POINTER:可以穿過牆體尋找被困消防員的導航系統

據外媒報道,一種獨特的定位技術正在開發中,當其他定位技術失效時它可以用來定位建築物內的消防員。我們知道,當消防員在建築物內進行救援時往往會遇到煙霧和火焰掩蓋的快速變化的環境。在建築物中導航可能會讓人感到困惑,並且如果消防員迷路或受傷,那麼救援人員可能很快也會淪為需要被救援的人。

為了幫助減輕這些危險,NASA的噴氣推進實驗室和國土安全科學技術部(S&T)正在開發POINTER(精確室外室內導航與跟蹤應急響應)系統。據悉 ,該系統會在消防員冒着生命危險在建築物內部拯救他人時用來定位和追蹤他們。POINTER於2014年開始成型,目前該技術正逐步成熟,可用於全美消防部門。

「即使在消防技術方面取得了所有的進步,我們每年仍在失去大量的消防員,」S&T應急人員研發項目負責人Greg Price說道,「我們想讓他們知道,我們是他們的後盾,我們正在努力提供他們需要的工具以確保他們自己的安全。POINTER就是這些拯救生命的解決方案之一。」

跟GPS或射頻識別等定位技術不同的是,POINTER不使用無線電波。雖然無線電波提供了一種可靠的方法來確定某個人在一個相對開放的空間的位置,但如果進入室內或被高樓包圍,無線電波就會變得不那麼可靠。這對於試圖在着火的大樓中找到消防員這件事來說,顯然可能會是一個生死攸關的情況。

磁准靜態場

POINTER通過控制磁准靜態(MQS)場來消除這種不可預測性。作為電磁場的一種,MQS場作為一種可行的定位工具已經在很大程度上被研究人員忽視了。但噴氣推進實驗室的高級研究技術專家Darmindra Arumugam卻幫助設計出了一個數學和技術框架,其通過使用低頻來擴展這項技術的應用范圍,同時還確保了高度精確的位置數據。

「這些場不會被大多數建築中發現的材料阻擋或反射,因為大多數建築材料能讓磁准靜態場很容易滲透,」POINTER首席調查員之一Arumugam說道。

當低頻交變電流通過線圈時,可以產生MQS場。電磁場既有電成分也有磁成分,但在非常低的頻率和線圈結構中,MQS場中的磁成分則占據了主導地位。在准靜態范圍內,從幾米到幾千米–具體由通過線圈的頻率決定,MQS場的作用很像我們地球內部產生的靜態磁場。這就是這個場被描述為「准靜態的」的原因,這意味着幾乎是靜止的或非常緩慢地振盪。

Arumugam補充道:「這對基於遙感的波浪位置傳感的工作和執行方式有着很大的不同。盡管無線電波會被建築物中的金屬、水泥和磚材料阻擋、反射和衰減,但磁准靜態場卻不會。它們可以直接穿過牆壁、創造出一種導航和交流的方式。」

此外,他還指出,這種形式的定位技術未來還可在地球之外得到應用。MQS技術可以配置為更遠距離,這填補了NASA一些太空機器人項目導航傳感器的重大技術空白。許多這些機器人系統將需要在具有挑戰性的、非視線的環境中自動導航,並且還可能需要額外的導航能力。MQS場可在傳統的導航技術不能很好地運行的情況下被應用於穿冰機器人、洞穴機器人和水下機器人中。

POINTER:可以穿過牆體尋找被困消防員的導航系統

一個實際的應用

POINTER系統由三部分組成:接收機、發射機和基站。消防員戴着接收器,它目前雖然只有手機大小,但在進一步的開發後它還將會變得更小。一個發射機可以連接到大樓外的應急車輛上以產生MQS場,其將穿過大樓並對當前版本系統230英尺(70米)范圍內的任何接收器發出脈沖信號。

這個范圍雖然可以擴展,但在大多數消防應用中並不需要。接收器探測場、確定3D位置,然後再將數據傳回到建築物外的一台筆記本電腦(基站)。可視化軟件則可顯示消防員在三維空間中的位置,其精確度可以達到幾英寸的級別。

POINTER不僅可以幫助消防團隊通過牆壁定位團隊成員,MQS場還可以幫助確定接收器的方向。換言之,它們可以提供關於急救人員是站着還是躺着、移動還是靜止以及他們面向哪個方向的關鍵信息。

「這是一項非常令人興奮的技術,它為消防員的態勢感知增加了另一個維度,」噴氣推進實驗室POINTER項目經理Ed Chow說道,「它可以實時跟蹤消防員,如果他們失去反應,隊員們可以看到他們是否被困在廢墟下或是否受傷,這樣就可以進行救援。」

在最近的一次演示中,POINTER在西洛杉磯退伍軍人事務醫療中心校園的一個三層8000平方英尺(750平方米)的結構內進行了測試,整個結構的三維空間精度不到一米。

現在,POINTER團隊正計劃在加州帕薩迪納市一棟兩層的獨棟住宅內進行技術演示的網絡直播,該住宅靠近加州理工學院。之後,團隊今年將在各種消防場景中展開進一步的實地測試,2022年則將會向消防部門提供POINTER的商業版本。

來源:cnBeta