一种基于UWB定位的消防应急方法

技术领域

本发明提供一种基于UWB定位的消防应急方法。

背景技术

随着定位技术的不断成熟，定位技术的应用范围也在不断扩大，新兴的定位应用已经不再局限于室外场景。对室内定位以及室外高精度定位等方面提出了新的要求。例如基于精确位置的准入与禁入、事故救援等。

我们知道卫星信号在室内会被严重的影响，从而导致GPS或是北斗无法定位，所以在室内定位主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。除通讯网络的蜂窝定位技术外，常见的室内无线定位技术还有：Wi-Fi、蓝牙、红外线、RFID、ZigBee和超声波等，但是上述定位技术普遍存在定位精度低、抗干扰能力差、价格偏高、实用性差，在工业环境中无法使用。

目前室外定位普遍采用GPS或是北斗，定位精度偏低(误差在10米左右)，一些高精度定位需求无法满足。例如微信、百度地图等定位只能知道大概位置，不能知道在哪个建筑物、楼层、房间。发生危险无法实施救援。

UWB-Ultra Wideband(超宽带)技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。

超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。

UWB的室内定位功能和卫星原理很相似，就是通过室内布置3个及以上已知坐标的定位锚点(也称定位基站)，需要定位的人员或设备携带定位标签，标签按照一定的频率发送脉冲，不断和3个及以上已知位置的基站进行测距，通过一定的精确算法定出标签的位置！

发生火灾时，很多时候是在建筑物内，GPS/北斗无法进行定位，本专利讲述的是在火电厂内如何利用UWB精准定位技术与消防管理相结合的算法，通过UWB精准定位与消防管理相结合，当突发火灾时能更有效的对人员进行疏散、火灾扑灭、快速救援等工作。

发明内容

本发明发目的是针对现有技术的不足，提供一种基于UWB定位的消防应急方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

步骤1、首先在火电厂内构建三维安全管控系统；三维安全管控系统包含定位硬件系统、后台计算显示模块两部分；

UWB定位硬件系统，具体实现如下：

首先，在发电厂、楼宇等室内或者室外安装一定数量的定位基站、激励器和LoRa通讯基站；其中定位基站、激励器和LoRa通讯基站均连接电源，LoRa通讯基站还连接网线。

所述的定位基站大于等于3台；

所述的定位基站室内安装在墙壁、柱子上，室外安装在路灯杆上或者外墙壁上也可埋设立杆进行安装；

所述的激励器安装在楼梯上下口位置、电梯进出口位置；

其次，将UWB定位标签与人员、物品、设备进行绑定，当人员、物品、设备在定位硬件系统覆盖的范围内移动时，UWB定位标签不断与周边的UWB定位基站测距，同时UWB定位标签将测距信息发送给LoRa通讯基站，LoRa通讯基站通过有线网络传输到后台服务器，后台服务器计算出定位坐标1；但是上述方式通常高度坐标精度较差，会出现跳变，楼层位置无法确定，也就无法完成三维空间的定位。

然后，为了精确楼层位置我们加入了激励器。当携带UWB定位标签的人员、物品、设备通过安装在已知坐标的楼梯口位置的激励器时，UWB定位标签会被激励，同时定位标签把激励器的位置坐标发送给LoRa通讯基站，LoRa通讯基站把激励器激励信息(激励点坐标)发送给后台服务器，后台服务器通过激励器确定标签属于哪个楼层位置，结合定位坐标1实现三维空间的定位；

最后通过电脑端三维软件显示位置，即可实现三维定位。

后台计算显示模块：

后台计算显示模块包含后台服务器和显示终端PC：后台服务器负责收LoRa通讯基站送来的定位基站测距信息及激励器激励信息，并计算定位结果。显示终端PC采用Unity软件作为展示平台运行三维模型，在三维地图上显示定位结果，实现三维空间的定位。

所述的整个火电厂的每个消防设施的坐标位置均记录在后台服务器；

步骤2、通过ModBus与火电厂消防系统对接

对现有火电厂消防系统加装LPI-ModBus(火电厂消防系统转换器)，然后通过ModBus转TCP模块转换为网络协议后接入三维安全管控系统。这样当发生火灾后，系统会收到报警信息及报警位置。

所述的火电厂消防系统包含有烟感报警器和温感报警器，以及烟感报警器和温感报警器对应的坐标位置；

所述的LPI-ModBus转换器型号为USR-N520。

步骤3、利用UWB精准定位技术与消防管理相结合实现消防疏散救援。

3-1.根据火灾发生位置，计算附近人员和消防设施。

根据烟感报警器和温感报警器对应的坐标位置确定火灾发生位置，然后根据从后台服务器调出火灾发生位置50米范围内的人员和消防设施。

所述的人员通过绑定的UWB定位标签来确定位置和统计数量；

所述的消防设施位置的获取：通过火灾发生位置直接在后台服务器中查询该火灾发生位置附近的所有消防设施；

例如：烟感报警器20处发生火灾，则火电厂消防系统将该烟感报警器20的定位坐标发送给后台计算显示模块，显示在三维地图上；同时三维地图上显示火灾发生位置50米范围内的人员和消防设施，方便救援。

3-2.根据火灾位置及人员位置计算最佳逃生路线，并将最佳逃生路线发送给火灾发生位置附近的人员，并通过手机APP向人员携带的定位标签发送震动报警提醒，通知人员快速撤离；通过手机的地图软件查看火灾发生位置及最佳逃生路线，以及附近的消防设施。

所述的每个绑定定位标签的人员，其手机都安装有火电厂指定A PP。

3-3.发生火灾报警后，系统会通过APP通知公司内的消防人员，消防人员通过手机APP或三维软件可快速查看发生火灾的实际位置，调取监控查看现场实际情况。通过APP的路线指引和导航功能快速到达火灾现场，调取并查看周边消防设施进行现场救援。

本发明有益效果如下：

传统的火灾管理系统发生火灾后只是响铃，火灾具体发生位置不明，可能错过最佳救援时机。本发明能够快速查看火灾位置及周边消防设施，还可以快速调取摄像头查看现场情况。本发明在火灾的发生后，除了应急疏散通道的灯会亮，能够指明最佳逃生的路线和附近的消防设施。本发明能够知道火灾位置，可通过导航快速到达火灾发生位置。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明一种基于UWB定位的消防应急方法，具体实现步骤如下：

步骤1、首先在火电厂内构建三维安全管控系统；三维安全管控系统包含定位硬件系统、后台计算显示模块两部分；

UWB定位硬件系统，具体实现如下：

首先，在发电厂、楼宇等室内或者室外安装一定数量的定位基站、激励器和LoRa通讯基站；其中定位基站、激励器和LoRa通讯基站均连接电源，LoRa通讯基站还连接网线。

所述的定位基站大于等于3台；

所述的定位基站室内安装在墙壁、柱子上，室外安装在路灯杆上或者外墙壁上也可埋设立杆进行安装；

所述的激励器安装在楼梯上下口位置、电梯进出口位置；

其次，将UWB定位标签与人员、物品、设备进行绑定，当人员、物品、设备在定位硬件系统覆盖的范围内移动时，UWB定位标签不断与周边的UWB定位基站测距，同时UWB定位标签将测距信息发送给LoRa通讯基站，LoRa通讯基站通过有线网络传输到后台服务器，后台服务器计算出定位坐标1；但是上述方式通常高度坐标精度较差，会出现跳变，楼层位置无法确定，也就无法完成三维空间的定位。

然后，为了精确楼层位置我们加入了激励器。当携带UWB定位标签的人员、物品、设备通过安装在已知坐标的楼梯口位置的激励器时，UWB定位标签会被激励，同时定位标签把激励器的位置坐标发送给LoRa通讯基站，LoRa通讯基站把激励器激励信息(激励点坐标)发送给后台服务器，后台服务器通过激励器确定标签属于哪个楼层位置，结合定位坐标1实现三维空间的定位；

最后通过电脑端三维软件显示位置，即可实现三维定位。

后台计算显示模块：

后台计算显示模块包含后台服务器和显示终端PC：后台服务器负责收LoRa通讯基站送来的定位基站测距信息及激励器激励信息，并计算定位结果。显示终端PC采用Unity软件作为展示平台运行三维模型，在三维地图上显示定位结果，实现三维空间的定位。

所述的整个火电厂的每个消防设施的坐标位置均记录在后台服务器；

步骤2、通过ModBus与火电厂消防系统对接

对现有火电厂消防系统加装LPI-ModBus(火电厂消防系统转换器)，然后通过ModBus转TCP模块转换为网络协议后接入三维安全管控系统。这样当发生火灾后，系统会收到报警信息及报警位置。

所述的火电厂消防系统包含有烟感报警器和温感报警器，以及烟感报警器和温感报警器对应的坐标位置；

所述的LPI-ModBus转换器型号为USR-N520。

步骤3、利用UWB精准定位技术与消防管理相结合实现消防疏散救援。

3-1.根据火灾发生位置，计算附近人员和消防设施。

根据烟感报警器和温感报警器对应的坐标位置确定火灾发生位置，然后根据从后台服务器调出火灾发生位置50米范围内的人员和消防设施。

所述的人员通过绑定的UWB定位标签来确定位置和统计数量；

所述的消防设施位置的获取：通过火灾发生位置直接在后台服务器中查询该火灾发生位置附近的所有消防设施；

例如：烟感报警器20处发生火灾，则火电厂消防系统将该烟感报警器20的定位坐标发送给后台计算显示模块，显示在三维地图上；同时三维地图上显示火灾发生位置50米范围内的人员和消防设施，方便救援。

3-2.根据火灾位置及人员位置计算最佳逃生路线，并将最佳逃生路线发送给火灾发生位置附近的人员，并通过手机APP向人员携带的定位标签发送震动报警提醒，通知人员快速撤离；通过手机的地图软件查看火灾发生位置及最佳逃生路线，以及附近的消防设施。

所述的每个绑定定位标签的人员，其手机都安装有火电厂指定APP。

3-3.发生火灾报警后，系统会通过APP通知公司内的消防人员，消防人员通过手机APP或三维软件可快速查看发生火灾的实际位置，调取监控查看现场实际情况。通过APP的路线指引和导航功能快速到达火灾现场，调取并查看周边消防设施进行现场救援。

进一步的，本发明方法实现的应急系统包括感知层、网络层、解算层和应用层：

感知层：感知层包括定位标签、定位锚点(也称定位基站)、激励器。定位标签和定位锚点(也称定位基站)之间通过UWB信道实时测距，测距信息通过LoRa 2.4G无线网络上传到通讯基站。

网络层：网络层包括通讯基站、交换机、物理隔离网闸。通讯基站通过以太网将测距信息汇聚到交换机过隔离网闸/防火墙传输到内网服务器。

解算层：解算层在服务器上安装解算平台和数据库，主要用于存储、计算采集端上报的数据，得出物理位置坐标。

应用层：应用层主要负责基本信息的录入及数据展示的界面。显示的信息包括地图显示、人员图标及位置显示、各类报警信息、各类查询结果显示、各分类统计信息显示等。

本发明能够对消防物资进行展示：将灭火器、消防栓、应急消防物资按照现场实际位置展示在三维地图相应的位置上，点击可调取附近监控进行远程检查。

·本发明接入消防报警系统后，当出现火灾报警时，在三维地图上相应的烟感报警器位置会显示报警信息，同时显示周边人员及消防设施。

发生火灾报警后，本发明能够根据火灾报警位置，通过手机APP发送通知给附近人员快速撤离，并向人员携带的定位标签发送震动报警提醒。现场人员可以通过手机APP的二维地图查看火灾发生位置及最佳逃生路线，以及附近的消防设施。