面向急救人員的傳感器融合式 精密定位和跟蹤方法

　　急救人員深入精確定位無(wú)GPS信號(hào)的基礎(chǔ)設(shè)施，十年來(lái)一直是消防安全和應(yīng)急人員群體難以達(dá)到的目標(biāo)。這個(gè)目標(biāo)就是在十幾分鐘內(nèi)精確定位到幾米以內(nèi)。無(wú)獨(dú)有偶，這些目標(biāo)幾乎與戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的引導(dǎo)系統(tǒng)相同，但當(dāng)今的解決方案至少要10000美元，尺寸、重量和功耗高得嚇人，并不可行。同樣的解決方案用于急救作業(yè)領(lǐng)域的早期概念驗(yàn)證演示，但事實(shí)證明實(shí)際部署存在（成本和尺寸）障礙。

　　因此應(yīng)急人員定位仍然是現(xiàn)今最復(fù)雜的定位應(yīng)用。雖然沒(méi)有可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的靈丹妙藥式傳感器，但必需有多個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有前沿性能。此外，它涉及大規(guī)模傳感器融合和系統(tǒng)集成方法。

　　高性價(jià)比、高性能MEMS慣性傳感器現(xiàn)可為潛在的解決方案提供種子。本文提出一個(gè)完整的傳感器到云傳感器融合系統(tǒng)設(shè)想，包括高度復(fù)雜的算法。

　　下面表1描述了主要方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

　　表1. 契合關(guān)鍵目標(biāo)的完整系統(tǒng)方法

　　系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員所面對(duì)的主要挑戰(zhàn)可總結(jié)為以下三大類：程序、環(huán)境和傳感器融合。在設(shè)計(jì)多傳感器解決方案的過(guò)程中，對(duì)于急救任務(wù)的高度復(fù)雜性以及各種極端環(huán)境帶來(lái)的挑戰(zhàn)，必須要有全面的了解。

　　程序火災(zāi)搜救任務(wù)必須嚴(yán)格按照救援程序執(zhí)行，同時(shí)必須適應(yīng)完全不確定的現(xiàn)實(shí)生活場(chǎng)景?？刹渴鸬木_定位系統(tǒng)必須在最大限度內(nèi)適應(yīng)現(xiàn)有的流程和設(shè)備。這就要求無(wú)需任何固定或臨時(shí)基礎(chǔ)設(shè)施即可操作，因?yàn)榧本热藛T通常已背負(fù)重要設(shè)備（重量和成本）。任何系統(tǒng)開(kāi)發(fā)都應(yīng)遵從實(shí)現(xiàn)小型嵌入式設(shè)備的早期階段目標(biāo)且單位急救人員成本與智能手機(jī)相似。有必要指出，目前智能手機(jī)的定位性能嚴(yán)重不足，因此面臨著挑戰(zhàn)。圖1概述了理想系統(tǒng)最相關(guān)的主要和次要運(yùn)行要求。

　　環(huán)境雖然GPS覆蓋使得室外定位無(wú)處不在，但并不支持完全室內(nèi)或混合（室內(nèi)/挑戰(zhàn)室外）環(huán)境。一些室內(nèi)定位環(huán)境（例如購(gòu)物中心）可以通過(guò)安裝基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn) — 但是，這些既不精確也不切合急救作業(yè)的實(shí)際目標(biāo)。對(duì)于追蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員，必須考慮以下因素來(lái)確定設(shè)計(jì)、組件選擇和降低風(fēng)險(xiǎn)的方法：

　　RF 傳播路徑。

　　傳感器溫度/沖擊影響。

　　基礎(chǔ)設(shè)施損壞/改變的可能性。

　　傳感器融合

　　先前提到的過(guò)程和環(huán)境中的挑戰(zhàn)是傳感器融合問(wèn)題核心設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)。相關(guān)的主要傳感模式用于在關(guān)鍵操作模式中提供高性能，同時(shí)互補(bǔ)傳感器則掃除每個(gè)應(yīng)用階段的關(guān)鍵障礙，如表2所示。

　　表2. 候選傳感器的優(yōu)勢(shì)和不足

　　由于MEMS無(wú)需外部基礎(chǔ)設(shè)施，并能在動(dòng)態(tài)環(huán)境下提供精密檢測(cè)，因此如果能在極端環(huán)境中工作以及如果與合適的次級(jí)傳感器配合使用，它將在總體解決方案中發(fā)揮主要作用。.........

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