基于射頻識別的消防員定位技術

陳 迅（貴州省公安消防總隊，貴州　貴陽　550000）

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基于射頻識別的消防員定位技術

陳 迅
（貴州省公安消防總隊，貴州貴陽550000）

摘要：消防員作為目前中國最危險的職業之一，近年來受到了廣泛的關注。由于我國的消防技術、設備以及人員配置影響，加之火場情況千變萬化，消防安全事故屢屢發生，因而社會各界開始將目光轉向了消防員定位這一新型技術，以此提高消防員在救援現場的安全性。傳統的定位方法不但成本高實踐性差，其精準度也存在很大的誤差，因此文章提出了一種基于射頻識別技術的消防員定位技術，并在RSSI算法的基礎上，針對救援人員進行定位，這種綜合性定位技術能夠在火場發生突發狀況時，對消防員進行定位，及時快速的進行救援，將火場救援傷亡率降至最低。

關鍵詞：射頻識別；消防；定位

1 射頻識別技術概述

射頻識別，RFID技術，又稱無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。無線電的信號是通過調成無線電頻率的電磁場，把數據從附著在物品上的標簽上傳送出去，以自動辨識與追蹤該物品。某些標簽在識別時從識別器發出的電磁場中就可以得到能量，并不需要電池；也有標簽本身擁有電源，并可以主動發出無線電波（調成無線電頻率的電磁場）。標簽包含了電子存儲的信息，數米之內都可以識別。與條形碼不同的是，射頻標簽不需要處在識別器視線之內，也可以嵌入被追蹤物體之內。

2 現狀分析

作為目前中國最危險的職業之一，消防員開始受到越來越多的關注。水火無情，在火場中不但環境復雜，不同的火場存在巨大的差異，而火場坍塌是消防救援中面臨的巨大威脅。近幾年的統計中，我國每年的火災救援中都會有多名消防員犧牲。作為最危險也是跟人們的生命財產安全最為密切的職業，消防員也越來越多的受到社會各界的關心，如何保障消防員在火災救援中的生命安全也成為了亟待解決的任務之一。常用的室內定位技術有紅外線定位、超聲波定位、基于IEEE802.11無線定位技術等，但復雜的火場環境中會存在諸多干擾因素，對定位系統的定位精度造成影響，從而無法準確對消防員進行定位。RFID技術由于其非基礎和非視距等優點成為優選的定位技術。作為物聯網應用的先驅，射頻識別技術不但傳輸范圍廣泛，且成本較低，能夠進行非視距、非接觸的數據交換。將該技術應用于火場救援中，能夠適應復雜的火場環境。能夠利用射頻進行非接觸式定位、識別，通過雙向通訊交換數據，從而確定火場中消防官兵的位置。目前較為常用的定位系統有兩種：一種是ZIGBEE預先布點技術；該技術將無線標記和藍牙技術集合在一起，其功耗低，能夠進行短距離的數據傳輸，但速率相對較低，是一種常用的非視距定位技術。其在各個傳感器之間進行互聯協調通訊，因而通訊距離相對較短。該技術的通訊網絡需要預先進行節點布置，通過預先布置的節點感應新進節點，從而對新進節點的位置進行大致的確定，從而確定消防員在火場的位置。另一種是UWB技術，該項技術主要利用現場布點的方式對消防員進行定位，其技術基礎是無載波通信超寬帶通信。該項技術進行無線通訊時功率更低且干擾抗性更高，能夠精確的分辨實踐，且通訊帶寬較大，在火場中信號的穿透性較強、傳輸速率也相對較快。但缺點在于需要在火場外進行預先的布置，對消防員的定位也需要利用算法進行計算得出。

3 射頻定位系統結構分析

在室內定位系統中通常會引入參考節點，而定位系統中通常會將電子標簽引入其中，這樣一來不但能夠節約成本，還能夠保證定位的精度。但火場的情況復雜，并具有多變性，提前進行電子標簽的布置不切實際，因此在射頻定位系統中參考節點大多采用固定位置讀卡器，在進入火場進行火災救援前，消防員都會配置電子標簽，消防員進入火場后讀卡器會實時采集信息，指揮中心將消防員信息進行匯總分析，通過數據的處理對消防員位置進行確定。若火場中發生坍塌事故，指揮中心能夠依照系統確定的消防員位置確定最佳的救援方案，從而及時救援遇險消防員。而該系統的元件主要有：有源電子標簽：該元件設置在消防員身上，具有較遠的作用距離，功率穩定且具有一定的自我保護能力。讀卡器：在射頻識別系統中所使用的讀卡器為多頻讀卡器，該種元件發送的射頻信號強度具有多元化，使用天線作為讀寫器，且主控機同讀寫器分離。數據處理中心：該元件主要包括模數轉換器以及處理器和檢測器、接收器等，通過數據處理中心能夠對火場數據進行快速處理。

4 算法的設計

依照消防員傳播過來的無線電波進行分析計算可以針對消防員進行測距定位。依照特定的無線電波損耗模型對無線電波的傳播路徑損耗、自由空間信道的長期衰落特性服從對數正態分布、無線傳播的路徑損耗公式為：

其中，d為待測節點與參考節點間的距離、m表示路徑損耗指數、Xσ為以dB表示的標準偏差為σ，均值為0，服從高斯分布的隨機變量、PL（d0）表示距離為d0處的無線信號損耗值、f表示信號頻率。利用自由空間無線電傳播路徑損耗模型取，d＝1時計算出的損耗值為PL（d0）。

PL（d0）＝32.44＋10mlgd＋10mlgf

此時、待測節點接收參考節點時的信號強度（RSS）為：RSS＝P＋F-PL（d）間

其中，P表示發射功率、F表示天線增益、PT間表示距離為d處的信號損耗值。記參考節點A1（x1， y1） ， A2（x2，y2） ，A3（x3，y3）、待測節點Bi（ni， mi），由上式可得Bi節點距離參考節點的距離分別為Ra1bi，Ra2bi， Ra3bi組由歐式距離公式得

解上述方程組得：

結語

本文主要介紹了射頻識別技術如何在火災救援中用于消防員的定位，該種方式在定位消防員時，依照的是最后的定位信息。該種定位系統每個消防員的電子標簽均是獨立的，因此將能夠聚集的消防員集合在一起就能夠得出最終被掩埋的人員信息以及人員數量。將該技術應用于目前按的火災救援中，能夠及時準確的掌握消防人員的位置狀況，并利于消防救援的人員調度，一旦火場發生突發事故，指揮人員能夠及時的進行反應，對遇險消防員進行救援。

參考文獻

[1]趙冬平.基于無線傳感器信號強度的消防員軌跡推演算法[J].南京市消防支隊，2013.

中圖分類號：TU998

文獻標識碼：A