1、基于 ZigBee 通信技术的高层建筑被困人员定位系统研究摘 要为实现高层建筑被困人员的准确定位，设计了基于 ZigBee的无线通信技术的高层建筑被困人员的准确定位系统。该系统利用基于RSSI的测距技术实现被困人员的准确定位，利用 ZigBee组网技术实现高层建筑物的单层组网，利用 RS485技术实现高层建筑物的多层通信，进而实现高层被困人员的准确定位。降低了消防救援中因不能准确定位被困人员而造成救援不及时导致被困人员死亡的可能性。 关键词被困人员 Zigbee 技术 RS485 总线技术 中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）35-0184-01 随着
2、社会经济的发展，高层建筑成为一个城市发展程度的标志。高层建筑使人口集中，可利用建筑内部的横向和竖向交通缩短部门之间的联系距离，从而提高效率；能使大面积建筑的用地大幅度缩小，有可能在城市中心地段选址；高层建筑远离地面有较好的通风和较高的空气质量品质，因此成为房地产开发商和业主首选的方案之一。然而高层建筑性能复杂，来往人员密集，当发生火灾或者其他自然灾害时，被困人员很难在短时间被快速安全的疏散，从而造成救援困难，如何快速的定位、搜救高层被困人员，确定被困人员的身体状况，成为消防上的一大难题。1 系统总体设计方案 系统总的设计方案可以分为五个层次：第一层为应用层；第二层为定位层；第三层为网络层；第四
3、层为通信层；第五层为管理层。其中应用层指的是被困人员身上的终端节点，该节点主要的作用为与周围参考节点通信实现定位，还有检测被困人员身体状况的作用；定位层为参考节点，当参考节点的位置固定，通过 RSSI测距技术1，我们可以准确的判断出终端节点的位置。 网络层是本系统的核心，主要实现整个系统的组网。高层建筑的结构复杂，房间众多，一个网络很难满足一栋楼的需求，所以采用了一层楼一个网络的做法。通过 ZigBee的组网极大的降低了成本投入，其基本工作原理如图 1所示。 通讯层采用 RS485技术2，该层的加入主要是为了解决 ZigBee信号的穿透力和 ZigBee网路节点个数有限的问题。为每一层设计一个
4、ZigBee网络，各个 ZigBee网络层的采用 RS485总线接入管理层3，这样当其中一层出现问题也不会影响其他的层。管理层主要目的是实现对各个层的访问及实现层与层之间的通信。管理层通过对定位节点的坐标值、标志号及注册 ID号，就能准确定位被困人员所处的楼层和具体房间的位置，即实现三维定位。同时在上位机中体现被困人员位置。系统总体设计方案如图 2所示。 2 部分硬件电路设计 2.1 终端节点设计 当灾害发生时，救援人员首先要确定被困人员的位置，还要知道被困人员的身体状况，以保证在有限的时间内救出更多的生还者。终端节点的作用就是与周围节点建立通信和检测人员的身体健康状况，被困人员也可以主动呼叫
5、救援。其基本设计如图 3所示。 2.2 网关协调器设计 网关协调器主要负责建立网络4当网络建立完成后自动转换为路由器。该部分主要负责接收来自上位机的信息和请求，例如当上位机要获取某终端节点的位置时，上位机首先会向网关协调器发出请求，然后协调器会在自己的网络中寻找有没有该终端节点，如果该节点存在则读取该节点的房间信息和位置信息，进而反馈给上位机。 2.3 管理中心设计 本文设计的软件系统用 C#6实现，应用于 Windows NT Server操作系统。 软件采用模块化设计的方法，将整个系统分成 5大模块：主程序模块、用户登记模块、数据库模块、位置查询模块、报警模块。采用模块化设计，各个模块相互
6、独立，互不影响，这样即使增加新的模块或者对原有模块进行修改，都不会影响主程序的调用。 主程序模块：实现各个模块的调度，完成各个模块之间的信息整合。用户登记模块：该模块主要是为了完成操作人员的信息和指纹录入，日常的增删调整及维护。 数据库模块：存储用户的个人资料、指纹信息和操作日志。数据库模块还负责记录加入网络的终端节点的一周的位置信息，当灾害发生时，如果有人处于网络盲点，我们也可以通过查询他最后出现的位置迅速找到他。 位置查询模块5：我们通过该模块可以迅速查询到加入网络的终端节点所处的位置，可以迅速定位被查询人员，其基本原理如图 4所示。 报警模块：当人员被困时，被困人员可以主动呼叫救援人员，
7、报告自己的位置。此时系统就会提醒监控人员有人报警及显示被困人员所处的位置。 3 结论 本系统的成功研制标志着物联网技术在救援上的成功应用。在自然灾害发生时，利用本系统可以迅速的定位被困人员，该系统还兼有检测被困人员身体状况的功能，可以提高救援的效率，在有效的时间内搜救还幸存被困人员，缩短救援时间。实践证明本系统具有定位精度高、实时性好、功耗低、可靠性高等优点，在高层建筑防灾、减灾中发挥重要的作用，且具有很高的推广和应用价值。 参考文献 1 马祖长，孙怡宁.无线传感网络节点的定位算法J.计算机工程，2004（7）：13-14. 2 周明.现场总线控制.北京：中国电力出版社，2002. 3 张凤登.现场总线技术与应用. 上海：科学出版社 4 李文仲，段朝玉等.ZigBee 无线网络技术入门与实战M.北京：北京航空航天大学出版社，2007. 5 周贤伟.无线传感器网络节点定位算法的研究J.传感器与微系统，2006（3）：4-6. 6 王小科.学通 C#的 24堂课. 北京：清华大学出版社，2006.7 作者简介： 2012 年吉林省高等学校大学生创新创业计划项目 2.国家安全生产监督管理总局科研立项，2012-126
