一种可用于消防人员定位和任务指引的智能消防栓系统的制作方法

1.本发明涉及一种可用于消防人员定位和任务指引的智能消防栓系统。


背景技术：

2.大型建筑如厂房、商超等，由于建筑结构和功能区域分布复杂，对消防救援作业人员的定位跟踪以及消防救援任务的路径的选择面临着很大的挑战，势必影响消防救援效率。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种可用于消防人员定位和任务指引的智能消防栓系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可用于消防人员定位和任务指引的智能消防栓系统，包括多个智能消防栓、多个消防人员终端设备和后台处理服务器；
5.每个智能消防栓包括如下模块：
6.自主定位模块：消防栓自身位置可通过其在建筑物中或室外的设计安装位置并经测绘修正得到，自主定位模块将对消防栓自身位置进行监控和更新，定位方法包括多种室内外定位技术，所述室内外定位技术不限于惯性测量单元、uwb、蓝牙、wifi；
7.智能消防栓中的消防人员定位信标模块：基于自身精确的位置信息，作为室内外定位参考，为消防人员提供精确的室内外定位；
8.火情监测模块：该模块包含有对周围温度、湿度、烟雾进行监控的传感器设备，并将监控信息通过通信模块传送至后台处理服务器；
9.智能消防栓的通信模块：该模块实现智能消防栓与其他智能消防栓、消防人员、以及后台处理服务器的双向通信，用于支持消防人员定位、火情监测和任务指引；通信方式包括但不限于蓝牙、wifi、lora、电信网络等技术和频段；
10.任务指引辅助模块：该模块通过后台处理器针对火情监测情况所作出的任务指引，通过但不仅限于语音、指示灯、显示(包括文字、图形、图片、增强显示等形式)等方式或多种方式融合的形式为周边的消防人员提供任务指引；
11.后台处理服务器，又称后台服务器或后台处理器，主要模块和功能如下：
12.消防人员定位解算模块：根据智能消防栓中的消防人员定位信标模块采用的定位技术，该消防人员定位解算模块通过采集到的标签和信标信息，依据相应的定位算法来解算出消防人员的具体位置信息和运动状态，该模块亦可全部或部分驻留于消防人员终端设备的定位模块中；
13.火情分布解算模块：该模块通过后台处理服务器的通信模块接收到各个智能消防栓监控和传送的周围环境信息，包括气温、湿度、烟雾、时间和位置，构建火情的三维分布，并预测火情的演变趋势；
14.任务指引生成模块：该模块基于消防人员的实时定位信息和火情监测和预测信
息，并参考建筑物的结构和消防通道的设计，为每个消防人员生成救援任务和撤离任务的最优路径和任务指引，并通过通信模块将任务指引传送至各个智能消防栓和消防作业人员，消防栓任务指引模块通过但不仅限于语音、指示灯、显示(包括文字、图形、图片、增强现实等形式)等多种方式或多种方式融合的形式为周边的消防人员提供任务指引；
15.后台处理服务器的通信模块：该模块实现后台处理服务器与智能消防栓、消防人员的双向通信，用于支持消防人员定位、火情监测和任务指引，通信方式包括但不限于蓝牙、wifi、lora、电信网络等技术和频段；
16.消防人员终端设备，其主要模块和功能如下：
17.消防人员定位标签模块：根据智能消防栓中的消防人员定位信标模块采用的定位技术，该消防人员定位标签模块配备相对应的标签或节点，相对应地通过发射或接收相应技术的信号，与智能消防栓中的消防人员定位信标模块和消防人员定位解算模块共同实现消防人员的实时定位；
18.任务指引模块：该模块通过后台处理服务器针对火情监测情况所作出的任务指引，与智能消防栓任务指引模块协同，通过但不仅限于语音、指示灯、显示(包括文字、图形、图片、增强现实等形式)等多种方式或多种方式融合的形式为消防人员提供任务指引；
19.消防人员终端设备的通信模块：该模块实现消防人员与智能消防栓、其他消防人员、以及后台处理服务器的双向通信，用于支持消防人员定位、火情监测和任务指引；通信方式包括但不限于蓝牙、wifi、lora、电信网络等技术和频段；
20.本发明的进一步改进在于：所述智能消防栓中的消防人员定位信标模块和所述消防人员定位标签模块都可以采用多种定位技术，所述智能消防栓中的消防人员定位信标模块和所述消防人员定位标签模块所使用的定位技术包括且不限于以下所罗列的定位技术，各定位技术即可单独工作，亦可以通过对各种定位技术进行各种组合来对定位精度进行融合和优化，亦可与消防人员终端设备中配置惯性测量单元、地磁定位和gnss定位系统进行组合定位和融合优化：
21.i.在采用蓝牙beacon定位技术下，该模块配置位置固定的蓝牙信标，向周围广播信号和数据包。消防人员携带配备有蓝牙接收器的终端设备，在进入信号覆盖的范围后，通过内置定位算法计算出具体位置。
22.ii.在采用蓝牙aoa(angle of arrival)定位技术下，该模块配置位置固定的多天线蓝牙终端。消防人员携带配备有单天线蓝牙终端的设备，通过aoa方法计算出具体位置。
23.iii.在采用蓝牙aod(angle of departure)定位技术下，该模块配置位置固定的多天线蓝牙终端。消防人员携带配备有单天线蓝牙终端的设备，通过aod方法计算出具体位置。
24.iv.在采用zigbee定位技术下，该模块配置位置固定的zigbee参考节点。消防人员携带配备zigbee盲节点的终端设备，在进入信号覆盖的范围后，通过节点间相互组网通信计算出具体位置。
25.v.在采用wifi定位技术下，该模块配置位置固定的wifi热点或基站。消防人员携带终端设备，在进入信号覆盖的范围后，通过多wifi基站交叉定位，确定具体位置。
26.vi.在采用红外定位技术下，该模块配置位置固定的红外传感器来测量信号源的距离和角度。消防人员携带配备有可发射红外线的电子标签的终端设备，通过多个安装有
红外传感器的智能消防栓，从而计算出具体位置。
27.vii.在采用红外织网定位技术下，该模块配对设置成位置固定的发射器和接收器，通过多对发射器/接收器织成的红外线网，直接对消防人员进行定位。
28.viii.在采用超声波定位技术下，该模块配置位置固定的超声波接收器。消防人员携带配备有主测距器的终端设备，主测距器向若干接收器发射同频率的信号，接收器接收后又反射传输给主测距器，根据回波和发射波的时间差计算出距离，从而确定位置。
29.ix.在采用rfid定位技术下，该模块配置位置固定的rfid阅读器。消防人员携带配备有rfid标签的终端设备。通过一组分别固定于各个智能消防栓上的阅读器读取rfid标签的特征信息(包括且不限于身份信息、接收信号强度等)，可采用近邻法、多边定位法、接收信号强度等方法确定标签所在位置。该技术同样适用于，模块配置固定的rfid标签，消防人员携带rfid阅读器，通过阅读到消防栓上的rfid标签获取起其特征信息(包括消防栓身份信息、固定位置坐标等)，从而对消防人员的位置进行更新或纠正。
30.x.在采用uwb定位技术下，该模块配置位置固定的uwb定位基站。消防人员携带配备有能够发射uwb信号的定位标签的终端设备。每个定位基站利用高敏度的短脉冲侦测器测量每个定位标签的数据帧到达接收器天线的时间，并通过与后台服务器通信，利用tdoa算法来计算标签位置。
31.xi.在采用led可见光定位技术下，该模块配置位置固定的led灯，并将身份信息调制在灯光上。消防人员携带配备有摄像头的终端设备，通过摄像头来识别led灯发射的编码信息，利用所获取的识别信息和灯光到达角度，在地图数据库中确定对应的位置信息，完成定位。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
33.本发明通过智能消防栓作为定位参考，采用多种定位技术或者多种定位融合技术，来实现在复杂环境下消防人员的精确定位。
34.本发明通过智能消防栓对周围环境的监控，构建火情的三维分布和态势信息，使得消防救援更加高效。
35.本发明通过在复杂环境下的任务指引，使得各个消防人员的指挥调度、任务分配得到全局优化，提高消防救援效率，节省更多时间，挽救更多生命和财产损失。
附图说明
36.图1为本发明所提的系统和方法的功能图；
37.图2为本发明所提的系统和方法的结构图；
38.图3为智能消防栓中的消防人员定位功能结构图；
39.图4为智能消防栓中的消防人员定位功能各模块可采用的技术选项图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
42.本发明提供了一种智能消防栓系统，可对消防人员进行室外内精确定位提供支持，并判定火灾状况，为消防救援人员提供任务指引。该系统包括多个智能消防栓、多个消防人员终端设备和后台处理服务器；该系统和方法的主要组成和特征如下：
43.该智能消防栓系统中的各个智能消防栓包括如下模块：
44.a.自主定位模块：消防栓自身位置可通过其在建筑物中或室外的设计安装位置并经测绘修正得到。自主定位模块将对消防栓自身位置进行监控和更新。定位方法包括但不限于惯性测量单元、uwb、蓝牙、wifi等室内外定位技术。
45.b.智能消防栓中的消防人员定位信标模块：基于自身精确的位置信息，作为室内外定位参考，为消防人员提供精确的室内外定位。主要技术和方法选项如下：
46.i.在采用蓝牙beacon定位技术下，该模块配置位置固定的蓝牙信标，向周围广播信号和数据包。消防人员携带配备有蓝牙接收器的终端设备，在进入信号覆盖的范围后，通过内置定位算法计算出具体位置。
47.ii.在采用蓝牙aoa(angle of arrival)定位技术下，该模块配置位置固定的多天线蓝牙终端。消防人员携带配备有单天线蓝牙终端的设备，通过aoa方法计算出具体位置。
48.iii.在采用蓝牙aod(angle of departure)定位技术下，该模块配置位置固定的多天线蓝牙终端。消防人员携带配备有单天线蓝牙终端的设备，通过aod方法计算出具体位置。
49.iv.在采用zigbee定位技术下，该模块配置位置固定的zigbee参考节点。消防人员携带配备zigbee盲节点的终端设备，在进入信号覆盖的范围后，通过节点间相互组网通信计算出具体位置。
50.v.在采用wifi定位技术下，该模块配置位置固定的wifi热点或基站。消防人员携带终端设备，在进入信号覆盖的范围后，通过多wifi基站交叉定位，确定具体位置。
51.vi.在采用红外定位技术下，该模块配置位置固定的红外传感器来测量信号源的距离和角度。消防人员携带配备有可发射红外线的电子标签的终端设备，通过多个安装有红外传感器的智能消防栓，从而计算出具体位置。
52.vii.在采用红外织网定位技术下，该模块配对设置成位置固定的发射器和接收器，通过多对发射器/接收器织成的红外线网，直接对消防人员进行定位。
53.viii.在采用超声波定位技术下，该模块配置位置固定的超声波接收器。消防人员携带配备有主测距器的终端设备，主测距器向若干接收器发射同频率的信号，接收器接收后又反射传输给主测距器，根据回波和发射波的时间差计算出距离，从而确定位置。
54.ix.在采用rfid定位技术下，该模块配置位置固定的rfid阅读器。消防人员携带配备有rfid标签的终端设备。通过一组分别固定于各个智能消防栓上的阅读器读取rfid标签的特征信息(包括且不限于身份信息、接收信号强度等)，可采用近邻法、多边定位法、接收信号强度等方法确定标签所在位置。该技术同样适用于，模块配置固定的rfid标签，消防人员携带rfid阅读器，通过阅读到消防栓上的rfid标签获取起其特征信息(包括消防栓身份信息、固定位置坐标等)，从而对消防人员的位置进行更新或纠正。
55.x.在采用uwb定位技术下，该模块配置位置固定的uwb定位基站。消防人员携带配
备有能够发射uwb信号的定位标签的终端设备。每个定位基站利用高敏度的短脉冲侦测器测量每个定位标签的数据帧到达接收器天线的时间，并通过与后台服务器通信，利用tdoa算法来计算标签位置。
56.xi.在采用led可见光定位技术下，该模块配置位置固定的led灯，并将身份信息调制在灯光上。消防人员携带配备有摄像头的终端设备，通过摄像头来识别led灯发射的编码信息，利用所获取的识别信息和灯光到达角度，在地图数据库中确定对应的位置信息，完成定位。
57.需要进一步说明的是：
58.(1)、该模块所使用的定位技术包括且不限于以上所罗列的定位技术。
59.(2)、各定位技术即可单独工作，亦可以通过对各种定位技术进行各种组合来对定位精度进行融合和优化。
60.(3)、该模块亦可与消防人员终端中配置惯性测量单元(imu)、地磁定位和gnss定位系统，进行组合定位和融合优化。
61.c.火情监测模块：该模块包含有对周围温度、湿度、烟雾进行监控的传感器设备，并将监控信息通过通信模块传送至后台处理服务器。
62.d.智能消防栓的通信模块：该模块实现智能消防栓与其他智能消防栓、消防人员、以及后台处理服务器的双向通信，用于支持消防人员定位、火情监测和任务指引。通信方式包括但不限于蓝牙、wifi、lora、电信网络等技术和频段。
63.e.任务指引辅助模块：该模块通过后台处理器针对火情监测情况所作出的任务指引，通过语音、指示灯、显示(包括文字、图形、图片、增强现实等形式)等多种方式或多种方式融合的形式为周边的消防人员提供任务指引。
64.2.后台处理服务器，又称后台服务器或后台处理器，主要模块和功能如下：
65.a.消防人员定位解算模块：根据智能消防栓中的消防人员定位信标模块中所提到的各种定位技术，该消防人员定位解算模块通过采集到的标签和信标信息，依据相应的定位算法来解算出消防人员的具体位置信息和运动状态。该模块亦可全部或部分驻留于消防人员终端设备的定位模块中。
66.b.火情分布解算模块：该模块通过通信模块，接收到各个智能消防栓监控和传送的周围环境信息，包括气温、湿度、烟雾、时间和位置等，构建火情的三维分布，并预测火情的演变趋势。
67.c.任务指引生成模块：该模块基于消防人员的实时定位信息和火情监测和预测信息，并参考建筑物的结构和消防通道的设计，为每个消防人员生成救援任务和撤离任务的最优路径和任务指引，并通过通信模块将任务指引传送至各个智能消防栓和消防作业人员。消防栓任务指引模块通过但不仅限于语音、指示灯、显示(包括文字、图形、图片、增强现实等形式)等多种方式或多种方式融合的形式为周边的消防人员提供任务指引。
68.d.后台处理服务器的通信模块：该模块实现后台处理服务器与智能消防栓、消防人员的双向通信，用于支持消防人员定位、火情监测和任务指引。通信方式包括但不限于蓝牙、wifi、lora、电信网络等技术和频段。
69.3.消防人员终端设备，其主要模块和功能如下：
70.a.消防人员定位标签模块：根据智能消防栓中的消防人员定位信标模块中所提到
的各种定位技术，该消防人员定位标签模块配备相对应的标签或节点，相对应地通过发射或接收相应技术的信号，与智能消防栓中的消防人员定位信标模块和后台处理器消防人员定位解算模块共同实现消防人员的实时定位。
71.需要进一步说明的是：
72.(1)、该模块所使用的定位技术包括且不限于以上所罗列的定位技术。
73.(2)、各定位技术即可单独工作，亦可以通过对各种定位技术进行各种组合来对定位精度进行融合和优化。
74.(3)、该模块亦可与消防人员终端中配置惯性测量单元(imu)、地磁定位和gnss定位系统，进行组合定位和融合优化。
75.b.任务指引模块：该模块通过后台处理器针对火情监测情况所作出的任务指引，与智能消防栓任务指引模块协同，通过但不仅限于语音、指示灯、显示(包括文字、图形、图片、增强现实等形式)等多种方式或多种方式融合的形式为消防人员提供任务指引。
76.c.消防人员终端设备的通信模块：该模块实现消防人员与智能消防栓、其他消防人员、以及后台处理服务器的双向通信，用于支持消防人员定位、火情监测和任务指引。通信方式包括但不限于蓝牙、wifi、lora、电信网络等技术和频段。
77.本发明通过智能消防栓作为定位参考，采用多种定位技术或者多种定位融合技术，来实现在复杂环境下消防人员的精确定位。本发明通过智能消防栓对周围环境的监控、构建火情的三维分布和态势信息，使得消防救援更加高效。本发明通过在复杂环境下的任务指引，使得各个消防人员的指挥调度、任务分配得到全局优化，提高消防救援效率，节省更多时间，挽救更多生命和财产损失。
78.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
79.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式，例如，能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、产品或设备固有的其它步骤或单元。
80.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
81.现在，将参照附图更详细地描述根据本技术的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本技术的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
82.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。