程 瑶 韩成浩

(1:吉林建筑大学电气与电子信息工程学院，长春 130118;2:吉林省建筑电气综合节能重点实验室，长春 130118)

0 引言

现行的消防系统由探测器(感烟探测器、感温探测器、火焰探测器)、手动报警装置(手动报警按钮)和报警控制器(区域报警、集中报警、控制中心报警)组成．在火灾发生时系统能第一时间通过探测器探测到火灾发生的位置，并通过联动控制立即采取一系列营救措施．但是，现行的火灾自动报警和消防联动控制系统不具备对被困人员的定位和跟踪功能，高层建筑又具有人员相对集中、占地面积少等特点，因此发生火灾时，火势蔓延非常快，会造成楼内人员疏散和搜救困难以及群死群伤等一系列问题，给国家带来严重的经济损失和社会问题．为此，本系统利用ZigBee无线定位技术、CAN总线技术，可实现高层建筑被困人员准确定位，为救援人员第一时间内进行扑救提供有利条件．

1 智能消防控制系统的总体方案

利用ZigBee技术、无线定位技术和CAN总线技术，对高层建筑被困人员进行准确定位研究．每层采用ZigBee无线通信，楼层之间采用CAN总线通信技术．系统的总体设计方案如图1所示．

火灾发生初期，探测器将温度和烟雾浓度等信号送区域报警控制器处理，判断．确定发生火情后，发出报警信号，传报警信息到消防控制中心，消防控制中心记录火灾信息后，显示报警部位，协调联动控制:①开启疏散警铃，开启消防广播疏散人员;②开启排烟系统，开启空调机组;③开启紧急疏散指示照明灯;④迫降电梯到底层，普通电梯停止运行，消防梯投入运行;⑤当火场温度上升到一定值时，自动喷水灭火系统动作．

定位节点通过探测人的体温和脉搏获取人的位置，并把数据传送给参考节点．参考节点接受数据并计算出准确位置后传输给各楼层的网管系统，然后汇总到控制中心计算机．控制中心接受到所有数据后结合周围火灾情况进行统筹规划，确定现场疏散、逃生路线，以及被困人员营救计划．

图1 系统总体设计方案

2 消防报警系统的硬件设计

2．1 参考节点的设计

参考节点是一个固定位置的参考点，为定位点通过一个参考位置和信号强度值．在定位系统中，直接连接在电池板上，通电便可使用．参考节点是一个静止的知道自己位置的节点(CC2430)，这个节点必须正确的配置在定位区域中的位置．它的任务是提供一个包含自己位置X，Y坐标和RSSI值(接收信号的强度指示)的信息包给移动接点，数量为8个［1］．

此外，参考节点还有感烟功能，利用感烟探测器来探测空气中烟雾浓度，从而达到报警的功能．

2．2 定位节点的设计

定位节点也就是盲节点，通过获取参考节点和A、N值利用自身的定位引擎来计算自己的位置．在定位系统中，和参考点相同，直接连接在电池板上，通电便可使用．定位节点能够与离自己最近的参考节点通话，二者之间通过ZigBee无线技术连接，收集这些节点的X，Y坐标和RSSI值，根据这些信息和输入参数(A，N)一起计算自己位置信息，然后将适当的信息发送给网关，通过网关与计算机形成另一个直观的系统［2］．

定位节点的作用是利用温度传感器和压电传感器来检测人的体温和脉搏，以此来探测人的位置，并把数据通过ZigBee无线传感器传送给参考节点．

2．3 网关与控制中心计算机

网关首要接收由监控软件提供的各参考接点和移动接点的配置数据，并发送给相应的节点;其次，还要接收各节点反馈的有效数据并传输给监控软件．控制中心计算机主要负责各种数据信息的汇总、各种设备的联动及逃生路线的规划等．

2．4 联动控制部分

消防联动控制系统是火灾自动报警系统中的一个重要组成部分．通常包括消防联动控制器、防排烟系统、应急疏散指示照明、消防广播、消火栓控制系统、干式灭火系统等．当确认发生火灾时，消防联动控制器启动上述相关的系统和设备，进行灭火和被困人员的疏导．

3 搜救目标的定位和跟踪

在发生突发事件时，Zigbee无线传感器网络中，根据网络和节点自身的特点，想要在复杂条件下得到节点精确地位置信息，必须采用独特的定位算法对节点进行定位．目前按照距离分类可将定位算法分为基于测距的定位算法和非基于测距的定位算法［3］．基于测距的定位算法相对于非基于测距的定位算法而言，定位精度比较高．基于三边定位原理如图2所示．

当无线网络中有n(n≥3)个节点时，根据每个节点的坐标值和距未知节点(即搜救人员)的距离，可建立下列方程:

图2 测量示意图

整理成线性方程组AX=B形式．求解矩阵方程可以得到未知节点的坐标［4］．定位节点与参考节点二者之间通过ZigBee无线技术连接，记录这些节点的X，Y坐标和RSSI值，计算出定位节点所在位置信息，将数据发送给控制中心，控制中心将各数据汇总，然后安排好逃生路线．

4 结语

本文阐述了新型智能消防报警定位系统的设计方案，并对参考节点设计、定位节点设计、ZigBee路由器、控制中心计算机、搜救目标的定位和跟踪进行了详细的介绍．通过设计将人员定位功能加入到系统中，与消防报警功能结合，在火灾发生时能更好地发挥报警、人员定位、跟踪等功能，从而降低火灾抢救难度，最大程度地保护人的安全，将损失降低到最小．

［1］彭宇倩．基于ZigBee室内定位的智能导游系统研究［D］．广州:广州工业大学，2013．

［2］戚美月．高层建筑被困人员准确定位和疏导系统研究［D］．长春:吉林建筑大学，2014．

［3］程 帅．基于ZigBee的无线定位系统的研究［D］．长春:长春理工大学，2012．

［4］戚美月．高层建筑被困人员准确定位和疏导系统研究［J］．建筑电气，2013(9):49．