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信號的基礎設施，十年來(lái)一直是消防安全和應急人員群體難以達到的目標。這個(gè)目標就是在十幾分鐘內精確定位到幾米以?xún)?。無(wú)獨有偶，這些目標幾乎與戰術(shù)導彈的引導系統相同，但當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。

　　因此應急人員定位仍然是現今最復雜的定位應用。雖然沒(méi)有可以實(shí)現預期目標的靈丹妙藥式傳感器，但必需有多個(gè)技術(shù)節點(diǎn)，每個(gè)節點(diǎn)都具有前沿性能。此外，它涉及大規模傳感器融合和系統集成方法。

　　高性?xún)r(jià)比、高性能MEMS慣性傳感器現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設想，包括高度復雜的算法。

　　下面表1描述了主要方法和實(shí)現技術(shù)。

　　表1. 契合關(guān)鍵目標的完整系統方法

　　系統開(kāi)發(fā)人員所面對的主要挑戰可總結為以下三大類(lèi)：程序、環(huán)境和傳感器融合。在設計多傳感器解決方案的過(guò)程中，對于急救任務(wù)的高度復雜性以及各種極端環(huán)境帶來(lái)的挑戰，必須要有全面的了解。

　　程序火災搜救任務(wù)必須嚴格按照救援程序執行，同時(shí)必須適應完全不確定的現實(shí)生活場(chǎng)景?？刹渴鸬木_定位系統必須在最大限度內適應現有的流程和設備。這就要求無(wú)需任何固定或臨時(shí)基礎設施即可操作，因為急救人員通常已背負重要設備（重量和成本）。任何系統開(kāi)發(fā)都應遵從實(shí)現小型嵌入式設備的早期階段目標且單位急救人員成本與智能手機相似。有必要指出，目前智能手機的定位性能?chē)乐夭蛔?，因此面臨著(zhù)挑戰。圖1概述了理想系統最相關(guān)的主要和次要運行要求。

　　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或混合（室內/挑戰室外）環(huán)境。一些室內定位環(huán)境（例如購物中心）可以通過(guò)安裝基礎設施實(shí)現 — 但是，這些既不精確也不切合急救作業(yè)的實(shí)際目標。對于追蹤系統設計人員，必須考慮以下因素來(lái)確定設計、組件選擇和降低風(fēng)險的方法：

　　RF 傳播路徑。

　　傳感器溫度/沖擊影響。

　　基礎設施損壞/改變的可能性。

　　傳感器融合

　　先前提到的過(guò)程和環(huán)境中的挑戰是傳感器融合問(wèn)題核心設計方法的基礎。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)互補傳感器則掃除每個(gè)應用階段的關(guān)鍵障礙，如表2所示。

　　表2. 候選傳感器的優(yōu)勢和不足

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

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