南邮本科生团队成功研发出火场定位导航系统-聚看点

(相关资料图)

6月13日，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……在这场火灾事故演练中，南京邮电大学本科生学生团队成功研发出的超宽带（UWB）火场定位导航系统大显身手。

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。该系统突破四项关键技术，将定位精度缩小至0.1米。这支团队历经三轮筛选，在已报名参赛的300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、南邮2020级软件工程专业本科生黄宇辰在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。在南邮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。

“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。”黄宇辰告诉记者，针对这一问题，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，而千兆赫兹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0.1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出来。

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。