“宽车道”精准定位技术为消防员保驾护航 南京邮电大学团队研发UWB火场定位导航系统

　　南京邮电大学本科生学生团队成功研发出UWB（超宽带）火场定位导航系统。该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，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。突破四项关键技术，将定位精度缩小至0.1m，这支团队荣获了2023年“互联网+”大学生创新创业校赛特等奖。

　　在高中时期，2020级软件工程专业本科生黄宇辰就一直关注火场救援问题，他了解到在火场中消防员位置难以确定，来到南邮后，黄宇辰便想用所学知识去解决问题，在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。针对该问题，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GHz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’。”团队负责人黄宇辰介绍。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，他们将装置定位精度缩小至0.1m，并达到了仅0.01s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”。

　　消防救援队伍每日需应对大量火灾报警，消防单兵定位设备可为消防员提供准确定位和路线导航功能，同时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。通过计算机模拟，相比于传统定位系统，黄宇辰团队的定位装置预计可使消防员伤亡率下降24.57%，极大提高了消防救援效率，促进消防员和受灾群众的生命安全得到保障。

　　据介绍，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。此外，据指导老师邹辉介绍，他们希望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。“消防员是为我们赴汤蹈火的人，我们团队想要做的就是为他们保驾护航。”黄宇辰说。（通讯员：南京邮电大学 熊静怡 王秋涵）