作者:熊静怡 王秋涵 陈彬 来源:中国科学报 发布时间:2023/6/14 15:10:19
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南邮本科团队研发超宽带火场定位导航系统

 

近日,记者从南京邮电大学了解到,该校本科生团队成功研发出超宽带(UWB)火场定位导航系统。该系统是一种追踪室内应急救援人员实时三维运动轨迹、方位距离、高度、姿态等信息的装置,用于辅助火场指挥员为迷途队员导航、确定遇险队员位置并快速组织搜救。凭借此项技术,该学生团队获得了2023年“互联网+”大学生创新创业校赛特等奖。

据了解,在火场上,消防员单兵定位时由于环境复杂,信号易受火焰、墙体、浓烟干扰,是制约火场定位精度的根本原因。针对此问题,该学生团队采用超宽带通信扩频技术,通过纳秒级窄脉冲直接传递信号,可以在信噪较低的状态下工作,抗干扰能力优秀。

“如同开车,若车道狭窄,所有的车都会挤在一个单车道上,而GHz级别的超宽频谱范围如同一条宽阔的车道,可以允许更多信号同时快速‘行驶’。”团队负责人、南京邮电大学2020级软件工程专业本科生黄宇辰介绍。

此外,该团队还引入三维惯性导航的卡尔曼滤波技术,从包含噪声的测量中估计动态系统的状态,使定位数据处理部分精度提高了30%。

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测试效果图  南京邮电大学供图

“这个算法相当于结合了‘先验’和‘后验’两个概念,‘先验’即根据上一时刻的状态,预测下一个状态会在哪,而‘后验’指的是根据传感器捕获的部分现场数据,进一步修正位置值,这样就能达到既预测、又验证的效果。”黄宇辰表示,最终,他们将装置定位精度缩小至0.1米,并达到了仅0.01秒的延迟和更宽的工作温度范围。

传统的GPS定位和蓝牙定位在室内环境可视化简陋,不能显示各消防员的具体坐标,且难以识别立体位置,无法及时高效地施行救援活动。黄宇辰团队突破了火场快速建模技术,独创嵌入可视化平台,使得定位系统可以基于火场建筑施工或竣工数据进行建模,并将超宽带定位技术提供的坐标信息嵌入建筑3D模型中可视化显示,解决了传统定位系统中位置显示不直观的问题,“让每一扇窗,每一面墙都能具体显示”。

消防救援队伍每日需应对大量火灾报警,消防单兵定位设备可为消防员提供准确定位和路线导航功能,同时为指挥者提供全视角的消防人员方位信息,有助于实现指挥员和消防员之间的高效联动。通过计算机模拟,相比于传统定位系统,黄宇辰团队的定位装置预计可使消防员伤亡率下降24.57%,极大提高了消防救援效率,促进消防员和受灾群众的生命安全得到保障。

 
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