CN115497238B - 基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导方法及系统 - Google Patents

基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115497238B
CN115497238B CN202210698489.9A CN202210698489A CN115497238B CN 115497238 B CN115497238 B CN 115497238B CN 202210698489 A CN202210698489 A CN 202210698489A CN 115497238 B CN115497238 B CN 115497238B
Authority
CN
China
Prior art keywords
evacuation
point
area
personnel
path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210698489.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115497238A (zh
Inventor
刘洪永
颜晗
范围宇
罗劭翔
朱国庆
宋霏
王玉珊
李振
杨建敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology CUMT
Original Assignee
China University of Mining and Technology CUMT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology CUMT filed Critical China University of Mining and Technology CUMT
Priority to CN202210698489.9A priority Critical patent/CN115497238B/zh
Publication of CN115497238A publication Critical patent/CN115497238A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115497238B publication Critical patent/CN115497238B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B7/00—Signalling systems according to more than one of groups G08B3/00 - G08B6/00; Personal calling systems according to more than one of groups G08B3/00 - G08B6/00
    • G08B7/06—Signalling systems according to more than one of groups G08B3/00 - G08B6/00; Personal calling systems according to more than one of groups G08B3/00 - G08B6/00 using electric transmission, e.g. involving audible and visible signalling through the use of sound and light sources
    • G08B7/066—Signalling systems according to more than one of groups G08B3/00 - G08B6/00; Personal calling systems according to more than one of groups G08B3/00 - G08B6/00 using electric transmission, e.g. involving audible and visible signalling through the use of sound and light sources guiding along a path, e.g. evacuation path lighting strip
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0252—Radio frequency fingerprinting
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/50—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor of still image data
    • G06F16/51—Indexing; Data structures therefor; Storage structures
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/70—Arrangements for image or video recognition or understanding using pattern recognition or machine learning
    • G06V10/74—Image or video pattern matching; Proximity measures in feature spaces
    • G06V10/761—Proximity, similarity or dissimilarity measures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04H—BROADCAST COMMUNICATION
    • H04H20/00—Arrangements for broadcast or for distribution combined with broadcast
    • H04H20/53—Arrangements specially adapted for specific applications, e.g. for traffic information or for mobile receivers
    • H04H20/59—Arrangements specially adapted for specific applications, e.g. for traffic information or for mobile receivers for emergency or urgency
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/40—Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Fire Alarms (AREA)

Abstract

本申请提供一种基于Wi‑Fi探针的被动定位与疏散引导方法及系统，其技术要点是，根据公共区域结构建立2D平面图，并根据防火分区或其他要求划分多个区域；在区域内部署含Wi‑Fi探针模块的应急照明装置，等间距选取参考点，建立区域离线指纹数据库；当人员进入待定位区域后，获取所携带的用户智能设备信息，计算用户的位置，并统计区域人员数量，生成区域人员分布热力图；未接收到火灾报警信号时，依据区域人员分布热力图可以进行热流量管理和风险识别，收到火灾报警信号后根据人流量和疏散点的分布规划疏散路径；控制信号传输至多色智能疏散指示标志和消防应急广播，引导人员疏散。

Description

基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导方法及系统
技术领域
本申请涉及人员定位技术和避障规划技术领域，特别涉及一种基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导方法及系统。
背景技术
定位技术可以确定人员的实时位置，目前常用的定位技术是 GPS全球定位系统、北斗定位系统等室外定位系统，这些系统可以提供精准的室外定位，但是由于建筑物的遮挡，这些室外定位系统在室内的定位精度会受到影响，公共区域由于建筑物复杂、人流量较大，室外定位技术的定位精度无法满足公共区域人员定位与人流量监控的需求。而公共区域由于建筑环境复杂，可燃物种类繁多，存在较大火灾隐患，一旦发生火灾，室内人员对公共区域的不熟悉，加之火灾的恐慌心理，室内人员在疏散时可能会向错误的方向进行疏散，并且由于人的从众心理，可能会造成某一安全出口拥堵、其他安全出口闲置的情况，导致疏散不及时，造成重大人员伤亡事故。目前常用的疏散指导手段是疏散指示标志，但由于公共区域起火位置的随机性，该手段对于安全疏散的指导作用不足，目前缺乏有效系统来实现对公共区域的人员进行定位并在火灾时可以对不同区域人员规划合理疏散路径并进行指引。
发明内容
本申请各示例性实施例提供一种基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导方法及系统，以低成本的优势解决上述背景技术中提到的问题。
本申请各示例性实施例提供一种基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导方法，该方法包括：S1，根据公共区域结构建立2D平面图，并根据防火分区或其他要求划分多个区域；S2，在区域内部署含Wi-Fi探针模块的应急照明装置，等间距选取参考点，建立区域离线指纹数据库；S3，当人员进入待定位区域后，获取所携带的用户智能设备信息，计算用户的位置，并统计区域人员数量，生成区域人员分布热力图；S4，未接收到火灾报警信号时，依据区域人员分布热力图可以进行热流量管理和风险识别，收到火灾报警信号后根据人流量和疏散点的分布规划疏散路径；S5，控制信号传输至多色智能疏散指示标志和消防应急广播，引导人员疏散。
在一实施例中，所述步骤S2包括：在公共区域内按预设要求布设含Wi-Fi探针模块的应急照明装置；在公共区域内等间隔选取参考点，获得每个参考点的信息；将获取的信息上传至控制主机，建立参考点无线信号强度信息与位置信息的对应关系，生成区域的离线指纹数据库。
在一实施例中，所述步骤S3包括：当人员携带智能设备进入区域后，Wi-Fi探针自动获取智能设备的数据信息，通过Wi-Fi被动定位算法获得精准的位置数据，上传至控制主机，统计每个区域内的人员数量；其中，所述Wi-Fi被动定位算法在获取用户第一个估计位置后，计算后续位置时引入运动步长限制条件，根据人的默认步行速度与Wi-Fi探针取样间隔，计算人的运动步长，以当前位置点为圆心，步长为半径，确定下一位置点的可能圆形范围，在圆形范围内使用算法进行下一位置定位计算，包括：
采用余弦相似度近邻算法进行位置计算，余弦相似度为将Wi-Fi探针获取的数据信息当作一个向量(RSSI1,RSSI2,……RSSIn)与离线指纹数据库的指纹向量进行余弦相似度计算，匹配出余弦值最接近1的K(K>2)个指纹向量，并输出指纹向量的位置点坐标，对这K个位置点坐标进行加权处理，权重系数为/>最终得到估计坐标/>其中，A，B为两个属性向量，Ai，Bi为向量A和B的各分量；cosθi为待定位指纹向量与第i个指纹向量的余弦相似度；ωi为权重系数； (xi,yi)为余弦相似度较高的第i个指纹向量的坐标。
在一实施例中，所述步骤S4包括：S4.1,利用公共区域人员被动定位系统建立的公共区域2D平面图，采用相同的区域划分，提取平面图中不同区域内障碍物的边界，对平面图进行编辑，标记多级疏散点，将数据储存在控制主机中并进行显示；S4.2,控制主机根据火灾手动报警装置的信号对着火区域进行标记，将该区域视为障碍物，规划疏散路径时避开着火区域，由人员分布热力图计算各疏散区域的人数，智能选择多级疏散点；S4.3,通过安全疏散引导算法确定不同区域的疏散路径；S4.4,根据路径信息将信号传递至多色智能疏散指示标志和消防应急广播，引导人员安全疏散。
在一实施例中，所述步骤S4.1中，根据建筑物内的不同区域，按照建筑复杂程度设置多级疏散点，将楼梯间及连通室外的安全出口设为1级疏散点，室内疏散走廊设为2级疏散点，建筑房间出口设为3级疏散点，按需求设立多级疏散点。
在一实施例中所述步骤S4.3中，所述安全疏散引导算法采用虚拟疏散点人工势场法避障算法，疏散路径规划起点为各区域的最低级疏散点，路径终点为1级疏散点，按照3-2-1的等级顺序分段进行路径规划；其中，所述人工势场法避障算法采用虚拟疏散点提高额外引力来逃离局部最小值，并且设置虚拟疏散点前引入位置判断过程，即判断局部最小值与疏散点的位置关系，如果局部最小值点位于疏散点的左上方或右下方，则以局部最小值点与疏散点的连线为参考线，以局部最小值点为基点，将参考线顺时针旋转120°，在长度等于局部最小值点与疏散点之间距离的位置处设置虚拟疏散点；如果局部最小值点位于疏散点的左下方或右上方，则以局部最小值点与疏散点的连线为参考线，以局部最小值点为基点，将参考线逆时针旋转120°，在长度等于局部最小值点与疏散点之间距离的位置处设置虚拟疏散点，忽略原始疏散点的引力，保留障碍物的斥力，计算虚拟引力和斥力的矢量和，通过虚拟合力将路径点拉出局部最小值，包括：所述人工势场法避障算法采用二次均值平滑处理方法减少路径震荡，即对相邻两个路径点坐标求取平均值来获取新的路径点，使用新的路径点替代原路径中的相邻两个路径点，减少路径点数量，提升路径的简洁程度。当规划路径到达1级疏散点时通过二次均值处理将路径点数量减少75％，最终路径点为
其中，i，yi为原第i个路径点的x坐标与y坐标。
根据本申请的另一方面，提供一种基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导系统，该系统包括包括人员被动定位模块，所述人员被动定位模块包括人员定位模块与热力图生成模块；所述人员定位模块包括Wi-Fi探针、控制主机、接收天线和发射天线或传输线路，所述Wi-Fi探针集成在应急照明装置中，发射天线与接收天线固定在所述应急照明装置的表面，所述人员定位模块配置为采用消防应急电源供电，采用智能定位算法获得用户位置；所述热力图生成模块配置为显示区域内的人员分布情况，并统计区域内人员总数量。
在一实施例中，包括安全疏散引导模块，所述安全疏散引导模块包括，包括控制主机、多色智能疏散指示标志与消防应急广播，所述多色智能疏散指示标志包括红色LED灯组、绿色LED灯组、接收天线或传输线路、控制器、前显示面板和外壳；所述红色、绿色LED灯组并排放置在疏散指示标志中，控制器通过接收天线或传输线路接收的控制主机的控制信号，每个LED灯组均与控制器进行电连接，由控制器控制各灯组的启闭，红色表示不可疏散的危险区域，绿色指引疏散方向。
在一实施例中，所述安全疏散引导模块配置为采用安全疏散引导方法，利用公共区域人员被动定位系统建立的公共区域2D平面图，对公共区域进行划分，确定多级疏散点，提取障碍物边界，用均匀分布的质点代替障碍物，对不同区域的疏散路径进行分别计算，然后将控制信号传递至多色智能疏散指示标志和消防应急广播，输出为声光信号引导人员进行疏散。
在一实施例中，所述安全疏散引导模块还配置为可以根据区域内的人员数量选择多个安全的疏散点，进行分向指引，避免疏散堵塞。
本申请具有如下有益效果：
本申请的被动式定位方法无需智能设备进行操作便可获取设备的RSSI信息，并且不会获取智能设备的隐私信息，具有较好隐蔽性和安全性；定位算法采用余弦相似度近邻算法并加入运动步长限制条件，相比基础算法定位精度更高、定位速度更快；区域人员分布热力图可以清晰直观的显示公共场所内不同区域的人员数量和分布情况，进行人流量管控和危险行为识别；
公共区域安全疏散引导系统基于人员分布热力图和避障算法规划火灾时的疏散路径，与公共区域人员被动定位系统相互协作，可以在火灾时为室内人员规划不同的安全疏散路径，避免错误疏散和疏散拥堵，控制主机规划出疏散路线后，通过多色智能疏散指示标志与消防应急广播引导疏散。在该方法中，采用分级方法对疏散区域和疏散点进行等级划分，按照等级顺序分段进行路径规划，提高路径规划的成功率，采用虚拟疏散点人工势场法进行路径规划，精确迅速的避开危险区域与障碍物，确定疏散路径，并提出二次均值平滑处理的方法使路径更加简洁直观，通过多色智能疏散指示标志与消防应急广播将路径信息传递给室内人员，引导安全疏散，提高安全疏散效率；
应急照明装置是消防规范中强制要求安装的消防设施，在应急照明装置中加入Wi-Fi探针模块，结合公共区域已有的Wi-Fi热点，布设成本低廉，并采用隐蔽性较高、安全性较好的被动定位方式和疏散指导方法，本发明针对公共区域的实际场景，创新性的提出了公共区域人员被动定位与公共区域安全疏散引导系统，实现了对公共区域人员分布的精确掌控，进行区域人流量管理和风险识别，提出了安全疏散引导方法，相比于传统疏散指示标志具有更高的适用性，系统精确程度高，运行速度快，更加智能的引导公共区域人员进行安全疏散；
结合被动定位技术，实现Wi-Fi探针与应急照明装置的低成本结合，利用本发明中提出的Wi-Fi被动定位算法，得到公共区域人员位置信息，同时生成区域人员分布热力图，从而便于公共区域人流量管理。公共区域安全疏散引导系统基于区域人员分布热力图，结合本发明提出的安全疏散引导方法，对疏散区域和疏散点进行分级划分，从而在火灾时规划不同区域的疏散路径，利用多色智能疏散指示标志和消防应急广播引导人员安全疏散。本发明通过公共区域人员被动定位与安全疏散引导系统，实现了公共区域人流量管理，提高了火灾疏散效率，减小火灾伤亡。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明的公共区域人员被动定位与安全疏散指导系统结构示意图；
图2为本发明的公共区域人员被动定位与安全疏散指导系统工作流程示意图；
图3为本发明的公共区域人员被动定位系统工作流程示意图；
图4为本发明的Wi-Fi被动定位方法的运行流程示意图；
图5为本发明的公共区域安全疏散引导系统工作流程示意图；
图6为本发明的安全疏散引导方法的运行流程示意图；
图7为本发明的多色智能疏散指示标志结构示意图紧急制动构造样式图。
具体实施方式
下面将结合本申请较佳实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，本发明给出了一种公共区域人员被动定位与安全疏散指导系统，包括公共区域的Wi-Fi探针，所述Wi-Fi探针集成在应急照明装置中，由消防电源供电，包括接收天线和发射天线或传输线路；所述控制主机包括接收模块、处理模块、显示模块和输出模块；疏散引导装置包括多色智能疏散指示标志和消防应急广播。
Wi-Fi探针的接收天线可以获取用户智能设备RSSI信息，发射天线或传输线路可以将获取的信息传输到控制主机。
控制主机的接收模块可以接收Wi-Fi探针获取的信息和火灾报警信号，处理模块对信息进行处理，通过显示模块输出图像，并通过输出模块控制多色智能疏散指示标志和消防应急广播。
多色智能疏散指示标志包括红色LED灯组、绿色LED灯组、接收天线或传输线路、控制器、前显示面板和外壳。所述红色、绿色LED灯组并排放置在疏散指示标志中，控制器通过接收天线或传输线路接收控制主机的控制信号，每个LED灯组均与控制器进行电连接，由控制器控制各灯组的启闭，红色表示不可疏散的危险区域，绿色指引疏散方向。
请参阅图2，一种公共区域人员被动定位与安全疏散引导系统工作流程示意图，所述系统分为公共区域人员被动定位系统与公共区域安全疏散引导系统，系统间相互协作实现定位与疏散引导功能：
S1)根据公共区域结构建立2D平面图，并根据防火分区或其他要求划分多个区域；
S2)在区域内部署含Wi-Fi探针模块的应急照明装置，等间距选取参考点，建立区域离线指纹数据库；
S3)当人员进入待定位区域后，获取用户智能设备信息，计算用户的位置，并统计区域人员数量，生成区域人员分布热力图；
S4)未接收到火灾报警信号时，依据区域人员分布热力图可以进行热流量管理和风险识别，收到火灾报警信号后根据人流量和疏散点的分布规划疏散路径；
S5)控制信号传输至多色智能疏散指示标志和消防应急广播，引导人员疏散；
请参阅图3，一种公共区域人员被动定位系统工作流程示意图，采用被动定位方式，无需智能设备进行操作便可获得定位所需的信息，然后通过相关度计算获取较为精准的定位位置：
S1)根据公共区域的结构建立2D平面图，对公共区域进行编辑，根据防火分区或其他要求划分为多个区域，将数据储存在控制主机中并进行显示；
S2)建立离线指纹数据库：
首先，在公共区域内按相关要求布设含Wi-Fi探针模块的应急照明装置；
然后，在公共区域内等间隔选取参考点，获得每个参考点的信息；
最后，将获取的信息上传至控制主机，建立参考点RSSI信息与位置信息的对应关系，生成区域的离线指纹数据库；
S3)人员位置获取：当人员携带智能设备进入区域后，Wi-Fi探针自动获取智能设备的数据信息，通过Wi-Fi被动定位算法获得较为精准的位置数据，上传至控制主机，统计每个区域内的人员数量。
S4)将人员位置信息和数量信息通过热力图生成系统生成区域人员分布热力图，获取人员分布情况。
在S3)步骤中，当Wi-Fi探针获取用户智能设备数据信息后，上传至控制主机，采用Wi-Fi被动定位算法确定用户的位置。
请参阅图4，一种Wi-Fi被动定位算法，采用余弦相似度近邻算法进行位置计算，余弦相似度为将 Wi-Fi探针获取的数据信息当作一个向量(RSSI1,RSSI2,……RSSIn)与离线指纹数据库的指纹向量进行余弦相似度计算，匹配出余弦值最接近1的K(K>2)个指纹向量，并输出指纹向量的位置点坐标，对这 K个位置点坐标进行加权处理，权重系数为/>最终得到估计坐标在计算后续位置时引入运动步长限制条件，即根据人的默认步行速度与Wi-Fi探针取样间隔，计算人的运动步长，以当前位置点为圆心，步长为半径，确定下一位置点的可能圆形范围，在圆形范围内使用被动定位算法进行定位计算。
请参阅图5，一种公共区域安全疏散指导系统工作流程示意图，采用安全疏散引导方法，利用公共区域人员被动定位系统建立的公共区域2D平面图，对公共区域进行划分，提取障碍物边界，用均匀分布的质点代替障碍物，确定多级疏散点，对不同区域的疏散路径进行分别计算，然后将控制信号传递至多色智能疏散指示标志和消防应急广播，处理后输出为声光信号引导人员进行疏散。
请参阅图6，一种安全疏散引导方法的运行流程示意图，所述安全疏散引导方法包括以下步骤：
S1)利用公共区域人员被动定位系统建立的公共区域2D平面图，采用相同的区域划分，提取平面图中不同区域内障碍物的边界，对平面图进行编辑，标记多级疏散点，将数据储存在控制主机中并进行显示；
S2)控制主机根据火灾手动报警装置的信号对着火区域进行标记，将该区域视为障碍物，由人员分布热力图计算各疏散区域的人数，智能选择多级疏散点；
S3)通过安全疏散引导算法确定不同区域的疏散路径；
S4)根据路径信息将信号传递至多色智能疏散指示标志和消防应急广播，引导人员进行安全疏散；
所述安全疏散引导算法，采用虚拟疏散点人工势场法避障算法，疏散路径规划起点为各区域的最低级疏散点，路径终点为1级疏散点，按照3-2-1的等级顺序分段进行路径规划，并当路径规划陷入局部最小值时，采用虚拟疏散点的来提供额外引力来逃离局部最小值，并且设置虚拟疏散点前引入位置判断过程，即判断局部最小值与疏散点的位置关系。如果局部最小值点位于疏散点的左上方或右下方，则以局部最小值点与疏散点的连线为参考线，以局部最小值点为基点，将参考线顺时针旋转120°，在长度等于局部最小值点与疏散点之间距离的位置处设置虚拟疏散点；如果局部最小值点位于疏散点的左下方或右上方，则以局部最小值点与疏散点的连线为参考线，以局部最小值点为基点，将参考线逆时针旋转120°，在长度等于局部最小值点与疏散点之间距离的位置处设置虚拟疏散点。忽略原始疏散点的引力，保留障碍物的斥力，计算虚拟引力和斥力的矢量和，通过虚拟合力将路径点拉出局部最小值。
在规划出最终疏散路径后，为了使路径直观清晰、减小路径点的震荡，提出了二次均值平滑处理的方法，即对相邻两个路径点坐标求取平均值来获取新的路径点，使用新的路径点替代原路径中的相邻两个路径点，减少路径点数量，提升路径的简洁程度。当规划路径到达1级疏散点时通过二次均值处理将路径点数量减少75％，最终路径点为
本发明的工作原理是：基于Wi-Fi探针的公共区域人员被动定位技术：信号接收部分包括Wi-Fi探针、接收天线和发射天线或传输线路，由控制主机对信息进行处理。通过被动定位技术，Wi-Fi探针可以通过接收天线接收用户智能设备发出的probe帧，该帧不需要智能设备进行任何操作便可发出，不会对用户的正常活动产生干扰，具有较高的隐蔽性，并且不包含用户的隐私信息，仅包含智能设备的MAC地址、RSSI信息和时间戳信息等，也具有很好的安全性。智能设备的MAC地址相当于智能设备的身份证，每个智能设备的MAC地址都是唯一的，这样便可实现智能设备的一一对应。当用户智能设备进入Wi-Fi探针的探测范围后，Wi-Fi探针可以接收用户智能设备的probe帧，读取其中的MAC地址、RSSI信息和时间戳信息，并通过发射天线将信息传输至控制主机，多个信号的传输不会相互干扰，使得Wi-Fi探针具有较高的数据传输能力。在控制主机获取人员位置信息后，为了方便管理人员查看，利用热力图生成系统可以生成区域人员分布热力图，使得人员数据更加直观，方便对人流量进行管控。
图3为本发明的公共区域人员被动定位系统工作流程示意图，考虑到火灾中正常供电线路受到火灾的影响，容易发生供电中断会使定位系统无法运行，本发明的公共区域人员被动定位系统将Wi-Fi 探针模块与应急照明装置结合，使探针模块与消防应急电源连接，在火场中消防应急供电或消防应急电源可以为定位系统供电，确保定位功能不受火灾断电影响，应急照明装置是消防规范中强制要求安装的消防设施，在应急照明装置中加入Wi-Fi探针模块，结合公共区域已有的Wi-Fi热点，布设成本低廉。同时针对公共区域人流量大的特点，为了提高人员被动定位的精度和速度，本发明提出了一种Wi-Fi被动定位方法，图4为本发明的Wi-Fi被动定位方法的运行流程示意图，该方法提出了余弦相似度近邻算法和运动步长限制条件，以余弦相似度作为指纹向量 (RSSI1,RSSI2,……RSSIn)相似程度的判断依据，对这K个位置点坐标进行加权处理进而缩小估计坐标的误差，在后续位置点计算中引入运动步长限制条件，根据人的默认步行速度与Wi-Fi探针取样间隔，计算人的运动步长，以当前位置点为圆心，步长为半径，确定下一位置点的可能圆形范围，在圆形范围内使用算法进行定位计算。该方法对于公共区域的人员被动定位具有较好的效果。热力图生成系统也很好的解决了定位结果显示不简洁的问题。
以上公共区域人员被动定位技术和Wi-Fi被动定位方法可以迅速、准确的确定室内人员的位置，通过区域人员数量统计和区域人员分布热力图可以很好的实现公共区域人流量管理。仅实现公共区域人流量管理不能发挥公共区域人员被动定位系统的全部作用，由于公共区域建筑复杂，发生火灾时室内人员往往对起火位置和疏散路径的判断和选择出现较大偏差，导致火灾人员伤亡，本发明在公共区域人员被动定位系统的基础上进一步提出了公共区域安全疏散引导系统。
图5为本发明的公共区域安全疏散引导系统工作流程示意图，包括控制主机、多色智能疏散指示标志和消防应急广播。控制主机在收到手动报警装置的信号后，利用公共区域人员被动定位系统的 2D平面图，标记着火区域，并在安全疏散引导方法计算疏散路径时避开着火区域，将控制信号传递至多色智能疏散指示标志和消防应急广播，引导人员安全疏散。图6为本发明的安全疏散引导方法运行流程示意图，提出了多级疏散区域和多级疏散点概念，将复杂的路径规划问题进行分段解决，提高了路径规划的成功率，减轻了系统计算负担，可以更快进行路径规划。在2D平面图中将楼梯间或连通室外的安全出口设为1级疏散点，室内疏散走廊为2级疏散点，建筑房间出口为3级疏散点，按照需求可以设立多级疏散点，提取室内障碍物的边界，用均匀分布的质点代替障碍物，简化2D 平面图，在进行路径规划之前，计算每个区域的人员数量，计算每个区域最近的安全1、2、3级疏散点位置，存在多个可选疏散点时，根据规范要求的疏散人流量选择不同的疏散点，避免某个疏散点人流过多出现拥挤，然后按照3-2-1的顺序使用人工势场法分段进行路径规划，在陷入局部最小值时，判断局部最小值与疏散点的位置关系，根据位置关系在不同位置设置虚拟疏散点来逃离局部最小值，在到达1级疏散点之后，对路径点进行二次均值平滑处理，减少路径点的震荡，使疏散路径更加简洁，最终将信号传输至多色智能疏散指示标志和消防广播，引导人员安全疏散。
图7为多色智能疏散指示标志结构示意图，所述多色智能疏散指示标志具体由控制器、接收天线或传输线路、左侧绿色LED灯组、右侧绿色LED灯组、中央绿色LED灯组、红色LED灯组、前显示面板和外壳构成，疏散指示箭头分为左右两个方向。在正常情况下，采用一般的疏散线路，由控制器启动相应方向的绿色LED灯组，当处于火灾情况时，由公共区域人员被动定位系统和安全疏散引导系统进行人员被动定位和安全疏散路径规划，控制主机在规划出不同区域的疏散路径后，将控制信号通过接收天线或传输线路传递至多色智能疏散指示标志，控制器根据控制信号控制相应的红色或绿色LED灯组，如果某多色智能疏散指示标志处于火灾危险区域内，控制器控制启动红色LED灯组，关闭所有绿色LED灯组，此时即表示该区域为危险区域，不宜继续前进；如果某疏散路径需要向右疏散，则控制器控制启动右侧绿色LED灯组和中央绿色LED 灯组；如果某疏散路径需要向左疏散，则控制器控制启动左侧绿色 LED灯组和中央绿色LED灯组；多色智能疏散指示标志通过不同颜色和不同方向可以实现对人员疏散的实时智能指引。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/ 或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括1个或者更多个数该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少2个，例如2个，3个等，除非另有明确具体的限定。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可根据这些实施例子做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例及落入本申请范围的所有变更和修改。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导方法，其特征在于，包括：
S1，根据公共区域结构建立2D平面图，并根据防火分区或其他要求划分多个区域；
S2，在区域内部署含Wi-Fi探针模块的应急照明装置，等间距选取参考点，建立区域离线指纹数据库；
S3，当人员进入待定位区域后，获取所携带的用户智能设备信息，计算用户的位置，并统计区域人员数量，生成区域人员分布热力图；
S4，未接收到火灾报警信号时，依据区域人员分布热力图可以进行热流量管理和风险识别，收到火灾报警信号后根据人流量和疏散点的分布规划疏散路径；
S5，控制信号传输至多色智能疏散指示标志和消防应急广播，引导人员疏散；其中，
所述步骤S2包括：
在公共区域内按预设要求布设含Wi-Fi探针模块的应急照明装置；
在公共区域内等间隔选取参考点，获得每个参考点的信息；
将获取的信息上传至控制主机，建立参考点无线信号强度信息信息与位置信息的对应关系，生成区域的离线指纹数据库；
所述步骤S3包括：当人员携带智能设备进入区域后，Wi-Fi探针自动获取智能设备的数据信息，通过Wi-Fi被动定位算法获得精准的位置数据，上传至控制主机，统计每个区域内的人员数量；其中，所述Wi-Fi被动定位算法在获取用户第一个估计位置后，计算后续位置时引入运动步长限制条件，根据人的默认步行速度与Wi-Fi探针取样间隔，计算人的运动步长，以当前位置点为圆心，步长为半径，确定下一位置点的可能圆形范围，在圆形范围内使用算法进行下一位置定位计算，包括：
采用余弦相似度近邻算法进行位置计算，余弦相似度为将Wi-Fi探针获取的数据信息当作一个向量(RSSI1,RSSI2,……RSSIn)与离线指纹数据库的指纹向量进行余弦相似度计算，匹配出余弦值最接近1的K(K>2)个指纹向量，并输出指纹向量的位置点坐标，对这K个位置点坐标进行加权处理，权重系数为/>最终得到估计坐标/>其中，A，B为两个属性向量，Ai，Bi为向量A和B的各分量；cosθi为待定位指纹向量与第i个指纹向量的余弦相似度；ωi为权重系数；(xi,yi)为余弦相似度较高的第i个指纹向量的坐标；
所述步骤S4包括：
S4.1,利用公共区域人员被动定位系统建立的公共区域2D平面图，采用相同的区域划分，提取平面图中不同区域内障碍物的边界，对平面图进行编辑，标记多级疏散点，将数据储存在控制主机中并进行显示；
S4.2,控制主机根据火灾手动报警装置的信号对着火区域进行标记，将该区域视为障碍物，规划疏散路径时避开着火区域，由人员分布热力图计算各疏散区域的人数，智能选择多级疏散点；
S4.3,通过安全疏散引导算法确定不同区域的疏散路径；
S4.4,根据路径信息将信号传递至多色智能疏散指示标志和消防应急广播，引导人员安全疏散；
所述步骤S4.1中，根据建筑物内的不同区域，按照建筑复杂程度设置多级疏散点，将楼梯间及连通室外的安全出口设为1级疏散点，室内疏散走廊设为2级疏散点，建筑房间出口设为3级疏散点，按需求设立多级疏散点；
所述步骤S4.3中，所述安全疏散引导算法采用虚拟疏散点人工势场法避障算法，疏散路径规划起点为各区域的最低级疏散点，路径终点为1级疏散点，按照3-2-1的等级顺序分段进行路径规划；其中，所述人工势场法避障算法采用虚拟疏散点提高额外引力来逃离局部最小值，并且设置虚拟疏散点前引入位置判断过程，即判断局部最小值与疏散点的位置关系，如果局部最小值点位于疏散点的左上方或右下方，则以局部最小值点与疏散点的连线为参考线，以局部最小值点为基点，将参考线顺时针旋转120°，在长度等于局部最小值点与疏散点之间距离的位置处设置虚拟疏散点；如果局部最小值点位于疏散点的左下方或右上方，则以局部最小值点与疏散点的连线为参考线，以局部最小值点为基点，将参考线逆时针旋转120°，在长度等于局部最小值点与疏散点之间距离的位置处设置虚拟疏散点，忽略原始疏散点的引力，保留障碍物的斥力，计算虚拟引力和斥力的矢量和，通过虚拟合力将路径点拉出局部最小值，包括：所述人工势场法避障算法采用二次均值平滑处理方法减少路径震荡，即对相邻两个路径点坐标求取平均值来获取新的路径点，使用新的路径点替代原路径中的相邻两个路径点，减少路径点数量，提升路径的简洁程度,当规划路径到达1级疏散点时通过二次均值处理将路径点数量减少75％，最终路径点为其中，xi，yi为原第i个路径点的x坐标与y坐标。
2.一种基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导系统，应用权利要求1所述的基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导方法，其特征在于，包括人员被动定位模块，所述人员被动定位模块包括人员定位模块与热力图生成模块；
所述人员定位模块包括Wi-Fi探针、控制主机、接收天线和发射天线或传输线路，所述Wi-Fi探针集成在应急照明装置中，发射天线与接收天线固定在所述应急照明装置的表面，所述人员定位模块配置为采用消防应急电源供电，采用智能定位算法获得用户位置；
所述热力图生成模块配置为显示区域内的人员分布情况，并统计区域内人员总数量。
3.根据权利要求2所述的基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导系统，其特征在于，包括安全疏散引导模块，所述安全疏散引导模块包括，包括控制主机、多色智能疏散指示标志与消防应急广播，所述多色智能疏散指示标志包括红色LED灯组、绿色LED灯组、接收天线或传输线路、控制器、前显示面板和外壳；
所述红色、绿色LED灯组并排放置在疏散指示标志中，控制器通过接收天线或传输线路接收的控制主机的控制信号，每个LED灯组均与控制器进行电连接，由控制器控制各灯组的启闭，红色表示不可疏散的危险区域，绿色指引疏散方向。
4.根据权利要求3所述的基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导系统，其特征在于，所述安全疏散引导模块配置为采用安全疏散引导方法，利用公共区域人员被动定位系统建立的公共区域2D平面图，对公共区域进行划分，确定多级疏散点，提取障碍物边界，用均匀分布的质点代替障碍物，对不同区域的疏散路径进行分别计算，然后将控制信号传递至多色智能疏散指示标志和消防应急广播，输出为声光信号引导人员进行疏散。
5.根据权利要求4所述的基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导系统，其特征在于，所述安全疏散引导模块还配置为可以根据区域内的人员数量选择多个安全的疏散点，进行分向指引，避免疏散堵塞。
CN202210698489.9A 2022-06-20 2022-06-20 基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导方法及系统 Active CN115497238B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210698489.9A CN115497238B (zh) 2022-06-20 2022-06-20 基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210698489.9A CN115497238B (zh) 2022-06-20 2022-06-20 基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115497238A CN115497238A (zh) 2022-12-20
CN115497238B true CN115497238B (zh) 2023-09-01

Family

ID=84467428

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210698489.9A Active CN115497238B (zh) 2022-06-20 2022-06-20 基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115497238B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117784692B (zh) * 2023-12-29 2024-06-04 营口天成消防设备有限公司 一种智慧消防应急照明和疏散指示系统
CN118192474B (zh) * 2024-04-25 2024-08-30 山东国华时代投资发展有限公司 一种基于新能源场站分区的中心智能调度控制方法及系统

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2015243105A1 (en) * 2009-08-14 2015-11-05 Accenture Global Services Limited System for relative positioning of access points in a real time locating system
CN105898713A (zh) * 2016-06-17 2016-08-24 东华大学 一种基于加权余弦相似度的WiFi指纹室内定位方法
CN206133827U (zh) * 2016-10-24 2017-04-26 浙江工商职业技术学院 一种室内应急逃生导航装置
EP3503054A1 (en) * 2017-12-21 2019-06-26 Autronica Fire & Security AS Integrated wireless beacon in fire alarm devices for indoor localization
CN110035384A (zh) * 2019-05-09 2019-07-19 桂林电子科技大学 一种融合多传感器信号滤波优化的室内定位方法
CN111830978A (zh) * 2020-07-07 2020-10-27 大连海事大学 一种欠驱动无人艇避障路径规划及控制方法及系统
CN112367617A (zh) * 2020-10-16 2021-02-12 深圳大学 建筑物室内应急疏散方法、系统、装置和智能设备
CN112379672A (zh) * 2020-11-24 2021-02-19 浙大宁波理工学院 一种基于改进人工势场的智能无人船路径规划方法
CN113112720A (zh) * 2021-03-31 2021-07-13 华南理工大学 一种基于可见光通信的智能疏散导引系统
CN113342047A (zh) * 2021-06-23 2021-09-03 大连大学 未知环境中基于障碍物位置预测改进人工势场法的无人机路径规划方法
CN113643170A (zh) * 2021-10-14 2021-11-12 枫树谷(成都)科技有限责任公司 一种大数据驱动的公共场所聚集人群疏散方法及装置
CN113660723A (zh) * 2021-08-19 2021-11-16 重庆邮电大学 一种基于神经网络的室内指纹定位方法
CN114042266A (zh) * 2021-09-16 2022-02-15 朱咸应 一种用于突发火灾的消防应急救援疏散装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9715799B2 (en) * 2015-10-16 2017-07-25 Honeywell International Inc. System and method of using a fire spread forecast and BIM to guide occupants using smart signs

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2015243105A1 (en) * 2009-08-14 2015-11-05 Accenture Global Services Limited System for relative positioning of access points in a real time locating system
CN105898713A (zh) * 2016-06-17 2016-08-24 东华大学 一种基于加权余弦相似度的WiFi指纹室内定位方法
CN206133827U (zh) * 2016-10-24 2017-04-26 浙江工商职业技术学院 一种室内应急逃生导航装置
EP3503054A1 (en) * 2017-12-21 2019-06-26 Autronica Fire & Security AS Integrated wireless beacon in fire alarm devices for indoor localization
CN110035384A (zh) * 2019-05-09 2019-07-19 桂林电子科技大学 一种融合多传感器信号滤波优化的室内定位方法
CN111830978A (zh) * 2020-07-07 2020-10-27 大连海事大学 一种欠驱动无人艇避障路径规划及控制方法及系统
CN112367617A (zh) * 2020-10-16 2021-02-12 深圳大学 建筑物室内应急疏散方法、系统、装置和智能设备
CN112379672A (zh) * 2020-11-24 2021-02-19 浙大宁波理工学院 一种基于改进人工势场的智能无人船路径规划方法
CN113112720A (zh) * 2021-03-31 2021-07-13 华南理工大学 一种基于可见光通信的智能疏散导引系统
CN113342047A (zh) * 2021-06-23 2021-09-03 大连大学 未知环境中基于障碍物位置预测改进人工势场法的无人机路径规划方法
CN113660723A (zh) * 2021-08-19 2021-11-16 重庆邮电大学 一种基于神经网络的室内指纹定位方法
CN114042266A (zh) * 2021-09-16 2022-02-15 朱咸应 一种用于突发火灾的消防应急救援疏散装置
CN113643170A (zh) * 2021-10-14 2021-11-12 枫树谷(成都)科技有限责任公司 一种大数据驱动的公共场所聚集人群疏散方法及装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
大型商业综合体人员安全疏散策略研究;郭万海;朱国庆;王湛;;消防科学与技术(第04期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115497238A (zh) 2022-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115497238B (zh) 基于Wi-Fi探针的被动定位与疏散引导方法及系统
CN111047814B (zh) 一种适用于地铁站火灾警情的智能疏散系统及方法
CN105404231B (zh) 一种基于物联网的智能楼宇监控管理系统
CN110047240B (zh) 一种基于物联网的智能消防警示导引系统与方法
CN110009218A (zh) 一种智能变电站安全作业管控方法及系统
CN203816124U (zh) 一种消防车的救援引导系统
CN113347571B (zh) 基于蓝牙定位的疏散导航方法、装置和计算机设备
CN208675549U (zh) 一种电子围栏管理系统
CN205827452U (zh) 一种具备实时定位及增强现实能力的管线巡查系统
CN111739252A (zh) 一种火灾监测及自动灭火系统及其工作方法
CN208689702U (zh) 一种基于电子围栏的监控管理系统
KR101679597B1 (ko) 객체 관리 시스템 및 그 방법
CN109239697A (zh) 一种基于三维可视化员工实时定位系统及方法
CN109459034A (zh) 一种基于无线网络的室内引导方法和系统
KR102385677B1 (ko) 3차원 기반의 cctv 관제영상 시스템
CN111080027A (zh) 一种动态逃生指引方法及系统
CN113313006A (zh) 基于无人机的城市违建监管方法、系统和存储介质
CN110418290A (zh) 一种定位追踪系统
CN116429132A (zh) 基于动态加权路径规划的室内ar导航方法及导航系统
CN106370187A (zh) 一种用于火灾中的导航设备
CN112863092A (zh) 一种建筑火灾安全路径指示系统及其方法
US11408958B2 (en) Management device, management system, and position correction method
CN111640277A (zh) 一种火灾情况显示系统
CN112218259B (zh) 一种轨道交通综合监控系统
CN207968962U (zh) 一种基于Wi-Fi的综合管廊人员定位装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant