公共場所消防疏散新技術

方友軍

近年來，大規模人群活動變得日益頻繁，隨之帶來的安全隱患也越來越引起公共安全部門的重視。

為避免由于人流過于擁擠等人群異常行為而帶來的重大安全事故，公共安全部門往往會投入大量的人力、物力來保障公共安全，其中必然需要長時間、不間斷地進行人流活動的監控與疏導控制。但以前依靠人工監控的方法，一方面容易因疲勞疏忽產生漏警，另一方面無法直觀準確的為指揮人員提供可量化信息輔助指揮、部署工作；因此，提倡利用計算機技術對于大規模的人流運動進行長時間不間斷的定位與分析，不僅能夠直觀準確地為指揮人員提供人群分布以及運動模式信息，輔助指揮人員進行指揮部署，更能有效減少人群的擁堵，有助于人群快速撤離事故現場，和救援人員的入場，盡量減少踩踏事件發生的可能。

基于此，筆者提出了面向公共場所消防疏散的混合室內定位系統。這種定位系統能夠以低成本實現日常公眾定位需求，與傳統的RFID定位系統相比優勢明顯。混合室內定位系統的多源技術能形成第二信號源用于定位增強，同時利用多源技術公共建筑緊急定位疏導應用第二信號源，整體提升室內定位的準確度與穩定度。

采用四大核心技術

RSS技術

接收信號強度（Receive Signal Strength，即RSS）是通過接收到的信號強弱測定信號點與接收點的距離，進而根據相應數據進行定位計算的一種定位技術。RSS以無線發送層的可選部分，來判定鏈接質量，以及是否增大廣播發送強度。它的實現是在反向通道基帶接收濾波器之后進行的。由于RSS是通過在數字域進行功率積分而后反推到天線口得到的，反向通道信號傳輸特性的不一致會影響RSS的精度。

RSS分布依據信號源的部署方位與高度差異，路徑損耗模型，多徑衰落效應與陰影效應在時間與空間上均存在差異。這意味著在不同場景中，RSS信號的衰減與波動的規律無法用單一模型描述。而基于智能終端與穿戴式設備的醫療定位應用，使用者與周圍人群的人體陰影效應與散射效應對RSS會產生動態的方向性影響。

三角定位技術

三角定位技術原理是利用2臺或者2臺以上的探測器在不同位置探測目標方位，然后運用三角幾何原理確定目標的位置和距離，使用UWB技術可使定位誤差在2厘米之內，優于全球衛星定位技術。

現有RSS三角與指紋定位算法研究對信號的傳播描述沿用了通信系統中的簡化模型，無法滿足定位應用中的場景變化和信號描述需求，易產生模型失配與計算誤差。持續提高RSS定位算法性能，需要準確按場景劃分對無線信號傳播特性進行描述，并且動態的描述人體散射效應和人群的散射效應集合。

PDR技術

運動傳感器的行人航跡推算（Pedestrian Dead Reckoning，即PDR）技術基于行人步態的運動特征，利用加速度計或者計步器測量運動信息并評估步數和步長，綜合從陀螺儀獲得的航向信息推算行人的位置和姿態等信息。

PDR在用于RSS定位算法的濾波參數調整，以及在獨立定位導航應用中，雖然可獨立于環境估算使用者行走軌跡，但由于低成本運動傳感器精度不高，PDR計算維度有限，受人體隨機姿態動作干擾大，易產生移動累計誤差。提高PDR算法對人體姿態的判斷準確性，以及合理描述人體干擾動作分布，是持續提高定位精度的關鍵之一。這要求拓展現有的確定性人體姿態模型至統計型模型，并對PDR姿態判斷算法進行優化。

多源技術（crowdsourced）

多源技術可形成第二信號源用于定位增強，有效地減少工程勘測量。公共建筑物緊急定位疏導應用具有典型的群體使用特征，可利用定位者本身的信號強度作為第二信號源，彌補無線信號的覆蓋盲區，從而改善RSS定位算法的精度與覆蓋范圍。這是針對公共緊急定位疏散應用的一個關鍵的增強途徑。

還待突破的三大技術難點

解決現有無線定位算法中對無線信號的傳播描述和人群散射效應不準確問題

無線信號受建筑墻體反射和室內物體散射所產生的時間與空間的波動，是RSS三角與指紋定位估測誤差的物理根源。常見的同向傳播模型和單一的衰落模型無法匹配不同的室內場景（房間、走廊、大廳等）信號傳播，也無法通過算法進行信號選擇與優化。另一方面，相對狹窄的室內場景中人群的散射效應對信號具有顯著的方向性影響。公共場所的建筑與業務特征將會進一步形成建筑各場景之間人流密度變化關聯。優化現有RSS三角與指紋定位算法性能，必須建立更加準確面向場景劃分的信號傳播模型，并合理地描述上述建筑體反射效應和人群的散射效應。

常見的RSS三角定位算法多采用單一的全向路徑損耗模型，在不規則的室內建筑環境中，信號的實際衰減程度差異和傳播的方向性所引起的模型失配，是目前室內RSS三角定位算法的根本缺陷之一，因而需要根據實際場景選擇對應的傳播模型。RSS指紋定位算法廣泛采取的WKNN算法，對K信號源選擇多采用隨機的方式，并未考慮信號傳播特性。在明確指定場景中信號的空時傳播特征之后，現有的RSS指紋定位算法可采用動態K信號源選擇的方法消除不穩定信號所帶來的誤差，達到提升定位性能的目的。

因此，在實際部署中，需要以信號在室內建筑場景的空時傳播特征為基礎，通過對無線信號在可視與非可視區域的強度分布的描述與預測，改進現有定位算法中對信號傳播模型的失配缺陷，從而持續提高算法的準確度與穩定度。

解決現有PDR定位技術中對人體姿態隨機性的描述準確性問題

基于低成本運動傳感器的PDR算法由于精度限制，主要采取步態檢測估算行人移動軌跡。常規的固定步態模型很難匹配不同人體與不同行走模式，易產生判斷錯誤和累計誤差。克服現有步態檢測算法的關鍵，需要將步行者的差異性與行走模式的變化納入步態模型之中，使之可以動態地描述人體固定的行走模式與隨機的動作成分。

針對該問題，擬通過概率模型對人體姿態的隨機性進行描述，實現概率型步態判決算法，實現對不同的使用者的行走運動描述。進一步地，通過該概率型步態識別技術對上述無線定位算法進行輔助濾波計算，以達到減少無線定位的結果跳動現象。

解決多源技術在面向公共場所緊急疏散場景下的定位輔助與優化設計問題

多源技術可將以定位設備作為第二信號源增強已有的RSS定位算法的性能。緊急疏散場景中定位系統的使用具有明顯的群體特征和聚合特征，多源技術可以依據這些模式生成可靠的第二信號源，并借助上述傳播模型描述這些信號源的強度分布用于三角與指紋定位算法。這在目前的多源技術中尚未廣泛使用。

因此，本方面的研究需要以典型公共場所，如車站、醫院為研究對象，依據場所依附的公共業務為分析基礎，對典型業務中人群的分布與流動特征進行模型化和參數化描述，從而設計第二信號源的選取方法，進而實現基于第二信號源的定位輔助功能。

（作者單位：浙江省淳安縣政府電子政務辦公室）