面向火災(zāi)救援的室內(nèi)定位與逃生路徑規(guī)劃系統(tǒng)分析

銀航

摘 要：火災(zāi)會給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來極大的威脅，我國每年都會因?yàn)榛馂?zāi)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，為了能夠減輕火災(zāi)帶來的危害，必須加強(qiáng)消防救援工作的效率，同時(shí)防止火災(zāi)事故的發(fā)生。我國擁有者數(shù)量眾多、個人素質(zhì)出眾的消防員，能夠在火災(zāi)發(fā)生后第一時(shí)間趕赴事故現(xiàn)場，并且及時(shí)的挽救被困人群，降低火災(zāi)事故帶來的損失。消防員在火災(zāi)過程中的逆行是他們的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)，正是這份擔(dān)當(dāng)讓無數(shù)年輕的生命停留在了最美好的青春之際?；馂?zāi)救援固然重要，而在火災(zāi)現(xiàn)場保證這些為了人民的生命財(cái)產(chǎn)安全而不顧個人安危的消防指戰(zhàn)員的生命同樣重要。本文針對火災(zāi)救援過程中存在的室內(nèi)定位困難，消防救援人員面臨的危險(xiǎn)性大的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制訂了用于火災(zāi)室內(nèi)定位與逃生路徑規(guī)劃的系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)救援;消防員;室內(nèi)定位;逃生規(guī)劃

分類號：TP212.91

引言：隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，城市建設(shè)速度也在不斷加快，鱗次櫛比的高樓大廈成為現(xiàn)代化城市的重要標(biāo)志。但是，在發(fā)展過程中面臨的威脅也越來越大，而城市建筑最大的威脅便是火災(zāi)。眾所周知，高層建筑的火災(zāi)救援較為困難，一方面，樓層越高、救援越不方便，而建筑中的居民疏散工作也異常困難;另一方面，在建筑物內(nèi)的火災(zāi)往往會造成大量的濃煙，導(dǎo)致室內(nèi)定位困難，同時(shí)對于火勢發(fā)展?fàn)顩r的不確定性，會給逃生路徑規(guī)劃帶來諸多困難。這不僅僅是對于普通的人群來說，即使對于訓(xùn)練有素的消防救援人員而言也是一個巨大的難題。因此，在這種情況之下，保障群眾和消防員的安全將會面臨巨大的困難。尤其是對于消防員來說，為了保護(hù)群眾，他們往往會選擇最后撤離，這給后續(xù)的工作帶來了更大的阻礙。要想保證在一線奮戰(zhàn)的消防員的生命安全，必須利用現(xiàn)代科技，制定合理的室內(nèi)定位和逃生路徑規(guī)劃方案。

一、火災(zāi)室內(nèi)定位系統(tǒng)的分析

消防員在進(jìn)行室內(nèi)救火工作的過程中，會面臨瞬息萬變的情況，有些可能會出現(xiàn)坍塌，而有些可能會存在較為濃烈的煙霧。此時(shí)，現(xiàn)場狀況較為混亂，彼此之間難以實(shí)現(xiàn)有效的救援幫助，因此，要想確保消防員的安全，讓消防員能夠在救援工作中順利的撤離，就要做好彼此之間的定位工作。

當(dāng)今社會，定位大多數(shù)通過運(yùn)營商基站定位、GPS系統(tǒng)定位或北斗定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，但是在進(jìn)行室內(nèi)火災(zāi)事故處置過程中，由于建筑物的遮擋以及室內(nèi)位置的狹窄，通過這些方法實(shí)現(xiàn)定位顯然難度很大且誤差很大。因此，就需要利用其他設(shè)備進(jìn)行室內(nèi)定位，以確保消防員之間的位置關(guān)系。在參與救援的過程中，消防員身上會攜帶發(fā)射WiFi或者藍(lán)牙的信號的設(shè)備，這些設(shè)備的信號會隨著距離的增加而逐漸減弱。每個WiFi信號的發(fā)射點(diǎn)便是消防員所在的位置，設(shè)該位置為AP，不同的信號發(fā)射點(diǎn)之間也會產(chǎn)生一定的干擾作用，產(chǎn)生多徑效應(yīng)，使得空間任意一個位置的信號強(qiáng)度（RSSI）具備唯一性。而不同信號發(fā)射點(diǎn)的信號強(qiáng)度大小所組成的集合便能夠標(biāo)定消防員所在的位置。

在進(jìn)行定位應(yīng)用之前，應(yīng)該建立信號強(qiáng)度與位置距離之間的關(guān)系。將空間中的信號強(qiáng)度作為一個集合Ii=（rssi1，rssi2，...，rssin），其中rssii為其中一個AP的信號強(qiáng)度值，記錄集合為set=（I1，I2，...，Im），并對應(yīng)真實(shí)的位置向量L（x，y）。在實(shí)際的救援現(xiàn)場，通過建立好的模型與實(shí)際的信號強(qiáng)度值進(jìn)行對比，能夠得到每個消防員之間的相對位置，通過這種相對位置變化實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)的定位。

二、火災(zāi)逃生路徑規(guī)劃系統(tǒng)的分析

消防員單兵定位系統(tǒng)除了能夠?qū)崿F(xiàn)對人員位置的確定之外，還應(yīng)該能夠通過現(xiàn)場對火災(zāi)狀況的判斷，及時(shí)的做好撤離路徑規(guī)劃，以便消防員能夠在火災(zāi)較輕的地方以最短的時(shí)間撤離出危險(xiǎn)場所。

1.基于WSN網(wǎng)絡(luò)的火勢探測

（1）分布在樓宇內(nèi)的telosb節(jié)點(diǎn)不斷地采集溫度、濕度、光照強(qiáng)度信息，節(jié)點(diǎn)之間通過標(biāo)準(zhǔn)的zigbee協(xié)議通信，所有節(jié)點(diǎn)采集到的信息最終發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn);

（2）匯聚節(jié)點(diǎn)連接中央服務(wù)器，轉(zhuǎn)發(fā)采集到的節(jié)點(diǎn)信息，交付給中央服務(wù)器進(jìn)行處理;

（3）中央服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)匹配的工作。首先獲取串口緩沖中的數(shù)據(jù)，依據(jù)協(xié)議字段對數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，根據(jù)設(shè)置的溫度、濕度、光照等閾值綜合判斷此節(jié)點(diǎn)是否為火源點(diǎn)，將此信息結(jié)合節(jié)點(diǎn)號存入MySQL數(shù)據(jù)庫;

（4）數(shù)據(jù)庫中預(yù)先存儲節(jié)點(diǎn)位置信息，按照此前的判斷將相應(yīng)節(jié)點(diǎn)號的火情標(biāo)識符flag置位，為后續(xù)路徑選擇提供依據(jù)。

2.最短路徑規(guī)劃

建筑物內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑物火勢的探測狀況，消防員能夠通過自身攜帶的設(shè)備接收這些信息，可以為消防員的任務(wù)執(zhí)行提供依據(jù)。同時(shí)當(dāng)火勢發(fā)展到一定狀態(tài)之后，為了保證消防員的安全，必須撤離出建筑物內(nèi)。在這個過程中，網(wǎng)絡(luò)信號所提供的火勢信息能夠?yàn)槁窂揭?guī)劃提供一定的參考。規(guī)劃路徑過程中，除了要選擇最短撤離路線之外，還應(yīng)該避免較大的火勢，此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕饎菪畔⒛軌蛱峁椭Ｔ谶M(jìn)行路徑選擇的過程中，將消防員所在建筑物內(nèi)的位置作為一個參考點(diǎn)，其中的可以使用路徑作為一個可選集合，通過計(jì)算參考點(diǎn)與可選集合之間的距離能夠選擇出最近的路徑，結(jié)合火勢信息最終規(guī)劃處最優(yōu)路徑。

三、結(jié)束語

火災(zāi)建筑物內(nèi)往往會充滿濃煙，給室內(nèi)的定位和人員的逃生工作帶來巨大的困難。這也是我國每年會有消防員在救援現(xiàn)場犧牲的原因之一。針對火災(zāi)過程中室內(nèi)定位困難的特點(diǎn)，本文提出了基于節(jié)點(diǎn)安全的路徑規(guī)劃方案，通過這種方式能夠幫助消防救援人員從火災(zāi)現(xiàn)場中快速撤離，避免出現(xiàn)人員傷亡，提高火災(zāi)現(xiàn)場救援的效率。

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（新疆巴州消防救援支隊(duì) 新疆庫爾勒 841000）