实现高中时的梦想!这名大三学子带领团队研发“宽车道”精准定位技术 为火场救援保驾护航


来源: 交汇点新闻客户端

交汇点讯在南京邮电大学地理与生物信息学科楼前,一群身着制服的消防员

交汇点讯 在南京邮电大学地理与生物信息学科楼前,一群身着制服的消防员正在有序进入。楼外数十米处的临时基站内,一台电脑屏幕上正同步显示着大楼的三维立体模型,并对消防员的实时坐标进行跟踪……在一场火灾事故演练中,南京邮电大学本科生学生团队成功研发出的UWB(超宽带)火场定位导航系统在一次模拟测试中大显身手。

交汇点记者从该团队获悉,UWB(超宽带)火场定位导航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,可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。突破四项关键技术,将定位精度缩小至0.1m。这支团队历经三轮筛选,在已报名参赛的三百多支队伍中脱颖而出,荣获2023年“互联网+”大学生创新创业校赛特等奖。

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高中时期就一直关注火场救援问题,了解到在火场中消防员位置难以确定后,进入本科学习的他便想用所学知识去解决问题。在苗立志副教授和邹辉副教授的指导下,他决定以此为方向组建团队,开展研究。


(相关资料图)

“消防员单兵定位时,火场环境复杂,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。”黄宇辰表示,针对该问题,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’。”此外,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%。“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。”

最终,团队将装置定位精度缩小至0.1m,并达到了仅0.01s的延迟和更宽的工作温度范围。

产品效果图

传统的GPS定位和蓝牙定位在室内环境可视化简陋,不能显示各个消防员的具体坐标,且难以识别立体位置,无法及时高效地实行救援活动。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”。

黄宇辰告诉记者,消防救援队伍每日需应对大量火灾报警,消防单兵定位设备既可为消防员提供准确定位和路线导航功能,也能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。“我们通过计算机模拟发现,相比于传统定位系统,这套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。”

“未来,团队计划该装置在保证精准定位的前提下,通过传感器捕获烟尘、温度等环境要素,最终获取整个火场的态势模型。”指导老师邹辉介绍,团队将进一步研发消防员单兵定位装置衍生产品,形成完整的消防产品生态,让所有消防员都能配备国产的优质消防定位系统。

“消防员是为我们赴汤蹈火的人,我们团队想要做的就是为他们保驾护航。”黄宇辰说。

新华日报·交汇点记者 叶真 通讯员 熊静怡 王秋涵

编辑: 蒋明睿

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