金世豪10年 - 火场救援“急先锋”迅速锁定被困者

时间:2020-01-11 10:50:12    浏览量:3611    

金世豪10年 - 火场救援“急先锋”迅速锁定被困者

金世豪10年,王誉谕 中国青年报·中国青年网记者 孙海华

当高层建筑发生火灾时,最令人忧心的就是如何进行救援。由于楼层较高、浓烟滚滚,消防员无法快速确定被困人员具体位置,而传统的红外线感应器也因受到高温影响,无法发挥原本的识别作用。

在这性命攸关的紧急时刻,如果有一种工具可以突破以上障碍,迅速定位被困人员,消防队员就可以争分夺秒地抢救生命,将损失降到最低。

然而,目前市面上已有的探测工具,或因体积、距离、造价等限制,难以成为高层火灾救援中的普及配置,这片“生命的空白”亟待填补。

来自西北大学的房鼎益、陈晓江教授团队,联合美国麻省大学、英国利兹大学研究的成果,或将为填补这一空白提供有效的解决方案。

据团队研究人员介绍:目前,确定火场中被困人员具体位置的定位方法主要有两类:一类是基于无线电信号的主动式定位——受困人员利用手中的智能手机,或保存在办公室内的配制移动终端,连通安装在大楼内的无线通信基站,通过双向通讯来确定受困者物理位置。其局限性在于,受困人员周围必须有移动设备,但室内移动设备在大火中往往容易受损,难以保证系统正常工作。

另一类,是基于红外线的被动式定位——人体或体积较大的动物,都有恒定体温,一般在37度左右,会发出特定波长10μm左右的红外线。当人体进入检测区,人体发射的红外线可以通过设备增强后聚集到红外感应源上,在接收到人体红外辐射时,红外感应源就会失去电荷平衡,向外释放电荷。微电脑经过程序编码,得到人的具体方位。其局限性是极易受到环境温度的影响,在火场中精度受限。

此次团队的研究,解决了远距离下无线信号面临多径、噪声的问题,克服了无线信号在传播过程中,碰到不同障碍物导致的不同反射形成不同传输途径,造成的传输延时、叠加以及衰减带来的干扰。

由无人机搭载的收发设备,可对多个生物目标在空间上依次进行扫描,在一定范围内确定各个目标的位置。这时,目标并不需要携带任何信号发送装置,收发设备是根据呼吸和运动,来对目标进行寻找和定位。

同时,团队研究还消除了无人机抖动对感知造成的影响。用单套收发设备实现了远距离、大范围的非接触目标感知系统——widesee。这一系统目前已经过在真实场景下的系统测试。

令人惊喜的是,widesee使用的收发设备实际上仅是一套较为廉价的商用lora(即“远距离无线电信号”)收发设备,成本在千元人民币左右。在无人机搭载收发设备飞行的过程中,设备能够穿过厚度为40cm的钢筋混凝土外墙,对高层建筑物内的目标进行穿墙感知,且90%的定位精度在4.6m以内。当设备面对高温、火焰、烟雾等干扰时,还可以将影响降至最低程度。

研究团队在西北大学教学楼进行系统测试。西北大学供图

“设备反馈的主要依据,是检测对象的运动状态。”研究团队成员介绍:在测试对象保持移动状态时,widesee可以对其进行定位追踪;当测试对象挥手示意时,widesee可以检测到有目标存在。系统还能够利用无线信号,来感知具有微弱呼吸运动的静止目标,“也就是说,靠着目标呼吸时胸部起伏造成的信号波动,widesee也能感知到目标的存在。”

团队对远距离无线电收发设备进行了优化,在较低成本的投入下,保证了定位精度,更有利于产业化投入使用,解决生活中的实际问题。论文通讯作者陈晓江教授告诉记者:同类型产品中,具备穿墙功能的设备可选方案不多。当面对搜救对象和无人机同时移动,且距离较远的情况下,定位难度更大,“而widesee综合多项优势,可以说是目前高层建筑火情搜救中的‘性价比优化解’。”

研究团队在陕西消防培训基地进行系统测试。西北大学供图

“不仅是高层建筑火灾救援,这项技术还可能应用于地震生命探测、恐怖分子搜索等需要穿透性非接触感知技术的紧急场景。”团队成员、西北大学信息科学与技术学院在读博士陈丽丽介绍:目前,团队正致力进一步改进设备和算法,来提高感知的粒度和实时性。

目前,该研究成果已被国际计算机学会(acm)主办的“第十七届acm嵌入式网络传感器系统会议”(sensys 2019)以长文形式录用,论文题目为《面向大范围的非接触式无线感知》。论文还获得最佳论文奖提名,这也是中国大陆地区在今年acm sensys上唯一一篇以第一作者单位入围最佳论文提名的文章。

据悉,acm嵌入式网络传感器系统会议是计算机嵌入式和传感器网络领域最为权威的国际会议。该会议每年收录的文章仅有20余篇。本年度论文录用率为19.44%,总共收录论文为28篇,被录用的文章均来自国际、国内著名高校及研究院。

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