[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

说明书

技术领域

本发明涉及室内定位，信号处理及物联网等综合技术，尤其涉及一种基于建筑结构图计算的消防员用室内导航系统。

背景技术

火灾已成为危害人民群众生命财产安全的重大灾害之一，而在火灾救援中，消防员常常因为不熟悉环境且火场中弥漫的浓烟而影响救援。因此，实现消防员在失火建筑中的定位、导航迫在眉睫。而失火时的极端情况给失火建筑中的定位导航带来了很多挑战。目前对消防员导航定位技术研究较少，下面目前可用于消防员室内定位导航的几种技术：

王守辉等人提出了一种基于卡尔曼滤波的三维TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)/AOA(Angle of Arrival，到达角度测距)混合算法[1]。消防员进入火场时携带一个简单信号发射源。该信号发射源应每隔一段时间主动向外发射信号。消防车上装有用于接收信号的天线，天线采用倒三角形，整个天线上布设有多个天线节点来接收信号，以实现定位功能，天线节点间距离已知。天线接收到信号后，利用信号到达时间差和到达角度(使用卡尔曼滤波器进行优化)，采用TDOA/AOA混合算法对消防员进行定位。但这种定位方式完全依赖电磁信号，墙壁、门窗等的反射和散射作用都会对信号的传播时间和角度产生影响，本发明不同于此，定位数据来源于消防员可穿戴设备的实时采集，不会受到外界条件影响。

李昆等人提出了一种基于RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)的消防员定位[2]。系统采用固定位置的读卡器作为参考节点，消防员在进入火场前都装备有源电子标签，读卡器采集消防员的信息并集中传到消防车的指挥控制中心，对数据进行分析处理，以确定消防员的位置信息。消防员的测距定位根据无线电波的传播路径损耗模型进行分析计算，是一种基于RSSI(Received Signal Strength Indication，接收信号强度指示)的定位算法。该方法中RFID作为消防员定位的绝对基准，而本发明中定位是以建筑结构图为基准的，RFID只用于动态校准的参考之一，。

参考文献：

[1]王守辉,曾枭林,郭建宏,等.一种新的消防员定位方法[J].中国科技信息, 2012(20):147-148。

[2]李昆,刘争,陈续阳.基于RFID的消防员定位[J].电子制作,2015(2)。

发明内容

本发明旨在完成一套基于建筑结构图计算的消防员用室内导航系统。众所周知，火灾发生时通常伴随浓烟，造成消防员在陌生环境下无法靠目视寻找最佳救援路线。本发明为解决此问题，以消防员可穿戴设备的形式，通过基于建筑结构图计算的自主定位配合路径规划算法，利用在电力中断时仍能正常工作的消防通信系统(如位置固定、分布规律的报警器等)实现定位校准，并结合运动传感器数据与建筑结构图数据，通过基于建筑结构图计算的定位算法，交叉对比计算出消防员当前位置，实现消防员在无法看清室内环境的情况下的导航。同时，在手持设备上增加超声传感器用以实现感知测距和障碍躲避，耦合语音提示功能以解决火场烟雾中无法看清屏幕等问题。除此之外，通过设备上安装的烟雾、温度等传感器，判断火情位置与严重程度，并通过通信系统将消防员所在位置以及当前位置的烟雾、温度等数据实时传回至现场指挥，为确定最佳救援方案提供数据支持。

为了解决上述技术问题，本发明提出的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，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，