[發明專利]全任務場景消防員精確定位方法及系統

有效

• 申請號: 202210143889.3
• 申請日: 2022-02-17
• 公開（公告）號: CN114200495B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 曹熠峰;楊勇;嚴磊
• 申請（專利權）人: 江蘇德一佳安防科技有限公司
• 主分類號: G01S19/43
• 分類號: G01S19/43;G01S19/49;G01C21/16;G08B17/06;G08B17/10;A61B5/0205
• 代理公司: 上海鍛創知識產權代理有限公司 31448
• 代理人: 范文琦

1.一種全任務場景消防員精確定位系統，其特征在于，包括：

智能消防栓系統模塊：參考定位信標，監測健康狀態信息，探測火情和預測態勢，警報和任務指引，電源管理；

可移動式智能參考定位系統模塊：參考定位信標，通過GNSS和RTK技術自主定位獲取信息，通過IMU單元自主定位獲取信息，解算參考定位，電源管理；

可穿戴式單兵定位系統：參考定位標簽，通過GNSS接收信號解算出精確位置，通過IMU單元自主定位獲取信息，任務指引，電源管理，監控生理信息；

消防任務監控指揮終端系統模塊：監控人員定位，監控和預測火情態勢，任務優化和指揮，監控設備狀態，顯示與控制；

中央處理服務器模塊：監控信息，優化任務，任務指引，解算單兵定位，設備管理，數據庫管理；

可穿戴式單兵定位系統與智能消防栓系統進行固定式參考定位，與可移動式智能定位參考系統進行可移動式參考定位，并將信息與中央服務器進行傳輸；消防任務監控指揮終端系統與智能消防栓系統進行火情監測和任務指揮，將人員定位和火情監測和任務指揮和狀態檢測與中央服務器進行信息傳輸；

在所述智能消防栓系統模塊中：

i)通信模塊：負責通過自由式組網的方式建立和維持各個智能消防栓系統之間、以及智能消防栓系統與各個單兵定位系統、消防任務監控指揮終端系統、中央處理服務器之間的通信；

ii)參考定位信標模塊：基于所載消防栓自身位置信息作為定位參考，通過相應的定位技術確定被定位者的相對位置，提供定位，在采用不同的定位技術下，參考定位信標模塊將做相應技術的參考信標；

iii)健康監測模塊：將對裝載有該智能消防栓系統的消防栓的健康狀態信息進行采集和監控，并監測模塊自身的狀態信息，并將所有監控信息通過通信模塊傳送至中央處理服務器，以便于維護；

iv)火情探測和態勢預測模塊：包含有對周圍溫度、濕度、煙霧濃度及流向、風向風速進行監控的傳感器設備，通過監控的火情信息對態勢加以分析預測，并將監控和預測信息通過通信模塊傳送至中央處理服務器；

v)警報和任務指引模塊：包含有警示設備，基于火情探測信息對周圍人員通過不限于語音、警鈴、燈光、文字、圖形的方式進行警報，并通過與中央處理器的通信，通過不限于語音、警鈴、燈光、文字、圖形的方式為作業人員提供相應的搜救和撤離指引；

vi)電源管理模塊：為智能消防栓系統提供電源管理，基于周邊環境的監測信息，對系統的工作狀態和休眠狀態進行控制，并對太陽能、建筑電源和工作電池的充電和供電狀態進行管理；

該智能消防栓系統通過相應地設計，通過包括粘貼、鑲嵌、支架、掛載的多種方式安裝于現有的消防栓上，并對消防栓的狀態信息進行監控；裝載該智能消防栓系統的消防栓需基于定位、測繪、建筑物信息和地理信息手段確定位置信息，信息將被記錄于智能消防栓系統數據庫，并駐留于中央處理器和其他系統中；該系統也能夠裝載于其他類似于消防栓，具備長期固定、數量適合的其他裝置上，包括消防水龍頭、安全出口標識、建筑物特征位置；

在所述可移動式智能參考定位系統模塊中：

可移動式智能參考定位系統包含有如下模塊：

i)通信模塊：通過自由式組網的方式建立和維持各個可移動式智能參考定位系統之間、以及可移動式智能參考定位系統與各個單兵定位系統、消防任務監控指揮終端系統、中央處理服務器之間的通信；

ii)參考定位信標模塊：基于自身位置信息，作為定位參考，通過相應的定位技術確定被定位者的相對位置，為定位提供位置、速度和方向信息；在采用不同的定位技術下，參考定位信標模塊將做相應技術的參考信標；

iii)GNSS與RTK模塊：通過GNSS和RTK技術自主定位獲取自身位置、速度和方向信息，并于自身的IMU模塊融合，為作業人員定位提供位置參考；

iv)IMU模塊：通過一個或多個IMU單元自主定位，獲取自身位置、速度和方向信息，并于自身的GNSS與IMU模塊融合，為作業人員定位提供位置參考；

v)參考定位解算模塊：基于裝載有該可移動式智能參考定位系統的載體的幾何特征和裝載位置以及作業人員與該可移動式智能參考定位系統的相對位置，解算出消防作業人員的具體位置、移動速度和方向；

vi)電源管理模塊：為可移動式智能參考定位系統提供電源管理，基于周邊環境的監測信息，對系統的工作狀態和休眠狀態進行控制，并對系統和電池的充電和供電狀態進行管理；

可移動式智能參考定位系統裝載于包括目標物的特征位置，并通過自身的定位模塊獲取目標物的位置信息；

裝載有可移動式智能參考定位系統的包括車輛、建筑物和道路設施的裝載平臺的幾何信息及其已知或可解算的精確位置信息、裝載點在該裝載平臺上的相對幾何關系這些信息將被記錄于智能參考定位系統數據庫，并駐留于中央處理器及相關系統；

在所述可穿戴式單兵定位系統模塊中：

可穿戴式單兵定位系統包含有如下模塊：

i)通信模塊：通過自由式組網的方式建立和維持各個可穿戴式單兵定位系統之間、以及可穿戴式單兵定位系統與各個智能消防栓系統、可移動式智能參考定位系統、消防任務監控指揮終端系統、中央處理服務器之間的通信；

ii)參考定位標簽模塊：根據智能消防栓系統或可移動式智能參考定位系統中的參考定位信標模塊所采用的定位技術，被定位者參考定位標簽模塊配備相對應的標簽或節點，相對應地通過發射或接收相應技術的信號，與智能消防栓系統或可移動式智能參考定位系統中的參考定位信標模塊和解算模塊共同確定被定位者相對于消防栓或可移動智能參考定位系統的裝載平臺的實時位置和運動狀態，確定被定位者在慣性系下的實時絕對位置和運動狀態；

iii)GNSS模塊：通過GNSS天線接收導航衛星的信號解算出被定位者的精確位置，并于其他單兵定位系統的定位模塊融合，提供定位精度；

iv)IMU模塊：通過一個或多個IMU單元自主定位，獲取自身位置、速度和方向信息，并通過其他單兵定位系統的定位模塊融合，對IMU進行融合和校準；

v)任務指引模塊：通過與中央處理器的通信，通過不限于語音、警鈴、燈光、文字、圖形的方式為作業人員提供相應的指引；

vi)電源管理模塊：為可穿戴式單兵定位系統提供電源管理，基于周邊環境的監測信息和作業者的穿戴情況，對系統的工作狀態和休眠狀態進行控制，并對系統和電池的充電和供電狀態進行管理；

vii)生理信息監控模塊：對作業人員的生理狀態包括血壓、心率、呼吸進行監測和記錄；

實施任務的被定位者配備有可穿戴式單兵定位系統，該可穿戴式單兵定位系統及設備掛載于或內置于被定位者的頭盔、衣服和靴子，或者戴在被定位者的四肢和軀干部位；

在所述消防任務監控指揮終端系統模塊中：

消防任務監控指揮終端系統包含如下模塊：

i)通信模塊：通過自由式組網的方式建立和維持各個消防任務監控指揮終端系統之間、以及消防任務監控指揮終端系統與各個智能消防栓系統、可移動式智能參考定位系統、可穿戴式單兵定位系統、中央處理服務器之間的通信；

ii)人員定位監控模塊：對作業人員的位置、移動速度和生理狀況信息進行持續的跟蹤和監控，并對緊急情況發出警告；

iii)火情態勢監控和預測模塊：基于智能消防栓系統探測和監控的火情相關信息，包括周圍溫度、濕度、煙霧濃度及流向、風向風速，對火情態勢加以預判，用以支持任務的優化和指揮；

iv)任務優化和指揮模塊：基于火情態勢的監控和預測，結合被定位者的位置和狀態，優化搜救、滅火和撤離任務，并將指令傳達至作業人員；

v)設備狀態監控模塊：集中搜集由智能消防栓系統、可移動式智能參考定位系統、可穿戴式單兵定位系統、以及中央處理器是各個模塊和設備的狀態信息，并加以監控，確保系統的有效運行；

vi)顯示與控制模塊：集成監控信息，通過可視化的方式將信息呈現，并提供相應的控制功能；

消防任務監控指揮終端系統駐留于不同的平臺和操作系統上，包括服務器、PC機、掌上電子設備；

消防任務監控指揮終端系統獨立于中央處理服務器，或者集成于中央處理服務器；

在所述中央處理服務器模塊中：

i)通信模塊：通過自由式組網的方式建立和維持中央處理服務器與各個消防任務監控指揮終端系統、智能消防栓系統、可移動式智能參考定位系統、和可穿戴式單兵定位系統之間的通信；

ii)信息監控模塊：主要對各個系統周圍環境、火情、態勢信息進行監控，并協助各個電源管理模塊管理系統工作狀態；

iii)任務優化模塊：為消防任務監控指揮終端系統的任務優化和指揮模塊提供解算支持；

iv)任務指引模塊：為消防任務監控指揮終端系統的任務優化和指揮模塊提供解算支持，并將指引信號傳輸至智能消防栓系統和可穿戴式單兵定位系統；

v)單兵定位解算模塊：集中單兵定位系統中各個定位導航源的相關數據，支持單兵定位系統解算出位置和運動信息；

vi)設備管理模塊：監控其他系統和設備的運行狀態和配置信息；

vii)數據庫管理模塊：對其他系統所需的數據庫信息進行配置和管理；

單兵定位解算模塊能夠駐留于可穿戴式單兵定位系統中；任務優化和任務指引模塊能夠駐留于消防任務監控指揮終端系統中。