消防随笔：消防队运用BIM (建筑信息模型)实现视觉定位系统技术探讨
编著按：李方是我多年好友，我们认识已经超过22年了。
作者简介：李方目前是伍斯特理工学院（WPI）的研究科学家，美消防工程师（SFPE）学会的专家。
注：本文首发于36safety。
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今天与大家聊聊智慧消防下的一个话题，有关消防队通过最新技术的运用自身保护和有效施救和灭火的话题。
BIM相信大家都不陌生，其目前在国内的运用趋于成熟，同时作为一个公共载体实现多技术共用平台的信息整合和运用，其推广和发展非常迅速。这些国内项目案例非常广泛，可以说相比国外，由于实战经验多，更加具有操作性的总结。
今天关注的话题更加针对一个具体人群对象，即我们的消防救援队伍，如何利用BIM技术提高其作战能力。多年来在密集导航系统领域的研究， 室内的定位系统问题仍然处于一个非常初期的阶段，似乎截至目前，仍然没有一项或多项综合技术可以把类似室外的全球定位系统运用到室内。目前越来越多的研发团队对此问题着手深入研究，虽然该问题较为复杂，然而日新月异的新技术和学科交叉渗透使其研究迈进了大步。
该问题研究的重要性不言而喻，对于消防扑救人员而言，其对建筑内情况瞬间及时的知晓非常关键，其中自身定位和联系定位相对定位都是核心参数。也是通讯沟通施救有效的必要条件，为实现以上目标，研究方案包括以下：
· 基于系统原理设计其组件构成
· 路径优化和纠错
· 试验配置和实施
具体包括在消防员战斗服上配置可固定的编程设备，通过预算法则允许其运算数据嵌入系统导航系统从而切入给定建筑物的地图系中。以上算法的拟定目标为为运用该随身携带装置实现针对室内每一名消防员的准确定位,整个该视觉系统中的关键部位为为BIM 技术的运用提供包括楼层，坐标定位和相关建筑信息。
通过该技术相关背景研究方法的文献检阅，IPS ( 室内定位系统)是一个针对GNSSS信号无法采集获取时锁定建筑内人员的设置系统，其包括一系列室内定位的相关技术， 绝大多数归属于2 大类
· 基础设施为基础的类型
· 非基础设施为基础的类型
目前最有前景的解决方案为基于航位推测法通过脚部安装的感应器或大满贯系统，其中后者核心为SLAM在烟气中的光学性可以受限，尽管航位推测法有最广泛的运用，但其出错率较高，这个缺陷可以通过系统程序的调整改进。然而消防战斗员的诉求需要与SAR 程序和设计根据烟气内移动，指令的知觉导引，系列指令和对话等室内定位系统具体综合考虑方案。
对消防员在执行营救任务的技术支持一直以来在位于WARSAW 的主消防学院中积极投入研究和培训，风险管理试验法其中感知数据（包括本地化数据）作为研究内容重点之一，有关感知数据的一些问题早已开始调查分析（获取，监控和纠错，可视化，整合和分析）。截至目前，学院取得了研究很大进展，有些解决方案可以和既有的BIM平台整合进行测试改进。
ICRA系统是一个检测新想法的广谱概念，具体可以不依赖消防指挥官和战斗员独立获取数据包括：
· 固定和移动传感器增加了环境指挥官的瞬时情况的知晓了解
· 消防战斗员室内以基础设置为基础的导航和定位技术
· 基于对手机信号的分析确定建筑内人员的位置的模型
· 及时同步上报消防员活动的技术
· 评估火灾大小和影响的模型
· 感觉数据缓冲器
决定和上报消防员的即时位置的定位系统由于目标为搜寻营救，因此系统中包括许多无线电信标，密度大约为一个房间一到两个，与火灾探测器密度基本匹配，RSSI 信号传播强度变化大部分由于有墙体隔断导致，可以依靠一个指纹识别步骤提前完成测试。若需要测试数目较大，可以在后期通过机器算法技术完成。ICRA项目中人工神经网络成功植入。当然也有其他不同的系统同步进行调研开发，也取得一定进展。
数据是与消防战斗服一体化的单位体中获取且即时处理，通过无线信号传送到达ICRA 模块。从这里消防员载入系统成为可视化指挥官，生成地理坐标实现定位。该系统仅在建筑内操作执行，室外空间使用全球定位系统。
个人航位定位系统惯性模式解决方案最早始于ZUPT升级版本，该技术当时较为盛行，原理是一种使用基于过滤器的梯度下降法的模型融合方案。
另外有MADGWICK’S 整合于KALMAN-BASED算法，其位置姿态和航向改正考虑误差显著不是基于以上的ZUPT假设，试验基于地面真实数据验证了该方法由于先进性解决方案减少了以往系统和模型的误差同时提供了更好的航位预测。
超宽带无线电定位系统在IPS 领域被深入研究，其精度较高，UWB 技术可以在基于惯性系统的应用中加强精度，尽管随着时间精度降低趋势。原因在于其系统具有传播误差特性，然而无线信号系统抑或非常昂贵或准确性质疑或需要较大型的基础设施得以实施。
最后是室内定位系统的混合型方案，通过应用无线信号对距离的测量和前置惯性测试单元体（IMU）结合实现。
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