端系统模块中：消防任务监控指挥终端系统包含如下模块：i)通信模块：通过自由式组网的方式建立和维持各个消防任务监控指挥终端系统之间、以及消防任务监控指挥终端系统与各个智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、可穿戴式单兵定位系统、中央处理服务器之间的通信；ii)人员定位监控模块：对作业人员的位置、移动速度和生理状况信息进行持续的跟踪和监控，并对紧急情况发出警告；iii)火情态势监控和预测模块：基于智能消防栓系统探测和监控的火情相关信息，包括周围温度、湿度、烟雾浓度及流向、风向风速，对火情态势加以预判，用以支持任务的优化和指挥；iv)任务优化和指挥模块：基于火情态势的监控和预测，结合被定位者的位置和状态，优化搜救、灭火和撤离任务，并将指令传达至作业人员；v)设备状态监控模块：集中搜集由智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、可穿戴式单兵定位系统、以及中央处理器是各个模块和设备的状态信息，并加以监控，确保系统的有效运行；vi)显示与控制模块：集成监控信息，通过可视化的方式将信息呈现，并提供相应的控制功能；消防任务监控指挥终端系统驻留于不同的平台和操作系统上，包括服务器、PC机、掌上电子设备；消防任务监控指挥终端系统独立于中央处理服务器，或者集成于中央处理服务器。5.根据权利要求1所述的全任务场景消防员精确定位系统，其特征在于，在所述中央处理服务器模块中：i)通信模块：通过自由式组网的方式建立和维持中央处理服务器与各个消防任务监控指挥终端系统、智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、和可穿戴式单兵定位系统之间的通信；ii)信息监控模块：主要对各个系统周围环境、火情、态势信息进行监控，并协助各个电源管理模块管理系统工作状态；iii)任务优化模块：为消防任务监控指挥终端系统的任务优化和指挥模块提供解算支持；iv)任务指引模块：为消防任务监控指挥终端系统的任务优化和指挥模块提供解算支持，并将指引信号传输至智能消防栓系统和可穿戴式单兵定位系统；v)单兵定位解算模块：集中单兵定位系统中各个定位导航源的相关数据，支持单兵定
位系统解算出位置和运动信息；vi)设备管理模块：监控其他系统和设备的运行状态和配置信息；vi...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹熠峰，杨勇，严磊，
申请(专利权)人：江苏德一佳安防科技有限公司，
类型：发明
国别省市：