基于 UWB 的消防员室内无线定位算法分析与仿真.doc

基于 UWB 的消防员室内无线定位算法分析与仿真.doc基于 UWB 的消防员室内无线定位算法分析与仿真
1绪论

随着社会和科技的进步,石油、化工、建材等高火险行业快速发展,由于危险化学品导致的易燃易爆场所迅速增加,导致高楼大厦或大型建筑场地内的火灾频繁发生。潜在性起火因素日渐增多,火灾形势愈发多样性、复杂化。尤其是在爆炸、化学事故等叠加灾害的救援过程中,由于进行搜索救援时室内环境复杂,消防人员在面对火灾扑救工作外,还需担负救援伤患的任务。导致消防员在搜救过程中可能消耗的时间和经历过多,从而危及自身安全[1]。因为此类突发情况而因公殉职的消防人员逐年递增。如今,战斗于一线的消防工作已然成为社会中最为危险的行业之一。在事故现场进行救援的同时,如何保障消防人员自身的生命安全也是成为人们关注的交点。若能在指挥中心精确地定位火灾现场消防人员的位置信息,除了能更高效地展开人员调度及营救工作外,更能确保消防人员自身遭遇险情时得到及时的援救,减少消防人员的伤亡率,因此针对火灾现场消防人员的定位算法研究是十分有意义的[2, 3]。
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无线电波依赖于自由空间内的均匀介质发送信号,利用交叉天线完成信号的接收。依据到达接收端的信号强度,天线可初步估计发射信号的方向。美国exit-technologies 公司基于此工作原理,研发了名为 Tracker FRT 的消防救援装置[1]。当身处火灾现场的消防人员遭遇险情时,其佩戴的 Tracker FRT 将会发出呼救信号,指示周边人员前来救援。上海市消防研究所成功改进了这一装置,使其增加了距离指示功能。当消防人员需要援助时,救援人员会持有改进的装置进行搜寻,装置以接收信号的强弱判断救援方向,以及与消防人员的相对距离达到定位的效果。在火灾现场的噪音繁多复杂的情况下,由于求救信号具有绕射性,所以搜救设备接收信号后会依据障碍物对指示方向进行一定优化,但所受多径干扰仍然会在一定程度上影响定位精度,导致搜救效率降低。
RFID 的火灾救援设备
RFID(Radio Frequency Identification)技术,又称为射频识别技术,适合于室内定位应用。基于 RFID 技术的室内定位系统主要由两部分组成:分别为 RFID阅读器和 RFID 标签[4, 5]。两者可在非接触的前提下,运用与之相匹配的射频识别信号,完成信息采集、存储等相关功能。RFID 标签依据其不同的工作原理,可分为两种类型:有源标签和无源标签。有源RFID标签自身包含电源供应设备,可在一定信号覆盖区域内主动搜索来自阅读器的询问信号,与之进行信息传递。而无源 RFID 标签只能依靠接收阅读器发出的射频信号提取能源,被动地反馈自身信息。与有源 RFID 标签相比,无源 RFID 标签外形更为轻便、价格低廉,所以被广泛应用于物流、零售、交通等行业[6]。美国加利福尼亚大学伯克利分校利用 RFID 技术共同研究开发了一套火灾现场信息收集和救援装置[1]。由于无源 RFID 标签的传输距离有限,通常情况下为1 到 2 米,无法达到在火灾现场的工作要求。所以此处将选用有源 RFID 标签。有源的 RFID 设备事被先安装在建筑物内,及消防人员统一使用的氧气瓶上。当发生火灾时,消防人员进入 RFI