基于物联网定位的消防救援系统设计与实现.doc

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1、基于物联网定位的消防救援系统设计与实现　　摘要：随着我国城市化与市场经济建设的快速发展，人们逐渐认识到城市消防规划建设的必要性。为实现城市室内火灾精确预警，并在灭火抢险救援过程中对消防人员进行实时精确定位，建立一种基于WiFi和ZigBee联合定位的物联网灭火救援系统，该系统集消防预警、火灾现场模拟、实时定位追踪和智能调度为一体，为物联网技术在消防救援领域的具体推广与实施提供借鉴，从而获得高效率、低成本的解决方案。　　关键词：WiFi；ZigBee；实时定位；智能调度；物联网；火灾预警　　中图分类号：TP391.4文献标识码：A文章编号：209

2、5-1302（2015）04-00-03　　0引言　　近几年来，我国火灾现象日益严峻。特别是城市大型楼宇内部，室内消防由于人员密度大、空间封闭性高、诱因复杂等特点造成灾害损失大、伤亡人数高、救援难度大等问题，灭火救援形势因此变得更加严峻。物联网技术目前已经成为了国内外的研究热点，将物联网技术应用于室内消防灭火领域的研究也日益增多。　　目前，国内外关于消防灭火救援现场指挥地研究，主要集中在引进最新消防理论与技术，实现对现有灭火救援体系、装备的技术革新。一种新兴的方式是采用基于ZigBee的无线传感网络技术，将路由节点安放在建筑物内关键节点处。救援

3、人员和设备均佩戴或安装ZigBee模块，通过ZigBee协议自组织成无线网络，系统通过采集到的信号强度进行定位[1-4]。此外，也有研究[5-6]将GPRS、RFID等无线通信技术引入到消防栓的管理和安检领域。　　1系统概述　　从上述分析可以看出，目前消防灭火现场救援系统的研究，多集中在使用某一两个技术解决单一问题。针对消防复杂环境下的室内定位，单一技术不仅缺乏系统的、相互支持的体系研究，也缺少将多种技术融为一体的平台式研究。基于此，在前期研究的物联网相关技术[7]及现有消防灭火现场救援体系的基础上，引入多种物联网技术联合的救援系统。在救援人员

4、实时定位、救援现场信息实时反馈、救援路径智能调度三个方面展开设计与实现。根据传输信息类型的增多和无线通信需求的增大，以及WiFi无线网络的普及，同时也为了提出低成本、高效率的灭火现场救援解决方案，为实际消防应用提供参考，系统将采用WiFi作为三方面应用的基础技术，研究内容具体包括：　　（1）在救援过程中，确定消防人员的位置至关重要，针对灭火救援中实时数据采集困难与数据实时传送稳定性差的问题，采用基于WiFi与ZigBee的联合定位技术，以满足救援系统的高精度、高可靠性和低成本的要求。　　（2）对于火场环境的检测，采取节点配置传感器方式收集并发送

5、信息。　　（3）研究火灾现场救援的人员调度和智能路径规划算法，找到火灾救援及消防人员紧急逃生的最优方案。　　（4）传感器及定位信息通过无线网络汇总至服务器并在上位机处理，最终上传至指挥中心和消防人员手持端形成火场虚拟环境。　　2技术分析　　2.1WiFi和ZigBee联合定位技术　　WiFi技术的优势在于采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，易安装、所需基站少、系统总精度高；缺点在于稳定性差，能耗较高。ZigBee技术在小范围的室内定位技术中的优势是低功耗和低成本；劣势是网络拓展性不强，且由于ZigBee传输速度较低，因此只能在定位过程中传输

6、简单信息。因此，本系统定位模块采用WiFi和ZigBee联合定位。　　（1）WiFi网络作为语音通信、视频传输及人员定位的承载网络，承担主要的数据传输任务。救援现场的救火人员佩戴一个绑定身份信息的AP终端，终端不断扫描自身RSSI值，通过与已布设的WiFi路由器进行信息交互。接入WiFi网络的AP节点接收检测数据，AP节点将数据装入特定数据结构中，并通过无线网发送至消防监控中心服务器。数据传至上位机后与提前采集的数据比对，利用指纹定位算法，得出WiFi定位区域内部精确的地理位置信息。　　（2）下层的ZigBee网络利用自身成本低、能耗小的特点对

7、检测楼宇空间进行密集布网，为采集模拟量和精确的人员定位提供承载网络。网络中的ZigBee节点与多种采集环境参数的传感器相连，利用WiFi测定的位置信息和ZigBee静态节点的位置信息对消防人员进行定位，并通过无线网络完成消防人员和服务器之间位置信息的交互。　　2.2智能调度系统　　智能调度系统能为消防人员提供最优灭火救援和紧急撤离的智能路线，以保障人员安全。其次，在指挥中心的虚拟成像给指挥中心提供了可视化指挥，提高救援准确率。　　导航的第一步是要对消防员进行定位。通过服务器，上位机接收到由消防员随身携带的AP终端传来的信息，建立消防人员位置坐标

8、，对其进行定位。　　第二步是系统通过楼宇内部结构图，及传回的人员分布和定位数据，传感器数据传入指挥中心进行数据分析。由系统计算机计算出最优的救援路线。