[发明专利]基于建筑结构图计算的消防员用室内导航系统及其方法

权利要求书

1.一种基于建筑结构图计算的消防员用室内导航系统，包括指挥系统和消防员手持终端，其特征在于：

所述指挥系统中包括建筑结构图数据库、通信模块和显示模块；

所述消防员手持终端中包括数据采集模块、信号处理模块和设备控制模块，

所述数据采集模块包括运动传感模块、动态校准模块和探测用传感模块；所述运动传感模块由一组运动传感器组成，包括用于采集消防员的加速度和角速度信息的传感器；所述动态校准模块至少包括GPS定位系统或北斗卫星定位系统，及RFID读写模块，用于通过卫星定位或者读取附近RFID标签的方式，向所述指挥系统提供消防员的位置信息，配合所述RFID读写模块，在现场消防设备上安装有多个RFID标签，RFID标签的位置根据定位精度和现场的建筑结构图确定，多个RFID标签构成了RFID标签网络；所述探测用传感模块有一组探测传感器组成；

所述信号处理模块包括信号转换器，所述信号转换器包括放大电路和AD转换器，

所述设备控制模块包括输入模块、输出模块、通信模块及其现场消防设备的接口；

所述运动传感模块将采集到的信息及所述动态校准模块将采集到的着火点的位置信息均通过所述设备控制模块的通信模块发送至所述指挥系统；

所述指挥系统中的通信模块和所述设备控制模块中的通信模块均包括消防电话模块和无线通信模块。

2.根据权利要求1所述基于建筑结构图计算的消防员用室内导航系统，其特征在于：所述运动传感模块至少包括加速度计、速度计和陀螺仪；所述探测用传感模块至少包括烟雾探测器、温度传感器、超声传感器和红外图像传感器。

3.一种基于建筑结构图计算的消防员用室内导航的方法，其特征在于：利用如权利要求1或2所述基于建筑结构图计算的消防员用室内导航系统，在接到火灾报警后，消防员手持终端通过移动网络从指挥系统上检索并通过通信模块下载相应的建筑结构图，用于火场中消防员的定位和导航；步骤如下：

1)火场中消防员的定位，包括初始定位、实时定位和动态校准；

(1)采用下述两种方法或其一确定消防员的初始位置：

第一种方法是利用GPS定位系统或是北斗卫星定位系统获得消防员所在位置的绝对坐标，然后将该坐标映射到建筑结构图上对应的点，从而确定当前消防员在建筑结构图上的位置及消防员的运动方向；

第二种方法是利用现场建筑中位置固定的出入口给定，即消防员通过手动操作消防员手持终端，将消防员进出建筑物所经过的出入口及其消防员当前的进出状态通过通信模块发送至指挥系统，将该坐标映射到建筑结构图上对应的点，从而确定消防员在建筑结构图上的位置，并估计出消防员的运动方向；

(2)实时定位：

根据运动传感模块中各运动传感器采集到的信号得知消防员相对初始位置的位移，并利用探测用传感器中的超声传感器测量消防员到建筑物的固定参照物的距离，结合建筑结构图信息，实时动态获得消防员的当前位置坐标；

(3)采用下列方法之一进行消防员的当前位置的动态校准：

第一种方法是：建筑物中布设有RFID标签网络，RFID标签发出的信号中包括该RFID标签的位置坐标，当消防员处于一RFID标签识别范围内，消防员手持终端将RFID读写装置采集到该RFID标签的位置坐标通过通信模块发送至指挥系统，指挥系统以该位置坐标更新上述实时定位获得的消防员的当前位置坐标；

第二种方法是：消防员通过手动操作消防员手持终端，将消防员当前所处现场建筑中的楼层、房间或楼梯间所对应的编号通过通信模块发送至指挥系统，将该编号映射到建筑结构图上对应的点，从而确定消防员在建筑结构图上的位置，指挥系统以该位置的坐标更新上述实时定位获得的消防员的当前位置坐标；

2)火场中消防员的导航，包括：

(1)火场中燃烧点的定位：

将每个消防员携带的消防员手持终端中的温度传感器、烟雾探测器和红外图像传感器所采集的数据通过通信模块发送至指挥系统，指挥系统将各消防员手持终端上传的数据进行计算，得出火势分布情况；其中，温度传感器采集建筑物中特定物体表面的温度，该特定物体至少包括房间门、卷帘门和墙壁，通过该特定物体一面的温度探测得到该特定物体另一面空间范围的火势情况；

(2)火场路径规划与导航

将建筑物中的走廊设定为道路，将建筑物中的房间设为自由空间；利用遗传算法或是神经网络算法并根据指挥系统中预先存入的建筑结构图实现路径规划，该路径规划通过通信模块发送至手持终端，同时，通过输出模块中的语音功能和显示功能将上述规划的路径提示给消防员。