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南邮本科团队研发超宽带火场定位导航系统每日热文

来源:中国科学报发表时间:2023-06-14 16:30:01

(资料图)

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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