CN114200495B - 全任务场景消防员精确定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全任务场景消防员精确定位方法及系统，包括：智能消防栓系统模块：参考定位信标，监测健康状态，探测火情和预测态势，警报和任务指引；可移动式智能参考定位系统模块：参考定位信标，自主定位获取信息，通过IMU单元自主定位获取信息，解算参考定位；可穿戴式单兵定位系统系统：参考定位标签，接收信号解算出精确位置，自主定位获取信息，任务指引，监控生理信息；消防任务监控指挥终端系统模块：监控人员定位，监控和预测火情态势，任务优化和指挥，监控设备状态，显示与控制；中央处理服务器模块：监控信息，优化任务和指引，解算定位，数据库管理。本发明提供了一种对消防人员全任务阶段进行精确定位和任务指引的方法。

Description

全任务场景消防员精确定位方法及系统

技术领域

本发明涉及消防器材技术领域，具体地，涉及一种全任务场景消防员精确定位方法及系统。

背景技术

目前对于消防作业人员定位的方法多种多样，常用的定位方法包括惯性测量单元（IMU）、全球卫星导航系统（GNSS），以及各种室内定位技术。惯性测量单元（IMU）是一种不依赖外部信息，基于自身的加速度、角速度等传感器进行计算，从而确定运动速度、方向和位置等信息，人员室内定位基本都是以IMU为基础，但是其缺点是：误差会随着时间积累，经过长时间后最终误差会变的很大，所以需要外部其他导航源对其修正。全球卫星导航系统（GNSS）通过获取卫星信号，实时解算位置信息，定位数据不会随着时间积累，但是其缺点是：在室内和高楼密集区域信号被遮挡，城市环境还会有多径现象，这些都影响卫星导航系统定位精度和可用性，如果用有误差的卫星导航系统数据去跟微惯导系统融合从而修正微惯导输出，会导致微惯导积分开始的位置就是错误的。RTK (Real Time Kinematic), 即载波相位差分技术，作为对GNSS的补充，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基站采集卫星数据，并通过数据链将其观测值和站点坐标信息一起传送给移动站，而移动站通过对所采集到的卫星数据和接收到的数据链进行实时载波相位差分处理（历时不足一秒），得出厘米级的定位结果。但RTK和GNSS一样，依旧受卫星状况、电离层、数据链传输和对空通视环境的影响。用室内定位的方法，需要预先布置大量的定位信标，增加了成本，同时火灾时这些信标极有可能被烧毁，最终导致无法使用。而消防任务环境复杂多变，因此，很难通过一种或多种定位技术的结合来满足消防作业人员全任务场景的精确定位。

为了解决以上问题，本发明提出了一种针对消防作业全任务场景下对消防作业人员进行精确定位的系统和方法，基于设计的智能消防栓及其他固定或移动定位信标，结合IMU、GNSS、RTK和室内定位技术，实现在各个任务场景下精确定位的无缝连接。

专利文献CN104305984B（申请号：CN201410533425.9）提供消防员生命监测传输系统，解决现有消防器材监测精度低、传输效果不理想，设备繁琐、使用困难，效率较低、消防员无法及时报警和后方指挥人员不能对其进行快速定位而错过救护的最佳时机问题；其方案是，包括心率手环、呼救器和后台接收装置，心率手环佩戴在消防员手腕上，进行实时监测消防员的心率，心率手环监测的数据通过蓝牙无线传输至无线语音呼救器，无线语音呼救器接收的数据再经无线传输至后台接收装置，后台接收装置处理和分析接收到的信号，获悉消防员生命体征参数，后台接收装置经无线信号触发无线语音呼救器报警。但该发明不能针对消防作业全任务场景下对消防作业人员进行精确定位。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种全任务场景消防员精确定位方法及系统。

根据本发明提供的一种全任务场景消防员精确定位系统，包括：

智能消防栓系统模块：参考定位信标，监测健康状态信息，探测火情和预测态势，警报和任务指引，电源管理；

可移动式智能参考定位系统模块：参考定位信标，通过GNSS和RTK技术自主定位获取信息，通过IMU单元自主定位获取信息，解算参考定位，电源管理；

可穿戴式单兵定位系统系统：参考定位标签，通过GNSS接收信号解算出精确位置，通过IMU单元自主定位获取信息，任务指引，电源管理，监控生理信息；

消防任务监控指挥终端系统模块：监控人员定位，监控和预测火情态势，任务优化和指挥，监控设备状态，显示与控制；

中央处理服务器模块：监控信息，优化任务，任务指引，解算单兵定位，设备管理，数据库管理。

优选地，在所述智能消防栓系统模块中：

i)通信模块：负责通过自由式组网的方式建立和维持各个智能消防栓系统之间、以及智能消防栓系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位信标模块：基于所载消防栓自身位置信息作为定位参考，通过相应的定位技术确定被定位者的相对位置，提供定位，在采用不同的定位技术下，参考定位信标模块将做相应技术的参考信标；

iii)健康监测模块：将对装载有该智能消防栓系统的消防栓的健康状态信息进行采集和监控，并监测模块自身的状态信息，并将所有监控信息通过通信模块传送至中央处理服务器，以便于维护；

iv)火情探测和态势预测模块：包含有对周围温度、湿度、烟雾浓度及流向、风向风速进行监控的传感器设备，通过监控的火情信息对态势加以分析预测，并将监控和预测信息通过通信模块传送至中央处理服务器；

v)警报和任务指引模块：包含有警示设备，基于火情探测信息对周围人员通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式进行警报，并通过与中央处理器的通信，通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式为作业人员提供相应的搜救和撤离指引；

vi)电源管理模块：为智能消防栓系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对太阳能、建筑电源和工作电池的充电和供电状态进行管理；

该智能消防栓系统通过相应地设计，通过包括粘贴、镶嵌、支架、挂载的多种方式安装于现有的消防栓上，并对消防栓的状态信息进行监控；装载该智能消防栓系统的消防栓需基于定位、测绘、建筑物信息和地理信息手段确定位置信息，信息将被记录于智能消防栓系统数据库，并驻留于中央处理器和其他系统中；该系统也能够装载于其他类似于消防栓，具备长期固定、数量适合的其他装置上，包括消防水龙头、安全出口标识、建筑物特征位置。

优选地，在所述可移动式智能参考定位系统模块中：

可移动式智能参考定位系统包含有如下模块：

i)通信模块：通过自由式组网的方式建立和维持各个可移动式智能参考定位系统之间、以及可移动式智能参考定位系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位信标模块：基于自身位置信息，作为定位参考，通过相应的定位技术确定被定位者的相对位置，为定位提供位置、速度和方向信息；在采用不同的定位技术下，参考定位信标模块将做相应技术的参考信标；

iii)GNSS与RTK模块：通过GNSS和RTK技术自主定位获取自身位置、速度和方向信息，并于自身的IMU模块融合，为作业人员定位提供位置参考；

iv)IMU模块：通过一个或多个IMU单元自主定位，获取自身位置、速度和方向信息，并于自身的GNSS与IMU模块融合，为作业人员定位提供位置参考；

v)参考定位解算模块：基于装载有该可移动式智能参考定位系统的载体的几何特征和装载位置以及作业人员与该可移动式智能参考定位系统的相对位置，解算出消防作业人员的具体位置、移动速度和方向；

vi)电源管理模块：为可移动式智能参考定位系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对系统和电池的充电和供电状态进行管理；

可移动式智能参考定位系统装载于包括目标物的特征位置，并通过自身的定位模块获取目标物的位置信息；

装载有可移动式智能参考定位系统的包括车辆、建筑物和道路设施的装载平台的几何信息及其已知或可解算的精确位置信息、装载点在该装载平台上的相对几何关系这些信息将被记录于智能参考定位系统数据库，并驻留于中央处理器及相关系统。

优选地，在所述可穿戴式单兵定位系统模块中：

可穿戴式单兵定位系统包含有如下模块：

i)通信模块：通过自由式组网的方式建立和维持各个可穿戴式单兵定位系统之间、以及可穿戴式单兵定位系统与各个智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位标签模块：根据智能消防栓系统或可移动式智能参考定位系统中的参考定位信标模块所采用的定位技术，被定位者参考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，与智能消防栓系统或可移动式智能参考定位系统中的参考定位信标模块和解算模块共同确定被定位者相对于消防栓或可移动智能参考定位系统的装载平台的实时位置和运动状态，确定被定位者在惯性系下的实时绝对位置和运动状态；

iii)GNSS模块：通过GNSS天线接收导航卫星的信号解算出被定位者的精确位置，并于其他单兵定位系统的定位模块融合，提供定位精度；

iv)IMU模块：通过一个或多个IMU单元自主定位，获取自身位置、速度和方向信息，并通过其他单兵定位系统的定位模块融合，对IMU进行融合和校准；

v)任务指引模块：通过与中央处理器的通信，通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式为作业人员提供相应的指引；

vi)电源管理模块：为可穿戴式单兵定位系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息和作业者的穿戴情况，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对系统和电池的充电和供电状态进行管理；

vii)生理信息监控模块：对作业人员的生理状态包括血压、心率、呼吸进行监测和记录；

实施任务的被定位者配备有可穿戴式单兵定位系统，该可穿戴式系统及设备挂载于或内置于被定位者的头盔、衣服和靴子，或者戴在被定位者的四肢和躯干部位；

优选地，在所述消防任务监控指挥终端系统模块中：

消防任务监控指挥终端系统包含如下模块：

i)通信模块：通过自由式组网的方式建立和维持各个消防任务监控指挥终端系统之间、以及消防任务监控指挥终端系统与各个智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、可穿戴式单兵定位系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)人员定位监控模块：对作业人员的位置、移动速度和生理状况信息进行持续的跟踪和监控，并对紧急情况发出警告；

iii)火情态势监控和预测模块：基于智能消防栓系统探测和监控的火情相关信息，包括周围温度、湿度、烟雾浓度及流向、风向风速，对火情态势加以预判，用以支持任务的优化和指挥；

iv)任务优化和指挥模块：基于火情态势的监控和预测，结合被定位者的位置和状态，优化搜救、灭火和撤离任务，并将指令传达至作业人员；

v)设备状态监控模块：集中搜集由智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、可穿戴式单兵定位系统、以及中央处理器是各个模块和设备的状态信息，并加以监控，确保系统的有效运行；

vi)显示与控制模块：集成监控信息，通过可视化的方式将信息呈现，并提供相应的控制功能；

消防任务监控指挥终端系统驻留于不同的平台和操作系统上，包括服务器、PC机、掌上电子设备；

消防任务监控指挥终端系统独立于中央处理服务器，或者集成于中央处理服务器。

优选地，在所述中央处理服务器模块中：

i)通信模块：通过自由式组网的方式建立和维持中央处理服务器与各个消防任务监控指挥终端系统、智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、和可穿戴式单兵定位系统之间的通信；

ii)信息监控模块：主要对各个系统周围环境、火情、态势信息进行监控，并协助各个电源管理模块管理系统工作状态；

iii)任务优化模块：为消防任务监控指挥终端系统的任务优化和指挥模块提供解算支持；

iv)任务指引模块：为消防任务监控指挥终端系统的任务优化和指挥模块提供解算支持，并将指引信号传输至智能消防栓系统和可穿戴式单兵定位系统；

v)单兵定位解算模块：集中单兵定位系统中各个定位导航源的相关数据，支持单兵定位系统解算出位置和运动信息；

vi)设备管理模块：监控其他系统和设备的运行状态和配置信息；

vii)数据库管理模块：对其他系统所需的数据库信息进行配置和管理；

单兵定位解算模块能够驻留于可穿戴式单兵定位系统中；任务优化和任务指引模块能够驻留于消防任务监控指挥终端系统中。

根据本发明提供的一种全任务场景消防员精确定位方法，包括：

步骤S1：智能消防栓系统进行固定式参考定位，并对火情进行检测和任务指挥，将信息发送至中央处理服务器；

步骤S2：可移动式智能定位参考系统进行可移动式参考定位，并将状态检测与中央服务器进行通信；

步骤S3：可穿戴式单兵定位系统系统与智能消防栓系统进行固定式参考定位，与可移动式智能定位参考系统进行可移动式参考定位，并将信息与中央服务器进行传输；

步骤S4：消防任务监控指挥终端系统与智能消防栓系统进行火情监测和任务指挥，将人员定位和火情监测和任务指挥和状态检测与中央服务器进行信息传输。

优选地，在所述步骤S1中：

i)通信：负责通过自由式组网的方式建立和维持各个智能消防栓系统之间、以及智能消防栓系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位信标：基于所载消防栓自身位置信息作为定位参考，通过相应的定位技术确定被定位者的相对位置，提供定位，在采用不同的定位技术下，将做相应技术的参考信标；

iii)健康监测：将对装载有该智能消防栓系统的消防栓的健康状态信息进行采集和监控，并监测自身的状态信息，并将所有监控信息通过通信传送至中央处理服务器，以便于维护；

iv)火情探测和态势预测：包含有对周围温度、湿度、烟雾浓度及流向、风向风速进行监控的传感器设备，通过监控的火情信息对态势加以分析预测，并将监控和预测信息通过通信传送至中央处理服务器；

v)警报和任务指引：包含有警示设备，基于火情探测信息对周围人员通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式进行警报，并通过与中央处理器的通信，通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式为作业人员提供相应的搜救和撤离指引；

vi)电源管理：为智能消防栓系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对太阳能、建筑电源和工作电池的充电和供电状态进行管理；

该智能消防栓系统通过相应地设计，通过包括粘贴、镶嵌、支架、挂载的多种方式安装于现有的消防栓上，并对消防栓的状态信息进行监控；装载该智能消防栓系统的消防栓需基于定位、测绘、建筑物信息和地理信息手段确定位置信息，信息将被记录于智能消防栓系统数据库，并驻留于中央处理器和其他系统中；该系统也能够装载于其他类似于消防栓，具备长期固定、数量适合的其他装置上，包括消防水龙头、安全出口标识、建筑物特征位置。

优选地，在所述步骤S2中：

可移动式智能参考定位系统包含有如下步骤：

i)通信：通过自由式组网的方式建立和维持各个可移动式智能参考定位系统之间、以及可移动式智能参考定位系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位信标：基于自身位置信息，作为定位参考，通过相应的定位技术确定被定位者的相对位置，为定位提供位置、速度和方向信息；在采用不同的定位技术下，将做相应技术的参考信标；

iii)GNSS与RTK：通过GNSS和RTK技术自主定位获取自身位置、速度和方向信息，并与IMU共同运作，为作业人员定位提供位置参考；

iv)IMU：通过一个或多个IMU单元自主定位，获取自身位置、速度和方向信息，GNSS与IMU共同运作，为作业人员定位提供位置参考；

v)参考定位解算：基于装载有该可移动式智能参考定位系统的载体的几何特征和装载位置以及作业人员与该可移动式智能参考定位系统的相对位置，解算出消防作业人员的具体位置、移动速度和方向；

vi)电源管理：为可移动式智能参考定位系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对系统和电池的充电和供电状态进行管理；

可移动式智能参考定位系统装载于包括目标物的特征位置，并通过自身的定位获取目标物的位置信息；

装载有可移动式智能参考定位系统的包括车辆、建筑物和道路设施的装载平台的几何信息及其已知或可解算的精确位置信息、装载点在该装载平台上的相对几何关系这些信息将被记录于智能参考定位系统数据库，并驻留于中央处理器及相关系统。

优选地，在所述步骤S3中：

在所述可穿戴式单兵定位系统中：

可穿戴式单兵定位系统包含有如下步骤：

i)通信：通过自由式组网的方式建立和维持各个可穿戴式单兵定位系统之间、以及可穿戴式单兵定位系统与各个智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位标签：根据智能消防栓系统或可移动式智能参考定位系统中的参考定位信标所采用的定位技术，被定位者参考定位标签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，与智能消防栓系统或可移动式智能参考定位系统中的参考定位信标和解算共同确定被定位者相对于消防栓或可移动智能参考定位系统的装载平台的实时位置和运动状态，确定被定位者在惯性系下的实时绝对位置和运动状态；

iii)GNSS：通过GNSS天线接收导航卫星的信号解算出被定位者的精确位置，并于其他单兵定位系统的定位共同运作，提供定位精度；

iv)IMU：通过一个或多个IMU单元自主定位，获取自身位置、速度和方向信息，并通过其他单兵定位系统的定位共同运作，对IMU进行融合和校准；

v)任务指引：通过与中央处理器的通信，通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式为作业人员提供相应的指引；

vi)电源管理：为可穿戴式单兵定位系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息和作业者的穿戴情况，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对系统和电池的充电和供电状态进行管理；

vii)生理信息监控：对作业人员的生理状态包括血压、心率、呼吸进行监测和记录；

实施任务的被定位者配备有可穿戴式单兵定位系统，该可穿戴式系统及设备挂载于或内置于被定位者的头盔、衣服和靴子，或者戴在被定位者的四肢和躯干部位；

优选地，在所述步骤S4中：

消防任务监控指挥终端系统包含如下步骤：

i)通信：通过自由式组网的方式建立和维持各个消防任务监控指挥终端系统之间、以及消防任务监控指挥终端系统与各个智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、可穿戴式单兵定位系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)人员定位监控：对作业人员的位置、移动速度和生理状况信息进行持续的跟踪和监控，并对紧急情况发出警告；

iii)火情态势监控和预测：基于智能消防栓系统探测和监控的火情相关信息，包括周围温度、湿度、烟雾浓度及流向、风向风速，对火情态势加以预判，用以支持任务的优化和指挥；

iv)任务优化和指挥：基于火情态势的监控和预测，结合被定位者的位置和状态，优化搜救、灭火和撤离任务，并将指令传达至作业人员；

v)设备状态监控：集中搜集由智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、可穿戴式单兵定位系统、以及中央处理器是各个步骤和设备的状态信息，并加以监控，确保系统的有效运行；

vi)显示与控制：集成监控信息，通过可视化的方式将信息呈现，并提供相应的控制功能；

消防任务监控指挥终端系统驻留于不同的平台和操作系统上，包括服务器、PC机、掌上电子设备；

消防任务监控指挥终端系统独立于中央处理服务器，或者集成于中央处理服务器。

优选地，中央处理服务器包含如下步骤：

i)通信：通过自由式组网的方式建立和维持中央处理服务器与各个消防任务监控指挥终端系统、智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、和可穿戴式单兵定位系统之间的通信；

ii)信息监控：主要对各个系统周围环境、火情、态势信息进行监控，并协助各个电源管理管理系统工作状态；

iii)任务优化：为消防任务监控指挥终端系统的任务优化和指挥提供解算支持；

iv)任务指引：为消防任务监控指挥终端系统的任务优化和指挥提供解算支持，并将指引信号传输至智能消防栓系统和可穿戴式单兵定位系统；

v)单兵定位解算：集中单兵定位系统中各个定位导航源的相关数据，支持单兵定位系统解算出位置和运动信息；

vi)设备管理：监控其他系统和设备的运行状态和配置信息；

vii)数据库管理：对其他系统所需的数据库信息进行配置和管理；

单兵定位解算能够驻留于可穿戴式单兵定位系统中；任务优化和任务指引能够驻留于消防任务监控指挥终端系统中。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供了一种可对消防人员全任务阶段进行精确定位的系统和方法，并可探测火灾状况、预测火灾态势，为消防作业人员提供任务指引；

2、本发明通过判断导航源的可用性和性能，提出了一种可满足消防作业人员全任务场景下无缝连接的定位系统和方法；

3、本发明不改变现有的消防救援流程，也不需要对消防作业人员进行额外的培训；

4、本发明同时可以监控现有的消防设施的状态，从而降低了人工巡查成本，能够及时发现不正常状态，避免延误救火时机；

5、本发明在消火救援过程中，可优化救援任务，最大程度上保证消防人员和人民的生命和财产安全，提高消火救援效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为智能消防栓系统图；

图2为可移动式智能参考定位系统图；

图3为可穿戴式单兵定位系统图；

图4为消防任务监控指挥终端系统图；

图5为中央处理服务器图；

图6为架构示意图；

图7为定位功能示意图；

图8为定位功能流程图；

图9为系统之间的通信所支持的功能示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

根据本发明提供的一种全任务场景消防员精确定位系统，如图1-图9所示，包括：

智能消防栓系统模块：参考定位信标，监测健康状态信息，探测火情和预测态势，警报和任务指引，电源管理；

可移动式智能参考定位系统模块：参考定位信标，通过GNSS和RTK技术自主定位获取信息，通过IMU单元自主定位获取信息，解算参考定位，电源管理；

可穿戴式单兵定位系统系统：参考定位标签，通过GNSS接收信号解算出精确位置，通过IMU单元自主定位获取信息，任务指引，电源管理，监控生理信息；

消防任务监控指挥终端系统模块：监控人员定位，监控和预测火情态势，任务优化和指挥，监控设备状态，显示与控制；

中央处理服务器模块：监控信息，优化任务，任务指引，解算单兵定位，设备管理，数据库管理。

具体地，在所述智能消防栓系统模块中：

i)通信模块：负责通过自由式组网的方式建立和维持各个智能消防栓系统之间、以及智能消防栓系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位信标模块：基于所载消防栓自身位置信息作为定位参考，通过相应的定位技术确定被定位者的相对位置，提供定位，在采用不同的定位技术下，参考定位信标模块将做相应技术的参考信标；

iii)健康监测模块：将对装载有该智能消防栓系统的消防栓的健康状态信息进行采集和监控，并监测模块自身的状态信息，并将所有监控信息通过通信模块传送至中央处理服务器，以便于维护；

iv)火情探测和态势预测模块：包含有对周围温度、湿度、烟雾浓度及流向、风向风速进行监控的传感器设备，通过监控的火情信息对态势加以分析预测，并将监控和预测信息通过通信模块传送至中央处理服务器；

v)警报和任务指引模块：包含有警示设备，基于火情探测信息对周围人员通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式进行警报，并通过与中央处理器的通信，通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式为作业人员提供相应的搜救和撤离指引；

vi)电源管理模块：为智能消防栓系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对太阳能、建筑电源和工作电池的充电和供电状态进行管理；

该智能消防栓系统通过相应地设计，通过包括粘贴、镶嵌、支架、挂载的多种方式安装于现有的消防栓上，并对消防栓的状态信息进行监控；装载该智能消防栓系统的消防栓需基于定位、测绘、建筑物信息和地理信息手段确定位置信息，信息将被记录于智能消防栓系统数据库，并驻留于中央处理器和其他系统中；该系统也能够装载于其他类似于消防栓，具备长期固定、数量适合的其他装置上，包括消防水龙头、安全出口标识、建筑物特征位置。

具体地，在所述可移动式智能参考定位系统模块中：

可移动式智能参考定位系统包含有如下模块：

i)通信模块：通过自由式组网的方式建立和维持各个可移动式智能参考定位系统之间、以及可移动式智能参考定位系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位信标模块：基于自身位置信息，作为定位参考，通过相应的定位技术确定被定位者的相对位置，为定位提供位置、速度和方向信息；在采用不同的定位技术下，参考定位信标模块将做相应技术的参考信标；

iii)GNSS与RTK模块：通过GNSS和RTK技术自主定位获取自身位置、速度和方向信息，并于自身的IMU模块融合，为作业人员定位提供位置参考；

iv)IMU模块：通过一个或多个IMU单元自主定位，获取自身位置、速度和方向信息，并于自身的GNSS与IMU模块融合，为作业人员定位提供位置参考；

v)参考定位解算模块：基于装载有该可移动式智能参考定位系统的载体的几何特征和装载位置以及作业人员与该可移动式智能参考定位系统的相对位置，解算出消防作业人员的具体位置、移动速度和方向；

vi)电源管理模块：为可移动式智能参考定位系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对系统和电池的充电和供电状态进行管理；

可移动式智能参考定位系统装载于包括目标物的特征位置，并通过自身的定位模块获取目标物的位置信息；

装载有可移动式智能参考定位系统的包括车辆、建筑物和道路设施的装载平台的几何信息及其已知或可解算的精确位置信息、装载点在该装载平台上的相对几何关系这些信息将被记录于智能参考定位系统数据库，并驻留于中央处理器及相关系统。

具体地，在所述可穿戴式单兵定位系统模块中：

可穿戴式单兵定位系统包含有如下模块：

i)通信模块：通过自由式组网的方式建立和维持各个可穿戴式单兵定位系统之间、以及可穿戴式单兵定位系统与各个智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位标签模块：根据智能消防栓系统或可移动式智能参考定位系统中的参考定位信标模块所采用的定位技术，被定位者参考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，与智能消防栓系统或可移动式智能参考定位系统中的参考定位信标模块和解算模块共同确定被定位者相对于消防栓或可移动智能参考定位系统的装载平台的实时位置和运动状态，确定被定位者在惯性系下的实时绝对位置和运动状态；

iii)GNSS模块：通过GNSS天线接收导航卫星的信号解算出被定位者的精确位置，并于其他单兵定位系统的定位模块融合，提供定位精度；

iv)IMU模块：通过一个或多个IMU单元自主定位，获取自身位置、速度和方向信息，并通过其他单兵定位系统的定位模块融合，对IMU进行融合和校准；

v)任务指引模块：通过与中央处理器的通信，通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式为作业人员提供相应的指引；

vi)电源管理模块：为可穿戴式单兵定位系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息和作业者的穿戴情况，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对系统和电池的充电和供电状态进行管理；

vii)生理信息监控模块：对作业人员的生理状态包括血压、心率、呼吸进行监测和记录；

实施任务的被定位者配备有可穿戴式单兵定位系统，该可穿戴式系统及设备挂载于或内置于被定位者的头盔、衣服和靴子，或者戴在被定位者的四肢和躯干部位；

具体地，在所述消防任务监控指挥终端系统模块中：

消防任务监控指挥终端系统包含如下模块：

i)通信模块：通过自由式组网的方式建立和维持各个消防任务监控指挥终端系统之间、以及消防任务监控指挥终端系统与各个智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、可穿戴式单兵定位系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)人员定位监控模块：对作业人员的位置、移动速度和生理状况信息进行持续的跟踪和监控，并对紧急情况发出警告；

iii)火情态势监控和预测模块：基于智能消防栓系统探测和监控的火情相关信息，包括周围温度、湿度、烟雾浓度及流向、风向风速，对火情态势加以预判，用以支持任务的优化和指挥；

iv)任务优化和指挥模块：基于火情态势的监控和预测，结合被定位者的位置和状态，优化搜救、灭火和撤离任务，并将指令传达至作业人员；

v)设备状态监控模块：集中搜集由智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、可穿戴式单兵定位系统、以及中央处理器是各个模块和设备的状态信息，并加以监控，确保系统的有效运行；

vi)显示与控制模块：集成监控信息，通过可视化的方式将信息呈现，并提供相应的控制功能；

消防任务监控指挥终端系统驻留于不同的平台和操作系统上，包括服务器、PC机、掌上电子设备；

消防任务监控指挥终端系统独立于中央处理服务器，或者集成于中央处理服务器。

具体地，在所述中央处理服务器模块中：

i)通信模块：通过自由式组网的方式建立和维持中央处理服务器与各个消防任务监控指挥终端系统、智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、和可穿戴式单兵定位系统之间的通信；

ii)信息监控模块：主要对各个系统周围环境、火情、态势信息进行监控，并协助各个电源管理模块管理系统工作状态；

iii)任务优化模块：为消防任务监控指挥终端系统的任务优化和指挥模块提供解算支持；

iv)任务指引模块：为消防任务监控指挥终端系统的任务优化和指挥模块提供解算支持，并将指引信号传输至智能消防栓系统和可穿戴式单兵定位系统；

v)单兵定位解算模块：集中单兵定位系统中各个定位导航源的相关数据，支持单兵定位系统解算出位置和运动信息；

vi)设备管理模块：监控其他系统和设备的运行状态和配置信息；

vii)数据库管理模块：对其他系统所需的数据库信息进行配置和管理；

单兵定位解算模块能够驻留于可穿戴式单兵定位系统中；任务优化和任务指引模块能够驻留于消防任务监控指挥终端系统中。

实施例2：

实施例2为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。

本领域技术人员可以将本发明提供的一种全任务场景消防员精确定位方法，理解为全任务场景消防员精确定位系统的具体实施方式，即所述全任务场景消防员精确定位系统可以通过执行所述全任务场景消防员精确定位方法的步骤流程予以实现。

根据本发明提供的一种全任务场景消防员精确定位方法，包括：

步骤S1：智能消防栓系统进行固定式参考定位，并对火情进行检测和任务指挥，将信息发送至中央处理服务器；

步骤S2：可移动式智能定位参考系统进行可移动式参考定位，并将状态检测与中央服务器进行通信；

步骤S3：可穿戴式单兵定位系统系统与智能消防栓系统进行固定式参考定位，与可移动式智能定位参考系统进行可移动式参考定位，并将信息与中央服务器进行传输；

步骤S4：消防任务监控指挥终端系统与智能消防栓系统进行火情监测和任务指挥，将人员定位和火情监测和任务指挥和状态检测与中央服务器进行信息传输。

具体地，在所述步骤S1中：

i)通信：负责通过自由式组网的方式建立和维持各个智能消防栓系统之间、以及智能消防栓系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位信标：基于所载消防栓自身位置信息作为定位参考，通过相应的定位技术确定被定位者的相对位置，提供定位，在采用不同的定位技术下，将做相应技术的参考信标；

iii)健康监测：将对装载有该智能消防栓系统的消防栓的健康状态信息进行采集和监控，并监测自身的状态信息，并将所有监控信息通过通信传送至中央处理服务器，以便于维护；

iv)火情探测和态势预测：包含有对周围温度、湿度、烟雾浓度及流向、风向风速进行监控的传感器设备，通过监控的火情信息对态势加以分析预测，并将监控和预测信息通过通信传送至中央处理服务器；

v)警报和任务指引：包含有警示设备，基于火情探测信息对周围人员通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式进行警报，并通过与中央处理器的通信，通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式为作业人员提供相应的搜救和撤离指引；

vi)电源管理：为智能消防栓系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对太阳能、建筑电源和工作电池的充电和供电状态进行管理；

该智能消防栓系统通过相应地设计，通过包括粘贴、镶嵌、支架、挂载的多种方式安装于现有的消防栓上，并对消防栓的状态信息进行监控；装载该智能消防栓系统的消防栓需基于定位、测绘、建筑物信息和地理信息手段确定位置信息，信息将被记录于智能消防栓系统数据库，并驻留于中央处理器和其他系统中；该系统也能够装载于其他类似于消防栓，具备长期固定、数量适合的其他装置上，包括消防水龙头、安全出口标识、建筑物特征位置。

具体地，在所述步骤S2中：

可移动式智能参考定位系统包含有如下步骤：

i)通信：通过自由式组网的方式建立和维持各个可移动式智能参考定位系统之间、以及可移动式智能参考定位系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位信标：基于自身位置信息，作为定位参考，通过相应的定位技术确定被定位者的相对位置，为定位提供位置、速度和方向信息；在采用不同的定位技术下，将做相应技术的参考信标；

iii)GNSS与RTK：通过GNSS和RTK技术自主定位获取自身位置、速度和方向信息，并与IMU共同运作，为作业人员定位提供位置参考；

iv)IMU：通过一个或多个IMU单元自主定位，获取自身位置、速度和方向信息，GNSS与IMU共同运作，为作业人员定位提供位置参考；

v)参考定位解算：基于装载有该可移动式智能参考定位系统的载体的几何特征和装载位置以及作业人员与该可移动式智能参考定位系统的相对位置，解算出消防作业人员的具体位置、移动速度和方向；

vi)电源管理：为可移动式智能参考定位系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对系统和电池的充电和供电状态进行管理；

可移动式智能参考定位系统装载于包括目标物的特征位置，并通过自身的定位获取目标物的位置信息；

装载有可移动式智能参考定位系统的包括车辆、建筑物和道路设施的装载平台的几何信息及其已知或可解算的精确位置信息、装载点在该装载平台上的相对几何关系这些信息将被记录于智能参考定位系统数据库，并驻留于中央处理器及相关系统。

具体地，在所述步骤S3中：

在所述可穿戴式单兵定位系统中：

可穿戴式单兵定位系统包含有如下步骤：

i)通信：通过自由式组网的方式建立和维持各个可穿戴式单兵定位系统之间、以及可穿戴式单兵定位系统与各个智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位标签：根据智能消防栓系统或可移动式智能参考定位系统中的参考定位信标所采用的定位技术，被定位者参考定位标签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，与智能消防栓系统或可移动式智能参考定位系统中的参考定位信标和解算共同确定被定位者相对于消防栓或可移动智能参考定位系统的装载平台的实时位置和运动状态，确定被定位者在惯性系下的实时绝对位置和运动状态；

iii)GNSS：通过GNSS天线接收导航卫星的信号解算出被定位者的精确位置，并于其他单兵定位系统的定位共同运作，提供定位精度；

iv)IMU：通过一个或多个IMU单元自主定位，获取自身位置、速度和方向信息，并通过其他单兵定位系统的定位共同运作，对IMU进行融合和校准；

v)任务指引：通过与中央处理器的通信，通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式为作业人员提供相应的指引；

vi)电源管理：为可穿戴式单兵定位系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息和作业者的穿戴情况，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对系统和电池的充电和供电状态进行管理；

vii)生理信息监控：对作业人员的生理状态包括血压、心率、呼吸进行监测和记录；

实施任务的被定位者配备有可穿戴式单兵定位系统，该可穿戴式系统及设备挂载于或内置于被定位者的头盔、衣服和靴子，或者戴在被定位者的四肢和躯干部位；

具体地，在所述步骤S4中：

消防任务监控指挥终端系统包含如下步骤：

i)通信：通过自由式组网的方式建立和维持各个消防任务监控指挥终端系统之间、以及消防任务监控指挥终端系统与各个智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、可穿戴式单兵定位系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)人员定位监控：对作业人员的位置、移动速度和生理状况信息进行持续的跟踪和监控，并对紧急情况发出警告；

iii)火情态势监控和预测：基于智能消防栓系统探测和监控的火情相关信息，包括周围温度、湿度、烟雾浓度及流向、风向风速，对火情态势加以预判，用以支持任务的优化和指挥；

iv)任务优化和指挥：基于火情态势的监控和预测，结合被定位者的位置和状态，优化搜救、灭火和撤离任务，并将指令传达至作业人员；

v)设备状态监控：集中搜集由智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、可穿戴式单兵定位系统、以及中央处理器是各个步骤和设备的状态信息，并加以监控，确保系统的有效运行；

vi)显示与控制：集成监控信息，通过可视化的方式将信息呈现，并提供相应的控制功能；

消防任务监控指挥终端系统驻留于不同的平台和操作系统上，包括服务器、PC机、掌上电子设备；

消防任务监控指挥终端系统独立于中央处理服务器，或者集成于中央处理服务器。

具体地，中央处理服务器包含如下步骤：

i)通信：通过自由式组网的方式建立和维持中央处理服务器与各个消防任务监控指挥终端系统、智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、和可穿戴式单兵定位系统之间的通信；

ii)信息监控：主要对各个系统周围环境、火情、态势信息进行监控，并协助各个电源管理管理系统工作状态；

iii)任务优化：为消防任务监控指挥终端系统的任务优化和指挥提供解算支持；

iv)任务指引：为消防任务监控指挥终端系统的任务优化和指挥提供解算支持，并将指引信号传输至智能消防栓系统和可穿戴式单兵定位系统；

v)单兵定位解算：集中单兵定位系统中各个定位导航源的相关数据，支持单兵定位系统解算出位置和运动信息；

vi)设备管理：监控其他系统和设备的运行状态和配置信息；

vii)数据库管理：对其他系统所需的数据库信息进行配置和管理；

单兵定位解算能够驻留于可穿戴式单兵定位系统中；任务优化和任务指引能够驻留于消防任务监控指挥终端系统中。

实施例3：

实施例3为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。

该系统和方法由若干个智能消防栓系统、若干个可移动式智能参考定位系统、若干个可穿戴式单兵定位系统、若干个监控指挥终端系统和一个中央处理服务器组成。架构示意图如图6：

其中：

1)智能消防栓系统具备如下特征：

a)智能消防栓系统包括有如下模块：

i)通信模块：该模块负责通过自由式组网的方式建立和维持各个智能消防栓系统之间、以及智能消防栓系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信。通信方式包括但不限于蓝牙、WiFi、LoRA、电信网络等技术和频段。

ii)参考定位信标模块：该模块基于所载消防栓自身精确的位置信息，作为定位参考，通过相应的定位技术确定消防人员的相对位置，为消防人员提供精确的定位。采用该参考定位信标模块进行人员定位的技术和选项包括但不限于蓝牙Beacon定位、蓝牙AoA定位、蓝牙AoD定位、Zigbee定位、wifi定位、红外定位、红外织网定位、超声波定位、RFID定位、UWB定位、LED可见光定位等。在采用不同的定位技术下，该参考定位信标模块将做相应技术的参考信标。

iii)健康监测模块：该模块将对装载有该智能消防栓系统的消防栓的健康状态信息如水压、温度、水流等加以采集和监控，并监测模块自身的状态信息，如工作模式、电源状态等，并将所有监控信息通过通信模块传送至中央处理服务器，以便于维护。

iv)火情探测和态势预测模块：该模块包含有对周围温度、湿度、烟雾浓度及流向、风向风速等进行监控的传感器设备，其通过监控的火情信息对其态势加以分析预测，并将监控和预测信息通过通信模块传送至中央处理服务器。

v)警报和任务指引模块：该模块包含有扬声器、灯、显示屏等警示设备，该模块基于火情探测信息对周围人员通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形等方式进行警报，并通过与中央处理器的通信，通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形等方式为消防作业人员提供相应的搜救和撤离指引。

vi)电源管理模块：该模块为智能消防栓系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对太阳能、建筑电源和工作电池的充电和供电状态进行管理。

b)该智能消防栓系统通过相应地设计，可通过包括且不限于粘贴、镶嵌、支架、挂载等多种方式安装于现有的消防栓上。并可对消防栓的状态信息进行监控。

c)装载该智能消防栓系统的消防栓需基于定位、测绘、建筑物信息和地理信息等手段确定其精确的位置信息，该信息将被记录于智能消防栓系统数据库，并驻留于中央处理器和其他系统中。

d)该系统亦可装载于其他类似于消防栓，具备长期固定、数量适合的其他装置上，包括且不限于消防水龙头、安全出口标识、建筑物特征位置如门、窗、角、楼道、楼梯等。

2)可移动式智能参考定位系统具备如下特征：

a)可移动式智能参考定位系统包含有如下模块：

i)通信模块：该模块通过自由式组网的方式建立和维持各个可移动式智能参考定位系统之间、以及可移动式智能参考定位系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信。通信方式包括但不限于蓝牙、WiFi、LoRA、电信网络等技术和频段。

ii)参考定位信标模块：该模块基于自身精确的位置信息，作为定位参考，通过相应的定位技术确定消防人员的相对位置，为消防人员定位提供精确的位置、速度和方向信息。采用该参考定位信标模块进行人员定位的技术和选项包括但不限于蓝牙Beacon定位、蓝牙AoA定位、蓝牙AoD定位、Zigbee定位、wifi定位、红外定位、红外织网定位、超声波定位、RFID定位、UWB定位、LED可见光定位等。在采用不同的定位技术下，该参考定位信标模块将做相应技术的参考信标。

iii)GNSS与RTK模块：该模块通过GNSS和RTK技术自主定位，获取自身精确的位置、速度和方向信息。并于自身的IMU模块融合，以达到更高的精度，为消防作业人员定位提供精确的位置参考。

iv)IMU模块：该模块通过一个或多个IMU单元自主定位，获取自身精确的位置、速度和方向信息。并于自身的GNSS与IMU模块融合，以达到更高的精度，为消防作业人员定位提供精确的位置参考。

v)参考定位解算模块：该模块基于装载有该可移动式智能参考定位系统的载体的几何特征、装载位置、以及消防作业人员与该可移动式智能参考定位系统的相对位置来解算出消防作业人员的具体位置、移动速度和方向。

vi)电源管理模块：该模块为可移动式智能参考定位系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对系统和电池的充电和供电状态进行管理。

b)该可移动式智能参考定位系统可装载于包括且不限于车辆、建筑物、道路设施等的特征位置，并通过自身的定位模块获取其精确的位置信息。

c)可装载有可移动式智能参考定位系统的包括且不限于车辆、建筑物和道路设施等装载平台的几何信息及其已知或可解算的精确位置信息、装载点在该装载平台上的相对几何关系等信息将被记录于智能参考定位系统数据库，并驻留于中央处理器及相关系统。

3)可穿戴式单兵定位系统具备如下特征：

a)可穿戴式单兵定位系统包含有如下模块：

i)通信模块：该模块通过自由式组网的方式建立和维持各个可穿戴式单兵定位系统之间、以及可穿戴式单兵定位系统与各个智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信。通信方式包括但不限于蓝牙、WiFi、LoRA、电信网络等技术和频段。

ii)参考定位标签模块：该模块根据智能消防栓系统或可移动式智能参考定位系统中的参考定位信标模块所采用的定位技术，该消防人员参考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，与智能消防栓系统或可移动式智能参考定位系统中的参考定位信标模块和解算模块共同确定消防人员相对于消防栓或可移动智能参考定位系统的装载平台的实时位置和运动状态。进一步，确定消防人员在惯性系下的实时绝对位置和运动状态。

iii)GNSS模块：该模块通过GNSS天线接收导航卫星的信号解算出消防人员的精确位置，并于其他单兵定位系统的定位模块融合，提供定位精度。

iv)IMU模块：该模块通过一个或多个IMU单元自主定位，获取自身精确的位置、速度和方向信息，并通过其他单兵定位系统的定位模块融合，对IMU进行融合和校准。

v)任务指引模块：该模块通过与中央处理器的通信，通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形等方式为消防作业人员提供相应的搜救和撤离指引。

vi)电源管理模块：该模块为可穿戴式单兵定位系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息和消防员的穿戴情况，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对系统和电池的充电和供电状态进行管理。

vii)生理信息监控模块：该模块可对该消防作业人员的血压、心率、呼吸等生理状态进行监测和记录。

b)实施消防救援任务的消防人员配备有可穿戴式单兵定位系统。该可穿戴式系统及设备可挂载于或内置于消防人员的头盔、衣服和靴子，也可戴在消防人员的四肢和躯干部位。

4)消防任务监控指挥终端系统具备如下特征：

a)消防任务监控指挥终端系统包含如下模块：

i)通信模块：该模块通过自由式组网的方式建立和维持各个消防任务监控指挥终端系统之间、以及消防任务监控指挥终端系统与各个智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、可穿戴式单兵定位系统、中央处理服务器之间的通信。通信方式包括但不限于蓝牙、WiFi、LoRA、电信网络等技术和频段。

ii)人员定位监控模块：该模块对消防作业人员的位置、移动速度和生理状况等信息进行持续的跟踪和监控，并对紧急情况发出警告。

iii)火情态势监控和预测模块：该模块基于智能消防栓系统探测和监控的火情相关信息，包括周围温度、湿度、烟雾浓度及流向、风向风速等，对火情态势加以预判，用以支持消防任务的优化和指挥。

iv)任务优化和指挥模块：该模块基于火情态势的监控和预测，结合消防人员的位置和状态，优化搜救、灭火和撤离任务，并将指令传达至消防作业人员。

v)设备状态监控模块：该模块集中搜集由智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、可穿戴式单兵定位系统、以及中央处理器是各个模块和设备的状态信息，并对其加以监控，确保系统的有效运行。

vi)显示与控制模块：该模块集成以上监控信息，通过可视化的方式将信息呈现，并提供相应的控制功能。

b)消防任务监控指挥终端系统可驻留于服务器、PC机、掌上电子设备等不同的平台和操作系统上。

c)消防任务监控指挥终端系统可独立于中央处理服务器，也可以集成于中央处理服务器。

5)中央处理服务器具备如下特征：

a)中央处理服务器包含如下模块：

i)通信模块：该模块通过自由式组网的方式建立和维持中央处理服务器与各个消防任务监控指挥终端系统、智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、和可穿戴式单兵定位系统之间的通信。通信方式包括但不限于蓝牙、WiFi、LoRA、电信网络等技术和频段。

ii)信息监控模块：该模块主要对各个系统周围环境、火情、态势等信息进行监控，并协助各个电源管理模块管理系统工作状态。

iii)任务优化模块：为消防任务监控指挥终端系统的任务优化和指挥模块提供解算支持。

iv)任务指引模块：为消防任务监控指挥终端系统的任务优化和指挥模块提供解算支持，并将指引信号传输至智能消防栓系统和可穿戴式单兵定位系统。

v)单兵定位解算模块：该模块集中单兵定位系统中各个定位导航源的相关数据，支持单兵定位系统解算出精确的位置和运动信息。

vi)设备管理模块：该模块监控其他系统和设备的运行状态和配置信息。

vii)数据库管理模块：该模块对其他系统所需的数据库信息进行配置和管理。

b)单兵定位解算模块亦可驻留于可穿戴式单兵定位系统中。

c)任务优化和任务指引模块亦可驻留于消防任务监控指挥终端系统中。

在上述所列的各个系统和模块的相互作用下，本发明所提的系统和方法的主要功能是在全任务场景下对消防员进行精确定位，同时具备通信、指挥和监控的功能。

1)定位功能

该系统和方法针对消防员的定位用到了IMU、GNSS、基于固定式智能消防栓系统的相对定位技术（以下简称固定式参考定位）、基于可移动式智能参考定位系统的相对定位技术（以下简称移动式参考定位）等，该系统和方法的定位功能将判断和评估各个导航源的可用性和质量，建立导航解算规则，来计算出消防作业人员的精确位置、速度和方向信息。

具体地，其定位更新模式包括：

固定式参考定位+移动式参考定位+GNSS+IMU

固定式参考定位+移动式参考定位+IMU

移动式参考定位+GNSS+IMU

固定式参考定位+GNSS+IMU

移动式参考定位+IMU

固定式参考定位+IMU

GNSS+IMU

IMU

该系统和方法考虑了对以上各个定位更新模式下定位精度以及定位精度随时间的变化关系，以保证在不同任务场景下定位精度对任务执行的影响。其流程如图8所示：

2)通信功能

该系统和方法的通信功能采用自由式组网的方式，以保证任意两个通信节点之间的数据传输的可靠性，从而提高了通信的鲁棒性。

各个系统之间的通信所支持的功能如图9所示：

3)指挥功能

该系统和方法通过火情监测、态势预测以及消防人员实时定位的信息，优化消防救援的各个任务环节，并做出指挥和控制。

4)监控功能

该系统和方法可对人员的实时位置和生理状态、以及系统和设备的健康状态加以监控，更加有效地保证消防救援的效果。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种全任务场景消防员精确定位系统，其特征在于，包括：

智能消防栓系统模块：参考定位信标，监测健康状态信息，探测火情和预测态势，警报和任务指引，电源管理；

可移动式智能参考定位系统模块：参考定位信标，通过GNSS和RTK技术自主定位获取信息，通过IMU单元自主定位获取信息，解算参考定位，电源管理；

可穿戴式单兵定位系统：参考定位标签，通过GNSS接收信号解算出精确位置，通过IMU单元自主定位获取信息，任务指引，电源管理，监控生理信息；

消防任务监控指挥终端系统模块：监控人员定位，监控和预测火情态势，任务优化和指挥，监控设备状态，显示与控制；

中央处理服务器模块：监控信息，优化任务，任务指引，解算单兵定位，设备管理，数据库管理；

可穿戴式单兵定位系统与智能消防栓系统进行固定式参考定位，与可移动式智能定位参考系统进行可移动式参考定位，并将信息与中央服务器进行传输；消防任务监控指挥终端系统与智能消防栓系统进行火情监测和任务指挥，将人员定位和火情监测和任务指挥和状态检测与中央服务器进行信息传输；

在所述智能消防栓系统模块中：

i)通信模块：负责通过自由式组网的方式建立和维持各个智能消防栓系统之间、以及智能消防栓系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位信标模块：基于所载消防栓自身位置信息作为定位参考，通过相应的定位技术确定被定位者的相对位置，提供定位，在采用不同的定位技术下，参考定位信标模块将做相应技术的参考信标；

iii)健康监测模块：将对装载有该智能消防栓系统的消防栓的健康状态信息进行采集和监控，并监测模块自身的状态信息，并将所有监控信息通过通信模块传送至中央处理服务器，以便于维护；

iv)火情探测和态势预测模块：包含有对周围温度、湿度、烟雾浓度及流向、风向风速进行监控的传感器设备，通过监控的火情信息对态势加以分析预测，并将监控和预测信息通过通信模块传送至中央处理服务器；

v)警报和任务指引模块：包含有警示设备，基于火情探测信息对周围人员通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式进行警报，并通过与中央处理器的通信，通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式为作业人员提供相应的搜救和撤离指引；

vi)电源管理模块：为智能消防栓系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对太阳能、建筑电源和工作电池的充电和供电状态进行管理；

该智能消防栓系统通过相应地设计，通过包括粘贴、镶嵌、支架、挂载的多种方式安装于现有的消防栓上，并对消防栓的状态信息进行监控；装载该智能消防栓系统的消防栓需基于定位、测绘、建筑物信息和地理信息手段确定位置信息，信息将被记录于智能消防栓系统数据库，并驻留于中央处理器和其他系统中；该系统也能够装载于其他类似于消防栓，具备长期固定、数量适合的其他装置上，包括消防水龙头、安全出口标识、建筑物特征位置；

在所述可移动式智能参考定位系统模块中：

可移动式智能参考定位系统包含有如下模块：

i)通信模块：通过自由式组网的方式建立和维持各个可移动式智能参考定位系统之间、以及可移动式智能参考定位系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位信标模块：基于自身位置信息，作为定位参考，通过相应的定位技术确定被定位者的相对位置，为定位提供位置、速度和方向信息；在采用不同的定位技术下，参考定位信标模块将做相应技术的参考信标；

iii)GNSS与RTK模块：通过GNSS和RTK技术自主定位获取自身位置、速度和方向信息，并于自身的IMU模块融合，为作业人员定位提供位置参考；

iv)IMU模块：通过一个或多个IMU单元自主定位，获取自身位置、速度和方向信息，并于自身的GNSS与IMU模块融合，为作业人员定位提供位置参考；

v)参考定位解算模块：基于装载有该可移动式智能参考定位系统的载体的几何特征和装载位置以及作业人员与该可移动式智能参考定位系统的相对位置，解算出消防作业人员的具体位置、移动速度和方向；

vi)电源管理模块：为可移动式智能参考定位系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对系统和电池的充电和供电状态进行管理；

可移动式智能参考定位系统装载于包括目标物的特征位置，并通过自身的定位模块获取目标物的位置信息；

装载有可移动式智能参考定位系统的包括车辆、建筑物和道路设施的装载平台的几何信息及其已知或可解算的精确位置信息、装载点在该装载平台上的相对几何关系这些信息将被记录于智能参考定位系统数据库，并驻留于中央处理器及相关系统；

在所述可穿戴式单兵定位系统模块中：

可穿戴式单兵定位系统包含有如下模块：

i)通信模块：通过自由式组网的方式建立和维持各个可穿戴式单兵定位系统之间、以及可穿戴式单兵定位系统与各个智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位标签模块：根据智能消防栓系统或可移动式智能参考定位系统中的参考定位信标模块所采用的定位技术，被定位者参考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，与智能消防栓系统或可移动式智能参考定位系统中的参考定位信标模块和解算模块共同确定被定位者相对于消防栓或可移动智能参考定位系统的装载平台的实时位置和运动状态，确定被定位者在惯性系下的实时绝对位置和运动状态；

iii)GNSS模块：通过GNSS天线接收导航卫星的信号解算出被定位者的精确位置，并于其他单兵定位系统的定位模块融合，提供定位精度；

iv)IMU模块：通过一个或多个IMU单元自主定位，获取自身位置、速度和方向信息，并通过其他单兵定位系统的定位模块融合，对IMU进行融合和校准；

v)任务指引模块：通过与中央处理器的通信，通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式为作业人员提供相应的指引；

vi)电源管理模块：为可穿戴式单兵定位系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息和作业者的穿戴情况，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对系统和电池的充电和供电状态进行管理；

vii)生理信息监控模块：对作业人员的生理状态包括血压、心率、呼吸进行监测和记录；

实施任务的被定位者配备有可穿戴式单兵定位系统，该可穿戴式单兵定位系统及设备挂载于或内置于被定位者的头盔、衣服和靴子，或者戴在被定位者的四肢和躯干部位；

在所述消防任务监控指挥终端系统模块中：

消防任务监控指挥终端系统包含如下模块：

i)通信模块：通过自由式组网的方式建立和维持各个消防任务监控指挥终端系统之间、以及消防任务监控指挥终端系统与各个智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、可穿戴式单兵定位系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)人员定位监控模块：对作业人员的位置、移动速度和生理状况信息进行持续的跟踪和监控，并对紧急情况发出警告；

iii)火情态势监控和预测模块：基于智能消防栓系统探测和监控的火情相关信息，包括周围温度、湿度、烟雾浓度及流向、风向风速，对火情态势加以预判，用以支持任务的优化和指挥；

iv)任务优化和指挥模块：基于火情态势的监控和预测，结合被定位者的位置和状态，优化搜救、灭火和撤离任务，并将指令传达至作业人员；

v)设备状态监控模块：集中搜集由智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、可穿戴式单兵定位系统、以及中央处理器是各个模块和设备的状态信息，并加以监控，确保系统的有效运行；

vi)显示与控制模块：集成监控信息，通过可视化的方式将信息呈现，并提供相应的控制功能；

消防任务监控指挥终端系统驻留于不同的平台和操作系统上，包括服务器、PC机、掌上电子设备；

消防任务监控指挥终端系统独立于中央处理服务器，或者集成于中央处理服务器；

在所述中央处理服务器模块中：

i)通信模块：通过自由式组网的方式建立和维持中央处理服务器与各个消防任务监控指挥终端系统、智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、和可穿戴式单兵定位系统之间的通信；

ii)信息监控模块：主要对各个系统周围环境、火情、态势信息进行监控，并协助各个电源管理模块管理系统工作状态；

iii)任务优化模块：为消防任务监控指挥终端系统的任务优化和指挥模块提供解算支持；

iv)任务指引模块：为消防任务监控指挥终端系统的任务优化和指挥模块提供解算支持，并将指引信号传输至智能消防栓系统和可穿戴式单兵定位系统；

v)单兵定位解算模块：集中单兵定位系统中各个定位导航源的相关数据，支持单兵定位系统解算出位置和运动信息；

vi)设备管理模块：监控其他系统和设备的运行状态和配置信息；

vii)数据库管理模块：对其他系统所需的数据库信息进行配置和管理；

单兵定位解算模块能够驻留于可穿戴式单兵定位系统中；任务优化和任务指引模块能够驻留于消防任务监控指挥终端系统中。

2.一种全任务场景消防员精确定位方法，其特征在于，采用权利要求1所述的全任务场景消防员精确定位系统，包括：

步骤S1：智能消防栓系统进行固定式参考定位，并对火情进行检测和任务指挥，将信息发送至中央处理服务器；

步骤S2：可移动式智能定位参考系统进行可移动式参考定位，并将状态检测与中央服务器进行通信；

步骤S3：可穿戴式单兵定位系统与智能消防栓系统进行固定式参考定位，与可移动式智能定位参考系统进行可移动式参考定位，并将信息与中央服务器进行传输；

步骤S4：消防任务监控指挥终端系统与智能消防栓系统进行火情监测和任务指挥，将人员定位和火情监测和任务指挥和状态检测与中央服务器进行信息传输。

3.根据权利要求2所述的全任务场景消防员精确定位方法，其特征在于，在所述步骤S1中：

i)通信：负责通过自由式组网的方式建立和维持各个智能消防栓系统之间、以及智能消防栓系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位信标：基于所载消防栓自身位置信息作为定位参考，通过相应的定位技术确定被定位者的相对位置，提供定位，在采用不同的定位技术下，将做相应技术的参考信标；

iii)健康监测：将对装载有该智能消防栓系统的消防栓的健康状态信息进行采集和监控，并监测自身的状态信息，并将所有监控信息通过通信传送至中央处理服务器，以便于维护；

iv)火情探测和态势预测：包含有对周围温度、湿度、烟雾浓度及流向、风向风速进行监控的传感器设备，通过监控的火情信息对态势加以分析预测，并将监控和预测信息通过通信传送至中央处理服务器；

v)警报和任务指引：包含有警示设备，基于火情探测信息对周围人员通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式进行警报，并通过与中央处理器的通信，通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式为作业人员提供相应的搜救和撤离指引；

vi)电源管理：为智能消防栓系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对太阳能、建筑电源和工作电池的充电和供电状态进行管理；

该智能消防栓系统通过相应地设计，通过包括粘贴、镶嵌、支架、挂载的多种方式安装于现有的消防栓上，并对消防栓的状态信息进行监控；装载该智能消防栓系统的消防栓需基于定位、测绘、建筑物信息和地理信息手段确定位置信息，信息将被记录于智能消防栓系统数据库，并驻留于中央处理器和其他系统中；该系统也能够装载于其他类似于消防栓，具备长期固定、数量适合的其他装置上，包括消防水龙头、安全出口标识、建筑物特征位置。

4.根据权利要求2所述的全任务场景消防员精确定位方法，其特征在于，在所述步骤S2中：

可移动式智能参考定位系统包含有如下步骤：

i)通信：通过自由式组网的方式建立和维持各个可移动式智能参考定位系统之间、以及可移动式智能参考定位系统与各个单兵定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位信标：基于自身位置信息，作为定位参考，通过相应的定位技术确定被定位者的相对位置，为定位提供位置、速度和方向信息；在采用不同的定位技术下，将做相应技术的参考信标；

iii)GNSS与RTK：通过GNSS和RTK技术自主定位获取自身位置、速度和方向信息，并与IMU共同运作，为作业人员定位提供位置参考；

iv)IMU：通过一个或多个IMU单元自主定位，获取自身位置、速度和方向信息，GNSS与IMU共同运作，为作业人员定位提供位置参考；

v)参考定位解算：基于装载有该可移动式智能参考定位系统的载体的几何特征和装载位置以及作业人员与该可移动式智能参考定位系统的相对位置，解算出消防作业人员的具体位置、移动速度和方向；

vi)电源管理：为可移动式智能参考定位系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对系统和电池的充电和供电状态进行管理；

可移动式智能参考定位系统装载于包括目标物的特征位置，并通过自身的定位获取目标物的位置信息；

装载有可移动式智能参考定位系统的包括车辆、建筑物和道路设施的装载平台的几何信息及其已知或可解算的精确位置信息、装载点在该装载平台上的相对几何关系这些信息将被记录于智能参考定位系统数据库，并驻留于中央处理器及相关系统。

5.根据权利要求2所述的全任务场景消防员精确定位方法，其特征在于：

在所述步骤S3中：

在所述可穿戴式单兵定位系统中：

可穿戴式单兵定位系统包含有如下步骤：

i)通信：通过自由式组网的方式建立和维持各个可穿戴式单兵定位系统之间、以及可穿戴式单兵定位系统与各个智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、消防任务监控指挥终端系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)参考定位标签：根据智能消防栓系统或可移动式智能参考定位系统中的参考定位信标所采用的定位技术，被定位者参考定位标签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，与智能消防栓系统或可移动式智能参考定位系统中的参考定位信标和解算共同确定被定位者相对于消防栓或可移动智能参考定位系统的装载平台的实时位置和运动状态，确定被定位者在惯性系下的实时绝对位置和运动状态；

iii)GNSS：通过GNSS天线接收导航卫星的信号解算出被定位者的精确位置，并于其他单兵定位系统的定位共同运作，提供定位精度；

iv)IMU：通过一个或多个IMU单元自主定位，获取自身位置、速度和方向信息，并通过其他单兵定位系统的定位共同运作，对IMU进行融合和校准；

v)任务指引：通过与中央处理器的通信，通过不限于语音、警铃、灯光、文字、图形的方式为作业人员提供相应的指引；

vi)电源管理：为可穿戴式单兵定位系统提供电源管理，基于周边环境的监测信息和作业者的穿戴情况，对系统的工作状态和休眠状态进行控制，并对系统和电池的充电和供电状态进行管理；

vii)生理信息监控：对作业人员的生理状态包括血压、心率、呼吸进行监测和记录；

实施任务的被定位者配备有可穿戴式单兵定位系统，该可穿戴式单兵定位系统及设备挂载于或内置于被定位者的头盔、衣服和靴子，或者戴在被定位者的四肢和躯干部位；

在所述步骤S4中：

消防任务监控指挥终端系统包含如下步骤：

i)通信：通过自由式组网的方式建立和维持各个消防任务监控指挥终端系统之间、以及消防任务监控指挥终端系统与各个智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、可穿戴式单兵定位系统、中央处理服务器之间的通信；

ii)人员定位监控：对作业人员的位置、移动速度和生理状况信息进行持续的跟踪和监控，并对紧急情况发出警告；

iii)火情态势监控和预测：基于智能消防栓系统探测和监控的火情相关信息，包括周围温度、湿度、烟雾浓度及流向、风向风速，对火情态势加以预判，用以支持任务的优化和指挥；

iv)任务优化和指挥：基于火情态势的监控和预测，结合被定位者的位置和状态，优化搜救、灭火和撤离任务，并将指令传达至作业人员；

v)设备状态监控：集中搜集由智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、可穿戴式单兵定位系统、以及中央处理器是各个步骤和设备的状态信息，并加以监控，确保系统的有效运行；

vi)显示与控制：集成监控信息，通过可视化的方式将信息呈现，并提供相应的控制功能；

消防任务监控指挥终端系统驻留于不同的平台和操作系统上，包括服务器、PC机、掌上电子设备；

消防任务监控指挥终端系统独立于中央处理服务器，或者集成于中央处理服务器。

6.根据权利要求2所述的全任务场景消防员精确定位方法，其特征在于：

中央处理服务器包含如下步骤：

i)通信：通过自由式组网的方式建立和维持中央处理服务器与各个消防任务监控指挥终端系统、智能消防栓系统、可移动式智能参考定位系统、和可穿戴式单兵定位系统之间的通信；

ii)信息监控：主要对各个系统周围环境、火情、态势信息进行监控，并协助各个电源管理系统工作状态；

iii)任务优化：为消防任务监控指挥终端系统的任务优化和指挥提供解算支持；

iv)任务指引：为消防任务监控指挥终端系统的任务优化和指挥提供解算支持，并将指引信号传输至智能消防栓系统和可穿戴式单兵定位系统；

v)单兵定位解算：集中单兵定位系统中各个定位导航源的相关数据，支持单兵定位系统解算出位置和运动信息；

vi)设备管理：监控其他系统和设备的运行状态和配置信息；

vii)数据库管理：对其他系统所需的数据库信息进行配置和管理；

单兵定位解算能够驻留于可穿戴式单兵定位系统中；任务优化和任务指引能够驻留于消防任务监控指挥终端系统中。

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