基于uwb的消防人員安全定位系統(tǒng)及定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及消防安全以及UWB無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于UWB的消防人員安全定位系統(tǒng)及定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市化的進(jìn)一步推進(jìn)，我國(guó)的城市高層建筑以及大型娛樂(lè)場(chǎng)所不斷增加，火災(zāi)隱患也隨之大大增加，對(duì)于關(guān)乎到人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的消防安全系統(tǒng)的要求也日益提高。當(dāng)建筑內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，往往需要消防人員進(jìn)入樓宇內(nèi)部進(jìn)行火情的控制。
[0003]在現(xiàn)有的消防系統(tǒng)中，消防員進(jìn)入發(fā)生火災(zāi)的建筑后，往往會(huì)由于火情引起的煙霧而造成人員能見(jiàn)度差，無(wú)法辨認(rèn)自身所處的位置，有可能誤入火情危險(xiǎn)的區(qū)域而對(duì)消防人員的人身安全造成威脅。若發(fā)生消防人員因?yàn)楦邷鼗蛘呋馂?zāi)產(chǎn)生的煙霧而暈倒時(shí)，更需要對(duì)消防人員在火災(zāi)中的實(shí)時(shí)位置信息以及人員動(dòng)作信息進(jìn)行采集，保證消防員的人身安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于UWB的消防人員安全定位系統(tǒng)及定位方法，使指揮中心根據(jù)實(shí)時(shí)位置信息判斷消防員是否發(fā)生險(xiǎn)情，同時(shí)對(duì)于發(fā)生火災(zāi)建筑的實(shí)時(shí)火情進(jìn)行實(shí)時(shí)掌握，防止消防人員進(jìn)入危險(xiǎn)性較大的區(qū)域而發(fā)生危險(xiǎn)。
[0005]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
一種基于UWB的消防人員安全定位系統(tǒng)，其特征是，包括在建筑物每個(gè)房間中設(shè)置的若干個(gè)子錨節(jié)點(diǎn)和一個(gè)主錨節(jié)點(diǎn)、定位手環(huán)、路由器和指揮中心，所述路由器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接至所述指揮中心，所述主錨節(jié)點(diǎn)通過(guò)所述路由器連接到所述網(wǎng)絡(luò)，所述子錨節(jié)點(diǎn)連接至所述主錨節(jié)點(diǎn)，所述手環(huán)與所述子錨節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)UWB通信連接，所述子錨節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)房間中的火情信息以及所述定位手環(huán)的位置信息傳送至所述主錨節(jié)點(diǎn)，所述主錨節(jié)點(diǎn)將上述信息通過(guò)路由器傳送至所述指揮中心，所述指揮中心將信息處理判斷后，通過(guò)所述主錨節(jié)點(diǎn)和子錨節(jié)點(diǎn)反饋給所述定位手環(huán)。
[0006]進(jìn)一步，所述的定位手環(huán)包含手環(huán)MCU、手環(huán)電源模塊、手環(huán)UWB模塊和警示模塊，所述手環(huán)UWB模塊和警示模塊連接至所述手環(huán)MCU，所述手環(huán)UWB模塊通過(guò)UWB無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)所述定位手環(huán)的定位以及與各個(gè)子錨節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信。
[0007]進(jìn)一步，所述定位手環(huán)還包括射頻天線模塊，所述射頻天線模塊連接所述手環(huán)UWB模塊，使所述手環(huán)UWB模塊的無(wú)線信號(hào)加強(qiáng)。
[0008]進(jìn)一步，所述警示模塊包括LED指示燈、振動(dòng)電機(jī)和蜂鳴器。
[0009]進(jìn)一步，所述的主錨節(jié)點(diǎn)主要包含主錨MCU、主錨電源模塊、主錨UWB模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、感煙傳感器、感溫傳感器、AD模塊，所述主錨UWB模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、感煙傳感器、感溫傳感器和AD模塊連接所述主錨MCU，所述感煙傳感器、感溫傳感器監(jiān)測(cè)所述主錨節(jié)點(diǎn)附近的煙度和溫度信息，所述AD模塊將所述煙度和溫度信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，所述主錨MCU將所述數(shù)字信號(hào)通過(guò)所述網(wǎng)絡(luò)模塊與所述指揮中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
[0010]進(jìn)一步，所述的子錨節(jié)點(diǎn)主要包含子錨MCU、子錨電源模塊、子錨UWB模塊、感煙傳感器、感溫傳感器、AD模塊，所述子錨UWB模塊、感煙傳感器、感溫傳感器和AD模塊連接所述子錨MCU，所述感煙傳感器、感溫傳感器監(jiān)測(cè)所述子錨節(jié)點(diǎn)附近的煙度和溫度信息，所述AD模塊將所述煙度和溫度信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，所述子錨MCU將所述數(shù)字信號(hào)通過(guò)子錨UWB模塊發(fā)送至所述主錨MCU。
[0011]進(jìn)一步，所述主錨節(jié)點(diǎn)包含GPRS模塊，所述主錨節(jié)點(diǎn)和子錨節(jié)點(diǎn)均包含備用電源豐旲塊。
[0012]進(jìn)一步，所述路由器位于建筑物內(nèi)，所述路由器將所述建筑物內(nèi)多個(gè)房間中的主錨節(jié)點(diǎn)接入所述網(wǎng)絡(luò)。
[0013]進(jìn)一步，所述指揮中心包括了服務(wù)器和監(jiān)控主機(jī)，所述服務(wù)器負(fù)責(zé)接收各主錨節(jié)點(diǎn)上傳的火情信息以及手環(huán)定位信息并進(jìn)行分析，通過(guò)所述監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行火情信息進(jìn)行可視化預(yù)警處理。
[0014]一種應(yīng)用上述基于UWB的消防人員安全定位系統(tǒng)的定位方法，其特征是，包括如下步驟:
(1)每個(gè)房間的所述子錨節(jié)點(diǎn)和主錨節(jié)點(diǎn)定時(shí)采集周圍的溫度以及煙度數(shù)據(jù)；
(2)所述主錨節(jié)點(diǎn)和子錨節(jié)點(diǎn)同時(shí)檢測(cè)是否收到所述定位手環(huán)所發(fā)出的UWB信號(hào)，若收到信號(hào)則判斷有人進(jìn)入該房間，并根據(jù)所述UWB信號(hào)進(jìn)行人員的距離檢測(cè)，所述子錨節(jié)點(diǎn)將距離數(shù)據(jù)發(fā)送至所述主錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行匯總；
(3)完成步驟(I)后，各子錨節(jié)和主錨節(jié)點(diǎn)分別判斷其煙度以及溫度數(shù)據(jù)是否超過(guò)了第一閥值，所述第一閥值為判斷是否發(fā)生火災(zāi)的所述感煙傳感器、感溫傳感器的閥值，
若不超過(guò)第一閥值，則各子錨節(jié)點(diǎn)將各傳感器數(shù)據(jù)發(fā)至主錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行匯總上傳；
若超過(guò)第一閥值，則進(jìn)一步判斷是否超過(guò)第二閥值，所述第二閥值為火情是否適合消防人員進(jìn)入房間；
若不超過(guò)第二閥值，則生成第一報(bào)警信息，則各子錨節(jié)點(diǎn)向主錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行消防傳感數(shù)據(jù)以及報(bào)警信息的匯總；所述第一報(bào)警信息為發(fā)生了火災(zāi)；
若超過(guò)第二閥值，則根據(jù)步驟(2)中的判斷結(jié)果獲知是否有人員進(jìn)入；
若無(wú)人員進(jìn)入，則直接生成第二報(bào)警信息，并且各子錨節(jié)點(diǎn)向主錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行消防傳感數(shù)據(jù)以及報(bào)警信息的匯總，所述第二報(bào)警信息為該房間不適合消防人員進(jìn)入；
若有人員進(jìn)入，則向定位手環(huán)UWB模塊發(fā)送報(bào)警信息，警告消防人員該房間存在危險(xiǎn)，不適合消防人員進(jìn)入，并發(fā)出第三報(bào)警信息，并且各子錨節(jié)點(diǎn)向主錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行消防傳感數(shù)據(jù)以及報(bào)警信息的匯總，所述第三報(bào)警信息為該房間不適合消防人員進(jìn)入且有消防員已進(jìn)入；
(4)主錨節(jié)點(diǎn)將上述的各錨節(jié)點(diǎn)與消防人員的距離信息、傳感器所采集的消防數(shù)據(jù)以及生成的報(bào)警信息進(jìn)行匯總，并通過(guò)所述網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至所述指揮中心；
(5)所述指揮中心接收到各個(gè)房間的主錨節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)之后，首先根據(jù)數(shù)據(jù)獲取是否有報(bào)警信息；若發(fā)現(xiàn)報(bào)警信息，則進(jìn)行報(bào)警信息的處理，然后對(duì)上傳的消防人員距離信息進(jìn)行處理，確定其在該房間內(nèi)的具體位置信息，并結(jié)合預(yù)先建立的建筑模型，顯示人員的位置信息以及消防傳感器的各數(shù)據(jù)信息； (6)根據(jù)獲取的人員定位信息以及各房間的報(bào)警信息、消防數(shù)據(jù)信息，判斷進(jìn)入各房間的消防員是否安全，若不安全，則通過(guò)無(wú)線電進(jìn)行聯(lián)系，警告，結(jié)合人員的定位信息，若所述指揮中心監(jiān)測(cè)到消防員的位置信息在一分鐘以內(nèi)沒(méi)有任何變動(dòng)，則發(fā)出緊急報(bào)警，進(jìn)行緊急救援，防止人員因過(guò)熱以及煙霧造成的危險(xiǎn)。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
(1)采用UWB節(jié)點(diǎn)進(jìn)行消防人員的定位，精度高，能夠判斷消防員在房間中的具體位置信息；且能夠進(jìn)一步根據(jù)其位置是否長(zhǎng)時(shí)間未變化而判斷人員是否發(fā)生暈倒等險(xiǎn)情，進(jìn)一步保障消防人員的安全；
(2)實(shí)現(xiàn)了人員定位與火情感知的結(jié)合。UWB錨節(jié)點(diǎn)在作為定位方式使用的同時(shí)，在其硬件模塊中添加感溫以及感煙傳感器，使各UWB錨節(jié)點(diǎn)能夠獲取火災(zāi)信息，判斷其危險(xiǎn)程度，若過(guò)于危險(xiǎn)，不適合消防員進(jìn)入，則通過(guò)消防手環(huán)的振動(dòng)馬達(dá)以及蜂鳴器提醒消防員危險(xiǎn)，不僅實(shí)現(xiàn)了人員定位，也實(shí)現(xiàn)了危險(xiǎn)的預(yù)警；
(3 )結(jié)合樓宇的模型，通過(guò)各錨節(jié)點(diǎn)采集到的消防數(shù)據(jù)，獲取該建筑各房間各主要位置的火情信息，對(duì)于該建筑內(nèi)的火情信息能夠進(jìn)行總體上的了解，通過(guò)這種方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)消防人員進(jìn)行合理安全引導(dǎo)，防止其進(jìn)入火情高危區(qū)域；
(4)各UWB錨節(jié)點(diǎn)均采用了完善的備用方案來(lái)應(yīng)對(duì)火災(zāi)出現(xiàn)時(shí)的各種故障情況。此用備用電源以及多種網(wǎng)絡(luò)通信模式，大幅提高了系統(tǒng)的可用性以及可靠性，進(jìn)一步保障了火災(zāi)情況下人員的安全。
【附圖說(shuō)明】
[0016]附圖1為消防定位手環(huán)的硬件模塊圖；
附圖2為UWB主錨節(jié)點(diǎn)的硬件模塊圖；
附圖3為UWB子錨節(jié)點(diǎn)的硬件模塊圖；
附圖4為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖；
附圖5為系統(tǒng)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面對(duì)本發(fā)明基于UWB的消防人員安全定位系統(tǒng)及定位方法的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]UffB (UltraWideband)是一種無(wú)載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。UWB技術(shù)的脈沖式的數(shù)據(jù)傳輸方式，在時(shí)間上具有極高的分辨力，能夠較好的適用于高精度的定位。通過(guò)在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號(hào)，UffB能在10米左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bit/s至數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。UWB的抗干擾性能強(qiáng)，傳輸速率高，系統(tǒng)容量大發(fā)送功率非常小。UWB系統(tǒng)發(fā)射功率非常小，通信設(shè)備可以用小于ImW的發(fā)射功率就能實(shí)現(xiàn)通信。低發(fā)射功率大大延長(zhǎng)系統(tǒng)電源工作時(shí)間。而且，發(fā)射功率小，其電磁波輻射對(duì)人體的影響也會(huì)很小，應(yīng)用面就廣。
[0019]基于UWB的消防人員安全定位系統(tǒng)包括消防員所攜帶消防定位手環(huán)、UffB主錨節(jié)點(diǎn)、UWB