室內(nèi)人員定位技術(shù)在消防領(lǐng)域中的應(yīng)用綜述

顏晗 劉洪永 范圍宇 王玉珊 宋霏

摘要：室外定位系統(tǒng)極大方便了人們的出行生活，近年來室內(nèi)定位技術(shù)也在不斷發(fā)展，成為時(shí)代科技熱門。本文首先列舉了幾類目前常見的室內(nèi)定位技術(shù)，并對(duì)其發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，然后針對(duì)消防救援過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)、問題，對(duì)現(xiàn)階段的消防人員定位設(shè)備進(jìn)行闡述，并對(duì)未來消防領(lǐng)域中室內(nèi)人員定位技術(shù)與設(shè)備的應(yīng)用前景進(jìn)行了研究討論并提出相應(yīng)意見。

關(guān)鍵詞：消防救援;室內(nèi)定位技術(shù);定位設(shè)備;人員安全

中圖分類號(hào)：TU998.1? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2096-1227（2022）04-0009-04

隨著科技的不斷發(fā)展，定位技術(shù)受到了人們的關(guān)注，出現(xiàn)了GPS（Global Positioning System）、北斗定位系統(tǒng)等室外定位系統(tǒng)，室外定位系統(tǒng)目前發(fā)展較為成熟，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍、民等領(lǐng)域，為人們提供精確的定位服務(wù)。但由于人們80%的時(shí)間在室內(nèi)活動(dòng)，衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過長距離傳播，加之樹木和建筑物的遮蔽，使其在室內(nèi)定位的精確度大大降低，而精確的室內(nèi)定位，可以在控制人員流量、引導(dǎo)人員疏散、確定人員行蹤等方面提供很大的幫助，室內(nèi)定位技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。

1? 室內(nèi)人員定位技術(shù)概述

1.1? 藍(lán)牙定位技術(shù)

藍(lán)牙是一種設(shè)備間的短距離無線通信技術(shù)，具有較低的功耗，不會(huì)像紅外線一樣受墻壁遮擋的影響，可以進(jìn)行非視距傳輸，但是易受其他噪聲的干擾造成精度下降，而且傳輸距離較短，一般為10m左右，因此在大型場(chǎng)所中進(jìn)行定位時(shí)，需要布設(shè)更多的接收器，使定位成本上漲。

1.2? 射頻識(shí)別技術(shù)

射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification， RFID）技術(shù)通過無線射頻方式進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換。其定位設(shè)備的體積比較小，便于攜帶，但是傳播距離有限，不適用于大場(chǎng)所，且不具備通信功能，不適合大面積推廣使用。

1.3? 超寬帶技術(shù)

超寬帶（Ultra-WideBand，UWB）技術(shù)主要利用TOA/TDOA/AOA等方法進(jìn)行定位，具有抗干擾性能力強(qiáng)、傳輸速率高、發(fā)射功率低、定位精度高等特點(diǎn)，但是其信號(hào)傳輸受到距離的影響，高頻信號(hào)強(qiáng)度衰減很快，所以通信距離較短，并且設(shè)備的安裝、維護(hù)費(fèi)用較高，大范圍使用成本較高。

1.4? Zigbee技術(shù)

Zigbee是一種應(yīng)用于短距離和低速率下的無線通信技術(shù)。其定位原理是設(shè)置一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，通過節(jié)點(diǎn)之間的傳輸實(shí)現(xiàn)定位，具有低功耗、成本低、時(shí)延短、安全可靠的特點(diǎn)，但由于需要使用Zigbee基站模塊和Zigbee定位模塊，所以研發(fā)周期較長，需要安裝額外的模塊，無法進(jìn)行大范圍的推廣。

1.5? Wi-Fi定位技術(shù)

Wi-Fi定位主要有TOA/TDOA/AOA方法和基于RSSI的定位方法，與其他定位方法相比，Wi-Fi定位具有穩(wěn)定性強(qiáng)、不需要額外安裝設(shè)備、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，但是Wi-Fi容易受到遮擋物的影響而產(chǎn)生多徑效應(yīng)，影響最終的定位精度。各定位技術(shù)的參數(shù)如表1所示[1-2]。

2? 民用領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀

相較于室外定位技術(shù)，室內(nèi)定位技術(shù)的起步較晚，但室內(nèi)定位技術(shù)擁有廣闊的前景，目前發(fā)展十分迅速，已應(yīng)用于部分場(chǎng)所，提供智能室內(nèi)人員定位服務(wù)。

2.1? 智慧醫(yī)院應(yīng)用現(xiàn)狀

目前醫(yī)院區(qū)域存在場(chǎng)景面積大、科室分散等問題，會(huì)導(dǎo)致就診者迷路，從而增加門診區(qū)域的人員擁擠程度，加大醫(yī)院管理困難。針對(duì)上述問題，部分醫(yī)院已推出了“智慧地圖”等功能[3]，通過iBeacon或Wi-Fi等手段對(duì)人員進(jìn)行定位，從而在App上顯示相關(guān)路線，引導(dǎo)患者就醫(yī)，降低患者迷路的概率，提高了醫(yī)院的就診效率。

2.2? 智慧超市應(yīng)用現(xiàn)狀

商場(chǎng)等場(chǎng)所日常人流量較大，不便于商家的管理。對(duì)此，部分商家采用Wi-Fi等室內(nèi)定位技術(shù)對(duì)人流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，確保區(qū)域內(nèi)的人員總數(shù)在可承載范圍內(nèi)，避免人員擁堵造成安全問題。此外，商家通過在商品貨架上添加RFID射頻標(biāo)簽等方式確定對(duì)各類商品進(jìn)行定位，通過線上App等智能軟件等進(jìn)行推送，方便用戶確定所需物品的位置，有利于避免因過長時(shí)間逗留而導(dǎo)致的人員擁堵。

2.3? 智慧物流倉庫應(yīng)用現(xiàn)狀

目前某些大型快遞企業(yè)的物流倉庫已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，利用機(jī)器人進(jìn)行分揀、運(yùn)輸?shù)裙ぷ?。部分學(xué)者將RFID技術(shù)應(yīng)用于物流倉儲(chǔ)中心的貨物位置追蹤[4]，還有將RFID技術(shù)與紅外線檢測(cè)方案結(jié)合，應(yīng)用于運(yùn)輸設(shè)備的位置信息獲取工作中，彌補(bǔ)了單一定位技術(shù)定位誤差較大的缺點(diǎn)，取得了不錯(cuò)的效果[5]。依靠室內(nèi)定位技術(shù)，傳統(tǒng)的快遞行業(yè)實(shí)現(xiàn)了智能化發(fā)展，提高了行業(yè)工作效率。

3? 消防領(lǐng)域應(yīng)用研究

除了上述領(lǐng)域外，室內(nèi)定位技術(shù)在礦井、中小學(xué)校、體育館等場(chǎng)所也進(jìn)行了應(yīng)用，為人們提供較為精確的人員定位服務(wù)，為管理層高效可靠的管理提供數(shù)據(jù)支持，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，而室內(nèi)人員定位技術(shù)對(duì)消防應(yīng)急救援等也可以提供巨大幫助。

3.1? 遇險(xiǎn)消防員救援的應(yīng)用分析

火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)充滿了不確定性，由于火場(chǎng)燃燒面積大、火災(zāi)荷載高，容易出爆炸、轟燃等不可控事故，嚴(yán)重危及消防人員的安全。近年來，時(shí)常出現(xiàn)消防人員在滅火救援過程中傷亡的消息，2020年4月22日，上海金山區(qū)勝瑞電子科技公司發(fā)生火災(zāi)，造成6名員工死亡，2名消防員犧牲;2021年12月31日，大連新長興市場(chǎng)地下二層發(fā)生嚴(yán)重火災(zāi)，造成8人死亡，1名消防員不幸犧牲。我國消防救援活動(dòng)中出現(xiàn)消防員傷亡原因主要有：救援環(huán)境復(fù)雜、消防裝備不科學(xué)、消防員救援經(jīng)驗(yàn)不足、缺乏應(yīng)有的安全防護(hù)意識(shí)等[6]。當(dāng)消防員在火場(chǎng)中遇到危險(xiǎn)時(shí)，僅憑現(xiàn)場(chǎng)指揮人員利用通信等方式無法第一時(shí)間確定位置并給予救援，此時(shí)便可利用室內(nèi)定位技術(shù)對(duì)遇險(xiǎn)消防人員進(jìn)行定位并進(jìn)行準(zhǔn)確救援?；谶@一研究方向，目前已研發(fā)出針對(duì)消防人員的定位設(shè)備，如基于慣性導(dǎo)航技術(shù)的消防人員引導(dǎo)系統(tǒng)[7]、Zigbee定位技術(shù)[8]和裝有GPS定位設(shè)備的消防救援靴[9]等保障設(shè)備，圖1為一種室內(nèi)人員定位設(shè)備與系統(tǒng)示意圖。這些設(shè)備可以幫助現(xiàn)場(chǎng)指揮人員了解消防員位置，及時(shí)做出戰(zhàn)術(shù)調(diào)整或救援，減少消防員的傷亡[10]。03B48D5C-9543-43F3-92C4-751F32EE000E

3.2? 火災(zāi)人員疏散的應(yīng)用分析

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，歌舞娛樂等公共復(fù)雜建筑逐漸增多，公共娛樂場(chǎng)所火災(zāi)起數(shù)也大幅增加，飯店、商場(chǎng)、電影院等公共場(chǎng)所容易發(fā)生群死群傷的重大火災(zāi)，例如震驚全國的河南洛陽東都商廈“12·25”特大火災(zāi)事故，造成309人死亡。商場(chǎng)火災(zāi)存在溫度上升快、煙霧影響大、蔓延迅速等特點(diǎn)，并且商場(chǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以人員疏散困難[11]，而傳統(tǒng)的疏散指示手段尚無法根據(jù)起火位置重新規(guī)劃疏散方向和路徑。此時(shí)便可利用室內(nèi)人員定位技術(shù)進(jìn)行智能疏散。

相較于室內(nèi)定位技術(shù)在消防員救援領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景，人員疏散領(lǐng)域針對(duì)的是普通群眾，統(tǒng)一配備定位模塊的實(shí)施難度較大，因此應(yīng)選用無需額外定位模塊的室內(nèi)定位技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，如Wi-Fi定位技術(shù)可利用大眾手中的智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)人員的定位;除此之外，還應(yīng)確保定位的精度能滿足疏散的需求，如TOA技術(shù)對(duì)時(shí)間精確度要求極為嚴(yán)格，必須保證接收器和定位設(shè)備具有超高精度的時(shí)鐘同步，因此設(shè)備成本較高，應(yīng)用推廣較為困難;最后針對(duì)公共場(chǎng)景，應(yīng)用的室內(nèi)定位技術(shù)對(duì)人員的干擾應(yīng)較小，且成本較低，布設(shè)較為簡便。室內(nèi)人員定位技術(shù)一旦應(yīng)用于公共區(qū)域，便可為人流量管控、火災(zāi)人員定位以及疏散引導(dǎo)等提供重要幫助。

3.3? 火災(zāi)被困人員救援的應(yīng)用分析

相較于工廠、倉庫等大型倉儲(chǔ)類建筑，商場(chǎng)等公共娛樂建筑的形式更加多樣，內(nèi)部空間更加復(fù)雜，并且具有人員密集、人流量大的特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)，人員無法及時(shí)疏散，會(huì)導(dǎo)致一部分人員被困在著火建筑內(nèi)部，此時(shí)復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)會(huì)使被困人員的定位變得困難，加大了消防員的救援難度，貽誤救援時(shí)機(jī)，造成室內(nèi)人員或消防員傷亡。室內(nèi)定位技術(shù)在被困人員定位方面也能發(fā)揮巨大作用。利用Zigbee、藍(lán)牙、Wi-Fi等定位技術(shù)可以確定室內(nèi)被困人員的具體位置或大體房間，使消防救援人員可以第一時(shí)間進(jìn)行營救，如圖2所示，相比于現(xiàn)在廣泛采用的逐層、逐房間、地毯式搜救，利用室內(nèi)人員定位技術(shù)的搜救模式所需時(shí)間更短、搜救效率更高，并且無需被困人員進(jìn)行呼救操作，保存被困人員體力，也有助于發(fā)現(xiàn)昏迷被困人員，極大程度把握黃金救援時(shí)間，有助于減小被困人員的傷亡。

4? 建議與展望

本文從遇險(xiǎn)消防員救援、人員疏散、被困人員救援共3個(gè)典型方面對(duì)室內(nèi)人員定位技術(shù)在消防工作實(shí)際中的應(yīng)用加以研究，希望能夠?yàn)槭覂?nèi)人員定位技術(shù)的發(fā)展和在消防領(lǐng)域的應(yīng)用提供一些可借鑒的思路，在可見的未來，其應(yīng)用前景必將更加廣闊。為使室內(nèi)定位技術(shù)更好應(yīng)用于消防領(lǐng)域，基于室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，下面從四個(gè)方面對(duì)室內(nèi)人員定位技術(shù)在消防領(lǐng)域的應(yīng)用加以展望、建議。

4.1? 健全室內(nèi)人員定位技術(shù)的應(yīng)用管理體制

應(yīng)急管理部消防救援局應(yīng)在消防裝備發(fā)展總體規(guī)劃中加入室內(nèi)人員定位系統(tǒng)建設(shè)的有關(guān)內(nèi)容，制定室內(nèi)人員定位技術(shù)消防發(fā)展規(guī)范，包括行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和配套措施，建立健全研發(fā)、列裝、應(yīng)用、管理、創(chuàng)新等多方面工作機(jī)制。做好頂層設(shè)計(jì)，重點(diǎn)考慮室內(nèi)人員定位技術(shù)的設(shè)備研發(fā)和應(yīng)用安裝等環(huán)節(jié)，建議出臺(tái)相關(guān)應(yīng)用規(guī)劃，對(duì)室內(nèi)人員定位技術(shù)的應(yīng)用與安裝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一劃定。

4.2? 建立消防領(lǐng)域室內(nèi)人員定位設(shè)備的生產(chǎn)使用標(biāo)準(zhǔn)

由于火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)具有高溫、有毒煙氣濃度大、能見度低等特點(diǎn)，普通設(shè)備在火場(chǎng)中容易受到損壞而無法進(jìn)行工作，將室內(nèi)人員定位設(shè)備應(yīng)用于消防領(lǐng)域應(yīng)充分考慮火災(zāi)的破壞性，消防設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)出臺(tái)相關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，要通過不斷地測(cè)試論證，保障設(shè)備參數(shù)達(dá)標(biāo)，優(yōu)中選優(yōu)，明確室內(nèi)人員定位設(shè)備的制造要求、配備品牌和型號(hào)的范圍，如采用耐火外殼與結(jié)構(gòu)，保證設(shè)備能夠一定程度上耐受火焰的灼燒，保持結(jié)構(gòu)完整;開發(fā)火災(zāi)場(chǎng)景匹配算法，較好應(yīng)對(duì)煙氣對(duì)定位效果的干擾;采用消防應(yīng)急電源等供電方式。通過對(duì)室內(nèi)人員定位設(shè)備的選材制造等環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，保證其在火場(chǎng)中持續(xù)正常工作，滿足實(shí)戰(zhàn)的需求。

4.3? 加強(qiáng)定位系統(tǒng)操作人才培養(yǎng)

目前我國消防隊(duì)員對(duì)特勤裝備的掌握程度較低[12]，相關(guān)院校及消防隊(duì)等應(yīng)加強(qiáng)專業(yè)人員培養(yǎng)，構(gòu)建“全方位人才”體系。在配備有室內(nèi)人員定位設(shè)備的商場(chǎng)等場(chǎng)所的消防控制室等重要位置應(yīng)有掌握定位技術(shù)操作技能的相關(guān)人員值守，可以對(duì)異常情況進(jìn)行處理分析，一旦發(fā)生火災(zāi)等安全事故可以利用系統(tǒng)進(jìn)行安全疏散、危險(xiǎn)人員識(shí)別等操作，掌握火災(zāi)發(fā)展情況與人員被困信息，及時(shí)與消防救援人員進(jìn)行交流溝通，為滅火救援決策的制定提供數(shù)據(jù)幫助。根據(jù)相關(guān)技術(shù)的技術(shù)原理等，出臺(tái)《火災(zāi)室內(nèi)人員定位系統(tǒng)操作規(guī)范》，通過與設(shè)備生產(chǎn)廠商會(huì)商研討、共同保障，實(shí)現(xiàn)相互交流與學(xué)習(xí)。

4.4? 構(gòu)建室內(nèi)人員定位系統(tǒng)區(qū)域聯(lián)網(wǎng)機(jī)制

各省、市的應(yīng)急管理部消防救援局可以對(duì)本區(qū)域內(nèi)配備室內(nèi)人員定位系統(tǒng)的火災(zāi)重點(diǎn)防護(hù)單位進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，將各單位的定位數(shù)據(jù)匯集至指揮中心，在接收到單位報(bào)警信號(hào)后可以第一時(shí)間調(diào)取相關(guān)單位的人員定位數(shù)據(jù)，了解人員疏散情況，確認(rèn)是否存在被困人員，及時(shí)制定滅火、救援策略。

5? 結(jié)語

本文對(duì)目前室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，可以看出室內(nèi)定位技術(shù)的定位精度能滿足消防等領(lǐng)域的需求，在消防領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間，但由于目前缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范以及人們對(duì)信息安全性的擔(dān)憂，使室內(nèi)定位技術(shù)的推廣普及較為困難。未來應(yīng)加強(qiáng)信息安全研究以及火災(zāi)等惡劣環(huán)境的適用性研究工作，使室內(nèi)定位技術(shù)更快應(yīng)用于消防領(lǐng)域，減少火災(zāi)的人員傷亡與損失，同時(shí)為公共安全的應(yīng)急智能決策提供數(shù)據(jù)幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉萬壽.基于WiFi技術(shù)的室內(nèi)無線定位方法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2014.

[2]胡朗.基于WIFI的室內(nèi)定位技術(shù)研究[D].長春：長春工業(yè)大學(xué)，2019.

[3]顧明辰，孫赟，沈?qū)巻蹋?基于新型室內(nèi)定位技術(shù)的智慧醫(yī)院導(dǎo)航系統(tǒng)架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2021，36（11）：116-119+131.

[4]文詩晴，楊世昌，朱小平.RFID在大型物流倉庫中的定位應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2014（14）：3425-3426.

[5]李雙全，曹小華.基于紅外檢測(cè)與RFID技術(shù)的AGV定位方法研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版），2021，45（1）：127-131.

[6]劉可新.減少消防員滅火救援傷亡的對(duì)策探討[J].今日消防，2020，5（7）：71-72.

[7]何肇瑜.基于慣性導(dǎo)航技術(shù)的消防人員引導(dǎo)系統(tǒng)[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2016，35（8）：1120-1123.

[8]靳曉東.ZigBee技術(shù)在地下建筑火災(zāi)撲救消防員定位中的應(yīng)用[J].中國科技信息，2021（22）：37-38.

[9]張文利.具有定位功能的消防靴設(shè)計(jì)與研究[D].西安：陜西科技大學(xué)，2018.

[10]杜瀟，葛曉飛.室內(nèi)火災(zāi)場(chǎng)景下救援人員定位技術(shù)[J].現(xiàn)代職業(yè)安全，2017（1）：50-51.

[11]葉超.大型商業(yè)綜合體火災(zāi)特點(diǎn)分析及防火對(duì)策[J].今日消防，2021，6（10）：136-138.

[12]葉文.消防裝備管理中存在的問題及對(duì)策分析[J].今日消防，2020，5（8）：18-19.03B48D5C-9543-43F3-92C4-751F32EE000E