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6月13日，在南京郵電大學地理與生物信息學科樓前，一群身著制服的消防員正在有序進入。樓外數(shù)十米處的臨時基站內(nèi)，一臺電腦屏幕上正同步顯示著大樓的三維立體模型，并對消防員的實時坐標進行跟蹤……在這場火災事故演練中，南京郵電大學本科生學生團隊成功研發(fā)出的超寬帶（UWB）火場定位導航系統(tǒng)大顯身手。

超寬帶火場定位導航系統(tǒng)是一種追蹤室內(nèi)應(yīng)急救援人員實時三維運動軌跡、方位距離、高度、姿態(tài)等信息的裝置，可用于輔助火場指揮員為迷途隊員導航、確定遇險隊員位置并快速組織搜救。該系統(tǒng)突破四項關(guān)鍵技術(shù)，將定位精度縮小至0.1米。這支團隊歷經(jīng)三輪篩選，在已報名參賽的300多支隊伍中脫穎而出，榮獲2023年“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)校賽特等獎。

團隊負責人、南郵2020級軟件工程專業(yè)本科生黃宇辰在高中時期就一直關(guān)注火場救援問題，了解到在火場中消防員位置難以確定后，進入本科學習的他便想用所學知識去解決問題。在南郵苗立志副教授和鄒輝副教授的指導下，他決定以此為方向組建團隊，開展研究。

“消防員單兵定位時，火場環(huán)境復雜，信號易受火焰、墻體、濃煙干擾，是制約火場定位精度的根本原因。”黃宇辰告訴記者，針對這一問題，團隊采用超寬帶通信擴頻技術(shù)，通過納秒級窄脈沖直接傳遞信號，可以在信噪較低的狀態(tài)下工作，抗干擾能力優(yōu)秀?！叭缤_車，若車道狹窄，所有的車都會擠在一個單車道上，而千兆赫茲級別的超寬頻譜范圍如同一條寬闊的車道，可以允許更多信號同時快速‘行駛’?！贝送猓瑘F隊還引入三維慣性導航的卡爾曼濾波技術(shù)，從包含噪聲的測量中估計動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)，使定位數(shù)據(jù)處理部分精度提高了30%。

“這個算法相當于結(jié)合了‘先驗’和‘后驗’兩個概念，‘先驗’即根據(jù)上一時刻的狀態(tài)，預測下一個狀態(tài)會在哪，而‘后驗’指的是根據(jù)傳感器捕獲的部分現(xiàn)場數(shù)據(jù)，進一步修正位置值，這樣就能達到既預測又驗證的效果。”最終，團隊將裝置定位精度縮小至0.1米，并達到了僅0.01秒的延遲和更寬的工作溫度范圍。

傳統(tǒng)的GPS定位和藍牙定位在室內(nèi)環(huán)境可視化簡陋，不能顯示各個消防員的具體坐標，且難以識別立體位置，無法及時高效地實行救援活動。黃宇辰團隊突破了火場快速建模技術(shù)，獨創(chuàng)嵌入可視化平臺，使得定位系統(tǒng)可以基于火場建筑施工或竣工數(shù)據(jù)進行建模，并將超寬帶定位技術(shù)提供的坐標信息嵌入建筑3D模型中可視化顯示，解決了傳統(tǒng)定位系統(tǒng)中位置顯示不直觀的問題，讓每一扇窗、每一面墻都能具體顯示出來。

黃宇辰告訴記者，消防救援隊伍每日需應(yīng)對大量火災報警，消防單兵定位設(shè)備既可為消防員提供準確定位和路線導航功能，也能為指揮者提供全視角的消防人員方位信息，有助于實現(xiàn)指揮員和消防員之間的高效聯(lián)動。“我們通過計算機模擬發(fā)現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)定位系統(tǒng)，這套定位裝置預計可使消防員傷亡率下降24.57%，極大提高消防救援效率，促進消防員和受災群眾的生命安全得到保障?！?/p>

“未來，團隊計劃該裝置在保證精準定位的前提下，通過傳感器捕獲煙塵、溫度等環(huán)境要素，最終獲取整個火場的態(tài)勢模型?！敝笇Ю蠋熰u輝介紹，團隊將進一步研發(fā)消防員單兵定位裝置衍生產(chǎn)品，形成完整的消防產(chǎn)品生態(tài)，讓所有消防員都能配備國產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)消防定位系統(tǒng)。