CN111182451A - 一种基于蓝牙室内定位的消防救援系统及方法 - Google Patents

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本发明涉及消防救援技术领域，提供了一种基于蓝牙室内定位的消防救援系统及方法，该系统包括单兵节点设备、中继节点和服务节点：单兵节点设备包括蓝牙5.1模块、呼救器模块和生命体征传感器；中继节点包括2个蓝牙5.1定位信标模块，安装于消防水带的两端；服务节点包括接收和解算系统，通过蓝牙Mesh技术实时解算中继节点和单兵节点设备的空间位置；单兵节点设备、服务节点还可以集成Lora通信模块，单兵节点不经中继节点直接与服务节点通信。使用本发明时，单兵救援人员携带单兵节点设备，中继节点绑定于消防水带，服务节点设置于现场指挥中心或车台，大大增加了定位信标灵活性，真正实现全天候、多领域、广层次的消防救援定位体系。

Description

一种基于蓝牙室内定位的消防救援系统及方法
技术领域
本发明涉及消防救援技术领域，特别涉及一种基于蓝牙室内定位的消防救援系统及方法。
背景技术
当前我国经济快速发展，城市综合体、高层建筑、地下通道、化工企业和大型建筑不断增多，复杂的建筑结构给消防的灭火和救援工作带来了极大的挑战。中国的消防队伍将全面承担综合性应急救援任务，队伍职能将大幅拓展，对消防救援队伍实战能力提出更高要求。同时，国家鼓励、支持消防科学研究和技术创新，推广使用先进的消防和应急救援技术、方法，从而保障在面对室内火场烟雾弥漫，能见度低等恶劣救援环境下，能够掌握救援人员的精准位置信息、生命体征及身体形态等信息，在完成室内救援任务的同时，确保消防救援人员的生命安全。
随着新技术的不断革新，室内定位需求的不断增强，室内定位已应用于物流、水电站、养老院、无人机、自动驾驶等领域。目前，有提出利用RFID、WiFi、超声波、UDB、LED等室内定位方法，但是要么定位精度不高，要么成本很高，代价太大；有提出室内定位方法、装置、设备及存储介质，实现了人员室内定位，但是由于其还是采用信号强度值与实际距离的映射关系进行定位，因信号强度受环境因素(温度、湿度、物理遮挡等因素)影响较大，定位误差大；有提出一种基于UWB和蓝牙技术的室内定位融合方法或者一种基于Wi-Fi、蓝牙和PDR融合定位的室内定位方法等，在一定程度上弥补了单纯的蓝牙定位误差大，精度不高的局限，但是UDB建设成本过大，Wi-Fi、蓝牙和PDR融合定位，其本身的定位精度还是无法满足实际精准定位的要求，特别是消防领域；有提出一种带体征监测的室内定位模块，能够依靠蓝牙模块和传感器获取室内定位信息和人员特征参数，但是蓝牙定位技术还是依托信号强度值来实现人员定位，定位精度不高；有提出一种基于蓝牙5.0信标的室内定位方法及系统，在一定程度上解决了蓝牙4.0定位精度不高局限，但是定位的方法还是采用传统的信号强度方式，结合三边测量方法，还是没有根本上解决高精度定位的需求，此外，对于消防救援领域，往往火灾等应急事件存在突发性，蓝牙定位本身需要事先部署定位信标，对于消防救援实战应用存在很大的局限性。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，针对目前国内室内定位技术，特别是蓝牙室内定位技术的应用现状，结合目前还未有提出利用蓝牙5.1技术应用与消防救援领域，提供了一种基于蓝牙室内定位的消防救援系统及方法，借助蓝牙5.1、蓝牙Mesh、蓝牙AOA/AOD、Lora通信、传感器等技术，实现了消防救援人员的室内精准定位，实时把控救援人员的生命体征信息。在遇到突发状况时，消防救援指挥人员能够第一时间获取单兵呼救信号，根据现场环境科学合理指挥救援人员撤退，在提升消防救援效率的同时，最大限度的保障救援人员安全。突破传统、把控信息、精准安全。
本发明采用如下技术方案：
一种基于蓝牙室内定位的消防救援系统，所述系统包括单兵节点设备、中继节点和服务节点：
所述单兵节点设备包括蓝牙定位信标模块(优选为蓝牙5.1定位信标模块)、呼救器模块和生命体征传感器；
所述中继节点包括2个蓝牙定位信标模块(优选为蓝牙5.1定位信标模块)，分别安装于消防救援水带的两端；
所述服务节点包括接收和解算系统，实时接收所述中继节点发送的信息并解算所述中继节点和单兵节点设备的空间位置信息；具体的解算算法可采用现有技术进行。
蓝牙5.1技术相较于蓝牙5.0，加入了测向功能和厘米级的定位服务，这项功能的加入使得室内的定位会变得更加精准，并且在小物体的位置上也能准确定位避免物品遗失。蓝牙5.1不仅可以检测到特定对象的距离，还可以检测它所在的方向。
进一步的，所述单兵节点设备的蓝牙定位信标模块(优选为蓝牙5.1定位信标模块)与所述中继节点的蓝牙定位信标模块(优选为蓝牙5.1定位信标模块)之间的信息传输使用蓝牙AOA/AOD服务技术，实时不断计算救援单兵人员与中继节点的RSSI和空间角度；
AOA(到达角、接收角)、AOD(出发角、发射角)技术使用了相同的底层，使用发射角(AoD)，发射设备包含一个多天线阵列，通过设备发送特殊的测向信号，然后使用该信号来计算接收信号的方向。
RSSI(Received Signal Strength Indicator)是接收信号的强度指示，通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离，进而根据相应数据进行定位计算的一种定位技术，它的实现是在反向通道基带接收滤波器之后进行的。
所述服务节点与中继节点之间使用蓝牙Mesh技术实时收发定位信息；
蓝牙Mesh网络是用于建立多对多(many：many)设备通信的低能耗蓝牙(BluetoothLow Energy，也称为Bluetooth LE)新的网络拓扑。它允许创建基于多个设备的大型网络，网络可以包含数十台，数百甚至数千台蓝牙Mesh设备，这些设备之间可以相互进行信息的传递。
进一步的，所述单兵节点设备、服务节点均集成有Lora通信模块，单兵节点的Lora通信模块不经过所述中继节点直接与所述服务节点的Lora通信模块进行通信。
进一步的，所述中继节点的2个蓝牙定位信标模块(优选为蓝牙5.1定位信标模块)，分别安装于消防救援水带两端的1/4处。
进一步的，所述单兵节点设备的准确位置信息，与高精度三维室内地图相结合，并显示于所述三维室内地图中，便于实时准确掌握救援人员的室内位置。
进一步的，所述生命体征传感器包括心率传感器、体温传感器、身体形态传感器中的一种或几种。
进一步的，所述单兵节点设备由消防救援人员携带；所述服务节点安装于现场指挥中心或者车台。
本发明还提供了一种基于蓝牙室内定位的消防救援方法，消防救援人员配备上述的单兵节点设备，携带消防水带；消防水带的两端分别配置有所述中继节点的2个蓝牙定位信标模块(优选为蓝牙5.1定位信标模块)；所述服务节点配置在现场指挥中心或者车台；
消防救援人员的位置信息通过单兵节点设备的蓝牙定位信标模块(优选为蓝牙5.1定位信标模块)与中继节点的蓝牙定位信标模块(优选为蓝牙5.1定位信标模块)传输给服务节点，并由服务节点的接收和解算系统解算出消防救援人员的精确位置信息；
消防救援人员通过呼救器模块发出的呼救信号及生命体征传感器的生命体征信号，均通过中继节点传输给服务节点。
进一步的，单兵节点设备及服务节点均配备Lora通信模块，消防救援人员的位置信息、呼救信号、生命体征信号均能不通过中继节点直接传输给服务节点；
当消防救援现场信号阻挡严重时，依靠单兵节点-中继节点-服务节点的信息传送方式；
当消防救援现场信号阻挡不严重时，单兵节点-中继节点-服务节点的信息传送方式和Lora通信方式二者相互印证，提供更准确的消防救援人员信息。
进一步的，所述消防水带的长度为25-50米，2个蓝牙定位信标模块(优选为蓝牙5.1定位信标模块)分别安装于消防水带的后6.25-12.5米处，及消防救援人员手拿水枪处。
本发明的有益效果为：本发明的定位信标集成于单兵节点和中继节点，单兵救援人员携带单兵节点，中继节点绑定于消防水带，服务节点设置于现场指挥中心或车台，大大增加了定位信标灵活性，真正实现全天候、多领域、广层次的消防救援定位体系。此外，当消防救援人员发生意外事件时，可以实时发出呼救信号，或者指挥人员在掌握消防救援人员位置和生命体征信息有异常状况时，服务节点能够借助蓝牙Mesh或者Lora通信技术，实时发出撤退信息，切实保障消防救援人员生命安全，真正打造精准化、智能化和科技化的安全救援模式。革新传统、灵活多样、安全救援。
附图说明
图1所示为本发明实施例基于蓝牙室内定位的消防救援系统的结构示意图。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征，可应用于不同实施例中。
如图1所示，本发明实施例一种基于蓝牙室内定位的消防救援系统，所述系统包括单兵节点设备、中继节点和服务节点：所述单兵节点设备包括蓝牙5.1模块、呼救器模块和生命体征传感器；所述中继节点包括2个蓝牙定位信标模块(优选为蓝牙5.1定位信标模块)，分别安装于消防救援水带的两端；所述服务节点包括接收和解算系统，实时接收所述中继节点发送的信息并解算所述中继节点和单兵节点设备的空间位置信息。所述单兵节点设备由消防救援人员携带；所述服务节点安装于现场指挥中心或者车台。
优选的，所述单兵节点设备的蓝牙定位信标模块(优选为蓝牙5.1定位信标模块)与所述中继节点的蓝牙定位信标模块(优选为蓝牙5.1定位信标模块)之间的信息传输使用蓝牙AOA/AOD服务技术，实时不断计算救援单兵人员与中继节点的RSSI和空间角度；所述服务节点与中继节点之间使用蓝牙Mesh技术实时收发定位信息。
优选的，所述单兵节点设备、服务节点均可进一步集成Lora通信模块，单兵节点的Lora通信模块不经过所述中继节点直接与所述服务节点的Lora通信模块进行通信。
所述中继节点的2个蓝牙定位信标模块(优选为蓝牙5.1定位信标模块)，分别安装于消防救援水带两端的1/4处。
所述单兵节点设备的准确位置信息，可以与高精度三维室内地图相结合，并显示于所述三维室内地图中，便于实时直观准确掌握救援人员的室内位置，便于消防指挥。
优选的，所述生命体征传感器包括心率传感器、体温传感器、身体形态传感器中的一种或几种。
一种基于蓝牙室内定位的消防救援方法，消防救援人员配备上述的单兵节点设备，携带消防水带；消防水带的两端分别配置有所述中继节点的2个蓝牙定位信标模块(优选为蓝牙5.1定位信标模块)；所述服务节点配置在现场指挥中心或者车台；消防救援人员的位置信息通过单兵节点设备的蓝牙定位信标模块(优选为蓝牙5.1定位信标模块)与中继节点的蓝牙定位信标模块(优选为蓝牙5.1定位信标模块)确定，并将消防救援人员的位置信息传输给服务节点；消防救援人员通过呼救器模块发出的呼救信号及生命体征传感器的生命体征信号，均通过中继节点传输给服务节点。
优选的，单兵节点设备及服务节点均进一步配备Lora通信模块，消防救援人员的位置信息、呼救信号、生命体征信号均能不通过中继节点直接传输给服务节点；当消防救援现场信号阻挡严重时，依靠单兵节点-中继节点-服务节点的信息传送方式；当消防救援现场信号阻挡不严重时，“单兵节点-中继节点-服务节点”的信息传送方式和Lora通信方式二者相互印证，提供更准确的消防救援人员信息。
本发明利用了一般不容易想到的消防水带布置蓝牙定位信标，合理组合蓝牙5.1、蓝牙AOA/AOD、蓝牙Mesh、Lora通信技术，达到了很好的技术效果。
本发明的具体应用如下：
在面对室内火灾救援任务时，救援人员配备单兵节点设备，集成蓝牙5.1模块，呼救器模块以及生命体征传感器。消防救援人员进行救援攻坚任务时，携带水带，本方法创新之处在于：例如一盘水带最长是25米，将2个集成蓝牙定位信标模块(优选为蓝牙5.1定位信标模块)的中继节点固定于水带的两端1/4处。由于救援人员手持水带枪的位置相对固定，借助于蓝牙AOA/AOD服务技术，通过不断计算救援单兵人员与中继节点的RSSI和空间角度，突破了以往依托蓝牙信号强度计算人员位置精度不高的局限，实时掌握救援单兵人员相对于水带中继节点的精准位置信息。服务节点安装于现场指挥中心或者车台，能够借助于蓝牙Mesh技术与中继节点实时收发定位信息，结合服务节点位置固定，因而中继节点相对于服务节点的位置信息固定，从而精准的掌握单兵救援人员位置信息，辅助高精度的三维室内地图信息，能够精准掌握消防救援人员位置信息。此外，单兵节点和服务节点都集成Lora通信模块，单兵救援人员的定位信息和体征传感器采集的人员生命体征信息能够实时的通信，规避了传统的定位信标传输距离有限的弊端，丰富了室内定位信息和单兵信息的通信模式。更为创新之处，传统的定位信标需要事先部署，面对突发紧急事件，往往着火建筑未事先部署蓝牙定位信标，无法实现高精度的救援人员定位需求，本方法的定位信标集成于单兵节点和中继节点，单兵救援人员携带单兵节点，中继节点绑定于消防水带，大大增加了定位信标灵活性，真正实现全天候、多领域、广层次的消防救援定位体系。此外，当消防救援人员发生意外事件时，可以实时发出呼救信号，或者指挥人员在掌握消防救援人员位置和生命体征信息有异常状况时，服务节点能够借助蓝牙Mesh或者Lora通信技术，实时发出撤退信息，切实保障消防救援人员生命安全，真正打造精准化、智能化和科技化的安全救援模式。革新传统、灵活多样、安全救援。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (10)

1.一种基于蓝牙室内定位的消防救援系统，其特征在于，所述系统包括单兵节点设备、中继节点和服务节点：
所述单兵节点设备包括蓝牙定位信标模块、呼救器模块和生命体征传感器；
所述中继节点包括2个蓝牙定位信标模块，分别安装于消防救援水带的两端；
所述服务节点包括接收和解算系统，实时接收所述中继节点发送的信息并解算所述中继节点和单兵节点设备的空间位置信息。
2.如权利要求1所述的基于蓝牙室内定位的消防救援系统，其特征在于，
所述单兵节点设备的蓝牙定位信标模块与所述中继节点的蓝牙定位信标模块之间的信息传输使用蓝牙AOA/AOD服务技术，实时不断计算救援单兵人员与中继节点的RSSI和空间角度；
所述服务节点与中继节点之间使用蓝牙Mesh技术实时收发定位信息。
3.如权利要求1所述的基于蓝牙室内定位的消防救援系统，其特征在于，所述单兵节点设备、服务节点均集成有Lora通信模块，单兵节点的Lora通信模块不经过所述中继节点直接与所述服务节点的Lora通信模块进行通信。
4.如权利要求1-3任一项所述的基于蓝牙室内定位的消防救援系统，其特征在于，所述中继节点的2个蓝牙定位信标模块，分别安装于消防救援水带两端的1/4处。
5.如权利要求1-3任一项所述的基于蓝牙室内定位的消防救援系统，其特征在于，所述单兵节点设备的准确位置信息，与高精度三维室内地图相结合，并显示于所述三维室内地图中，便于实时准确掌握救援人员的室内位置。
6.如权利要求1所述的基于蓝牙室内定位的消防救援系统，其特征在于，所述生命体征传感器包括心率传感器、体温传感器、身体形态传感器中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的基于蓝牙室内定位的消防救援系统，其特征在于，所述单兵节点设备由消防救援人员携带；所述服务节点安装于现场指挥中心或者车台。
8.一种基于蓝牙室内定位的消防救援方法，其特征在于，消防救援人员配备如权利要求1-7任一项所述的单兵节点设备，携带消防水带；消防水带的两端分别配置所述中继节点的2个蓝牙定位信标模块；所述服务节点配置于现场指挥中心或者车台；
消防救援人员的位置信息通过单兵节点设备的蓝牙定位信标模块与中继节点的蓝牙定位信标模块传输给服务节点，并由服务节点的接收和解算系统解算出消防救援人员的精确位置信息；
消防救援人员通过呼救器模块发出的呼救信号及生命体征传感器的生命体征信号，均通过中继节点传输给服务节点。
9.如权利要求8所述的基于蓝牙室内定位的消防救援方法，其特征在于，单兵节点设备及服务节点均配备Lora通信模块，消防救援人员的位置信息、呼救信号、生命体征信号均能不通过中继节点直接传输给服务节点；
当消防救援现场信号阻挡严重时，依靠单兵节点-中继节点-服务节点的信息传送方式；
当消防救援现场信号阻挡不严重时，单兵节点-中继节点-服务节点的信息传送方式和Lora通信方式二者相互印证，提供更准确的消防救援人员信息。
10.如权利要求8或9所述的基于蓝牙室内定位的消防救援方法，其特征在于，所述消防水带的长度为25-50米，2个蓝牙定位信标模块分别安装于消防水带的后6.25-12.5米处，及消防救援人员手拿水枪处。
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