消防员现场位置实时感知系统及其使用方法转让专利
申请号 : CN201110047506.4
文献号 : CN102175240B
文献日 : 2014-01-15
发明人 : 兰雨晴 , 刘浩驰 , 王钧 , 马立克
申请人 : 北京航空航天大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种消防员现场位置实时感知系统的使用方法,所述的消防员现场位置实时感知系统包括:消防部门数据中心:存储有建筑物的消防数据表,而消防数据表记录建筑物及消防设施坐标和详细描述信息;
消防指挥系统端:通过无线网络连接消防部门数据中心,并由无线设备组建无线局域网,通过无线局域网及/或无线网络与单兵系统端通信;
单兵系统端:具有处理器、存储器、通信模块及输入装置,并还具有实时位置感知系统、语音系统、平面显示系统、实时位置比对系统;单兵系统端能通过前述无线局域网及/或无线网络从消防部门数据中心下载目标建筑物消防数据表,能经处理器转化为各个楼层的消防设施平面布置图,实时位置感知系统将感知的单兵系统端的位置经实时位置比对系统对比后形成位置坐标,之后此位置坐标提供至处理器以进行定位导航,语音系统和平面显示系统都能用于导航信息的输出;
其特征是包含步骤:
1)建筑竣工消防验收时或者建筑重新装修完工时进行消防验收时,生成消防验收信息数据表并存入数据库;
2)单兵系统端设备定期或去火灾现场前下载最新的当前火灾建筑的SQL数据表到本地,并根据数据表生成每层楼的平面图;
3)实时位置感知系统中的三维定位模块确定消防员当前的位置,包括经度、纬度、高度信息;
其中:消防员当前位置的确认过程包含步骤:
3.1)读取实时位置感知系统感知到的楼层号X,在当前建筑的消防信息数据库表中查询所有楼层号为X的设备;
3.2)读取实时位置感知系统感知到的经纬度信息,判断当前经纬度位置点与楼层号为X的消防设备经纬度位置点之间的“当前距离”,生成一张新的临时SQL数据表;
3.3)筛选“当前距离”小于某阈值的消防设施,再次生成一张新的临时SQL数据表;
3.4)读取第3.3)步SQL数据表中的每个消防设施的消防项、当前距离、详细描述信息,传递给平面显示系统和语音系统;
4)实时比对系统将从实时位置感知系统处得到的经度、纬度、高度信息与基准的消防验收信息数据表进行比对,获得预置范围内的消防设施信息,并将实时位置和消防设施信息提供至处理器以进行定位导航,语音系统和平面显示系统都能用于导航信息的输出。
2.如权利要求1所述消防员现场位置实时感知系统的使用方法,其特征在于:消防员当前的位置是采用GPS和RFID进行三维定位,其中消防员所在楼层的定位包含如下步骤:
1)消防员单兵端的RFID读写器读取楼层中的RFID电子标签信息;
2)将读取到的RFID电子标签数据与楼层信息和RFID电子标签对应表进行对比,得到当前楼层;
3)向消防员播报当前楼层并将当前楼层传给实时位置比对系统。
说明书 :
消防员现场位置实时感知系统及其使用方法
技术领域
背景技术
理中,还存在着不少问题,很难满足现代火灾灾害处理的救助需求。
记录表、建筑类别、总平面布局和平面布置验收检查记录表、防火防烟分隔、防爆验收检查
记录表等资料。资料审查、现场抽样检查及功能测试、综合评定等所有资料均立册集中存
放,其中建筑图纸以电子档案的形式保存。这些资料并没有通过手段有效的组织起来,在该
建筑发生火灾时没有被很好地利用来帮助消防员进行迅速的灭火救灾。
的消防设施情况。同时由于现场消防指挥部不能及时获知消防员当前的位置和所处的环境
信息,不能有效的对现场救援的消防队员进行指挥。
发明内容
够实时获得自己周边环境的消防设施位置、数量、使用方法,疏散门的位置等信息,同时现
场的消防指挥系统也能够实时监控消防员当前的位置及周边环境,对消防员的救援工作给
予更有针对性的指挥。
示和语音播报。
局和平面布置验收检查记录表、建筑内部装修防火验收检查记录表、防火防烟分隔、防爆验
收检查记录表、安全疏散和消防电梯验收检查记录表、消防水源和消防电源验收检查记录
表、水灭火系统验收检查记录表、火灾自动报警系统验收检查记录表、防烟排烟系统验收检
查记录表、建筑灭火器验收检查记录表、泡沫灭火系统验收检查记录表、气体灭火系统验收
检查记录表共12张表格。本部分将建筑消防验收时得到的信息进行筛选,选择与消防应急
救援中相关的数据进行数据建模,利用存储在一张SQL数据表中。
示和语音播报。
前位置及周边消防设施信息并通过平面显示和语音播放的方式传递给消防员,使得消防员
能够实时熟悉周围环境。三是消防指挥系统通过实时获得消防员的当前位置及周边消防设
施信息,能够对消防员进行更有针对性的指挥。
附图说明
具体实施方式
3G、WiMax无线网络进行相互通信。其中一种方式是在消防现场指挥车上组建无线局域网,
可通过WiMax无线路由器(也可选择无线接入点或者无线网桥)来构建,消防单兵装置和现
场消防指挥系统可通过这个临时构建的无线局域网进行连接,必要时也可在无线局域网中
通过Internet连接到消防部门数据中心。在消防火灾现场应急救援前将当前建筑的消防
验收信息表下载到单兵系统端本地,可以大大减少单兵系统端对单兵端和指挥端无线通信
系统的依赖,只在单兵系统端在没有无线局域网的情况下才会启用外部无线网络进行数据
通信。
应一张SQL数据表。整个城市的多张消防验收信息数据表存储在一个数据库上。每个消防
局存储相应负责区域内的每栋建筑的消防验收信息数据表。消防部门数据中心存储整个
城市建筑的消防验收信息数据表,可根据实际情况进行多级分布式存储;而每个单兵系统
端在接到火灾报警信息后下载当前建筑的消防验收信息数据表到单兵系统端本地(也可提
前预置相应负责区域内建筑的消防验收信息表,接到火灾报警信息后调出当前建筑的消防
验收信息数据表);单兵端与指挥端交互系统指单兵系统端和指挥系统端的数据交互系统,
在火灾发生时或建筑消防信息更新时,由此系统负责将建筑(或者本消防局负责区域内的
所有建筑,具体视需要而定)的数据表下载到单兵系统端;现场消防指挥系统协助现场指挥
员查看各个楼层的消防员位置及其周围消防设施信息。然后通过语音系统对消防员进行指
挥。现场的消防指挥系统端的消防验收信息数据库在去往火灾现场前需定时与上述消防部
门数据中心的数据库进行数据同步,获得最新的城市建筑的消防验收信息数据;消防部门
数据中心部署两台IBM System x3850 X5服务器,其中一台作为主服务器,另一台作为备用
服务器,在服务器中保存有包括城市中或一定负责区域内建筑的海量消防验收信息数据库
平台,实时向消防部门的相关人员提供数据服务,两台服务器进行双机热备,以保证数据服
务的高可用性。
距 距 号
建筑西南角 东经30.5北纬40.90 0 1 建筑名称为银谷大厦,位于北京市北四环西路九号银谷大厦,建筑共23层….. 位置参照原点消防控制室 ….. ….. 10 15 1 面积30平方米,内有应急电源….
登高面 …... …... 5 6 1 可供停靠2辆消防指挥车…
水泵房 …… …… 16 18.5 1 面积为30平方米,内有5台出水设备,每台可供4辆消防车使用…
室内消火栓001 …... …... 7 9 1 流量为…..,压力为…..
室内消火栓002 …… …… 7 2 3 流量为…..,压力为…..
室外消火栓003 …... …... 7 9 3 流量为…..,压力为…..
防火门001 …... …... 5 25 3 防火门开启方向为..,宽度为…
防火门002 …… …… 5 50 3 防火门开启方向为..,宽度为…
安全出口001 …... …... 3 26 3 宽度为3米、形式为…
消防电梯001 …… …… 2 5 3 速度为…..载重为1.5吨,20个人…
消防电梯002 …… …… 2 5 3 速度为…..载重为1.5吨,20个人…
疏散走道001 …... …... 3 40 5 宽度为…,长度为…,最多能容纳300人同时通过…
天然水源002 …… …… -20 60 1 水质…水量..取水高度为…
市政供水004 …... …... 10 60 1 水管径为…,本组管道数量为…,供水能力为..
泄压口001 …… …… … … … 面积为…,泄压方式为…
应急电源001 …… …… … … … 可提供X功率,供电4个小时,….
备用发电机001 …… …… … … … 规格为…,功率…,启动时间…,开关位置在…
消防水泵001 …… …… … … … 规格为…,型号…,吸水方式…
灭火器001 …… …… … … … 型号为…,符合…
防护区001 …… …… … … … 温度..,面积为…,可燃物种类…
排烟机001 …… …… … … … 规格…,型号…,开启方式..,开窗面积…
送风口001 …… …… … … … 速率为…
自动喷水阀001 …… …… … … … 流量为…,压力为…,包含…
泡沫发生器001 …… …… … … … 泡沫供给速率为…,安装方式为…
…… …… …… … … … ……………… …
向上的距离,向东为正值,向西为负值,单位为米;南北距指相对于建筑西南角在南北方向
上的距离,向北为正值,向南为负值,单位为米;楼层指当前消防项所在的楼层数;详细描
述指对消防项的其他说明信息,这些说明信息有利于消防员在消防应急救援中的工作。
中所有的消防栓信息,并进行编号以区分不同的消防栓。在实际中,数据表中的项随每个建
筑的实际设置情况而定,在表1-1的基础上进行增删。
现。实时位置感知系统硬件部分需要在现有平板电脑硬件的基础上添加GPS、RFID三维定
位硬件模块或其他的三维定位芯片,通过实时位置感知系统可获得消防员当前的经度、纬
度、高度;语音系统硬件部分可直接利用平板电脑现有的语音输入输出模块,语音系统可播
放消防员的实时位置信息以及消防员周边的消防设施信息;平面显示系统硬件部分直接利
用平板电脑现有的显示屏模块,平面显示系统实时显示消防员当前位置和周围消防设施位
置;实时位置比对系统直接运行在现有的平板电脑上,将接收到的三维信息和当前建筑消
防验收信息数据表中的标准数据进行比对后将消防员及周围消防设施位置传输给语音系
统和平面显示系统。消防员楼层输入需要在当前平板电脑主板硬件基础上增加一个计数器
模块,消防员每上一层楼就按下增加按钮 ,每下一层楼就按下减少键;消防员主动位置感
知需要在当前平板电脑主板硬件基础上增加一个按键,按下此键系统可以获得消防员主动
位置感知的需求并响应。
兵端本地;实时位置感知系统通过GPS、RFID、红外等技术感知到当前位置的经度、纬度、高
度(楼层相关),并把消防员当前的位置信息按一定的间隔时间传给实时位置比对系统;语
音系统用来接收实时位置比对系统返回的实时位置信息、周围消防设施信息播放,同时通
过语音系统能够和现场消防指挥员之间进行相互语音通信;平面显示系统在消防员进入某
楼层后即调出本层的平面图进行显示,并将本层的所有消防设施位置显示在平面图上,根
据实时位置比对系统的返回结果将消防员当前的位置实时显示在平面图上,并配合语音系
统进行显示;实时位置比对系统将获得的消防员当前的位置与消防验收信息数据表中的基
准数据进行比对,来解析出消防员在建筑中所处的位置,及当前位置周围的消防设施信息;
消防员主动位置感知指消防员主动按下位置感知键,由于消防员当前位置及消防设施信息
播报有一定的时间间隔,通过主动位置感知,使得消防员能够主动获得需要的信息;消防员
楼层输入提供了除RFID等方式外另一种简捷经济的消防员当前楼层信息的获知方法,消
防员每上一层楼手动按下楼层增加键,每下一层手动按下楼层减低键。
防员实时位置感知方法。经度和纬度信息通过消防员随身携带的消防导航装置中的GPS模
块获得存储在相应的存储模块中,并每隔1秒(间隔时间可设置)将当前经纬度信息传输给
实时位置比对系统。楼层信息采用RFID识别技术获得具体如图2所示:
子标签,为了能够更便捷的获得当前楼层信息,可以在走廊、建筑中重要的地方也安装RFID
电子标签。消防员随身携带的导航装置中集成了RFID的读写器,标签中存储了楼层与RFID
电子标签的电子编码之间的映射表。当RFID读写器接近楼层识别设备时,会非接触式读取
当前楼层RFID电子编码,根据楼层与RFID电子标签的电子编码之间的映射表,得到当前的
楼层号,通过语音系统向消防员播报当前楼层,并将当前获得的楼层信息传输给实时位置
比对系统。本处上述以RFID为例描述了如何获得楼层信息,楼层信息的获得可以通过消防
员手动楼层信息输入等方式获得。
地磁结合的定位方式:GPS和作为参考定位;惯性地磁导航模块包括了三轴地球磁场传感
器、三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、精确高度计。消防员在建筑内主要依靠惯性地磁导航
模组定位,采用地磁导航和惯性导航的组合导航技术能够提高导航系统的整体性能,可以
有效地改善单纯的惯性导航系统的长期精度。对于无线收发定位方式:在单兵端和指挥端
分别增加无线收发模组。无线收发模组包括无线收发芯片和功率放大电路,其硬件部分可
以通过在现有平板电脑主板上增加Chipcon公司的 CC1000无线收发芯片来实现。另外在
火灾建筑周围需要放置无线信号收发装置。消防员进入火场后,指挥端的无线收发模块向
火场外围放置在不同位置的信号接收装置发送无线信号,采用TDOA(Time Difference of
Arrival)定位算法实现消防员的当前位置的定位。
实时位置比对的具体过程如图3所示:
前位置预置扫描半径范围内的消防设施信息,并通过语音系统每隔15秒(间隔时间可设置)
如果消防员向消防员播放当前的位置和周围的消防设施信息。如果消防员之前选择了要获
得某类特殊消防设施,那么语音系统将只播放当前位置和此类选定的消防设施信息。例如,
如果消防员选定了只接收泡沫发生器的信息,则语音系统只播报当前位置预置扫描半径范
围内的泡沫发生器信息。同时为了使消防员更直观的了解当前的位置和周围环境信息,可
将得到的消防设施信息传递给单兵系统导航装置的显示系统上,显示系统实时显示消防员
在当前楼层平面图中的位置,并能配合语音系统播报显示当前正在播报的消防设施信息。
楼层号为3的消防设施。
表,数据表包括以下列:消防项、经度、纬度、详细描述、当前距离。其中“当前距离”为经纬
度位置点与楼层号为3的各个消防设备经纬度位置点之间的距离。
数据表。
语音系统。
系统得到的当前位置在平面图上的相对位置信息实时(不包括楼层信息)显示在屏幕上,同
时高亮显示当前位置预置扫描半径范围内的消防设施信息。当语音系统进行播报时,平面
显示系统配合进行闪动显示。
数据表基准对比后,立刻通过语音系统将当前位置及周围的消防设施信息根据消防员的选
择播报给消防员。
信息数据表。此SQL数据表中包含了消防项、经度、纬度、楼层、详细描述等相应消防应急中
需要的信息。消防部门数据中心的SQL数据库中存储了整个城市或者一定负责范围内的多
张SQL消防验收信息数据表。现场的消防指挥系统端的消防验收信息数据库在去往火灾现
场前需定时与消防部门数据中心的数据库进行数据同步,获得最新的城市建筑的消防验收
信息数据;消防员的单兵系统端存储所负责区域的所有建筑的消防验收信息数据表并及时
更新。
数据表生成每层楼的平面图。如果单兵系统端设备已有最新的当前火灾建筑的SQL数据
表,则不需要重复下载。消防员装备单兵系统端设备进入建筑火场后,实时位置感知系统通
过定位技术获得消防员当前的经纬度信息,通过其中的楼层感知模块例如RFID获得消防
员当前的楼层信息。设备中的显示系统根据当前的楼层信息调出本楼层的平面图,平面图
上标记出了当前楼层中每个消防设施的位置。实时位置感知系统将实时获得的经纬度和楼
层信息传给实时位置比对系统。实时位置比对系统读取单兵系统端本地的当前建筑消防验
收信息表,选取当前楼层的消防设施信息数据行,并根据预置的距离范围选择出与当前消
防员位置在预置范围内的消防设施,将结果通过语音系统播报给消防员,同时实时的传给
显示系统并通过显示系统显示出来。当语音系统播报某一设备时,显示系统配合闪动进行
显示。实时位置感知系统也会将消防员实时的位置信息,包括经纬度、楼层通过无线通信网
络传输给单兵端与指挥端系统, 现场的消防指挥系统通过单兵端与指挥端系统获得整个
火灾现场的每个消防员的位置信息、周围消防设施信息、建筑的其他信息,现场的指挥员依
据这些信息通过语音系统对火灾现场救援进行更有针对性的指导。消防员也可以通过消防
员主动位置感知按键发出当前位置及周围消防设施信息获得的请求。
方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护
范围之内。