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GPS信號的基礎設施，十年來一直是消防安全和應急人員群體難以達到的目標。這個目標就是在十幾分鐘內精確定位到幾米以內。無獨有偶，這些目標幾乎與戰(zhàn)術導彈的引導系統(tǒng)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)領域的早期概念驗證演示，但事實證明實際部署存在（成本和尺寸）障礙。

　　因此應急人員定位仍然是現(xiàn)今最復雜的定位應用。雖然沒有可以實現(xiàn)預期目標的靈丹妙藥式傳感器，但必需有多個技術節(jié)點，每個節(jié)點都具有前沿性能。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。本文提出一個完整的傳感器到云傳感器融合系統(tǒng)設想，包括高度復雜的算法。

　　下面表1描述了主要方法和實現(xiàn)技術。

　　表1. 契合關鍵目標的完整系統(tǒng)方法

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

　　程序火災搜救任務必須嚴格按照救援程序執(zhí)行，同時必須適應完全不確定的現(xiàn)實生活場景?？刹渴鸬木_定位系統(tǒng)必須在最大限度內適應現(xiàn)有的流程和設備。這就要求無需任何固定或臨時基礎設施即可操作，因為急救人員通常已背負重要設備（重量和成本）。任何系統(tǒng)開發(fā)都應遵從實現(xiàn)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嚴重不足，因此面臨著挑戰(zhàn)。圖1概述了理想系統(tǒng)最相關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處不在，但并不支持完全室內或混合（室內/挑戰(zhàn)室外）環(huán)境。一些室內定位環(huán)境（例如購物中心）可以通過安裝基礎設施實現(xiàn) — 但是，這些既不精確也不切合急救作業(yè)的實際目標。對于追蹤系統(tǒng)設計人員，必須考慮以下因素來確定設計、組件選擇和降低風險的方法：

　　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

　　先前提到的過程和環(huán)境中的挑戰(zhàn)是傳感器融合問題核心設計方法的基礎。相關的主要傳感模式用于在關鍵操作模式中提供高性能，同時互補傳感器則掃除每個應用階段的關鍵障礙，如表2所示。

　　表2. 候選傳感器的優(yōu)勢和不足

　　由于MEMS無需外部基礎設施，并能在動態(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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