人員搜救定位系統(tǒng)研究綜述

何昕　鄧躍

【摘 要】全球衛(wèi)星定位搜救系統(tǒng)（GPS）可以提供全球范圍內的緊急事件的搜救服務，但是對于小范圍區(qū)域內的一些緊急情況搜救，此系統(tǒng)就不顯得很適用。本文介紹了搜救定位的背景、現(xiàn)狀以及研究定位算法的必要性，同時介紹了無線定位技術及其具體系統(tǒng)應用，也對進一步需要研究的問題進行了討論。

【關鍵詞】搜救；無線定位；GPS

【Abstract】Global positioning satellite search and rescue system can provide a global emergency search and rescue service， but for some of the emergency search and rescue area within a small area， the system does not seem to be very applicable. This paper introduces the background， status and the necessity of research on search and rescue positioning system， and also introduces the Wireless location technology and its concrete application. Finally， the future study problems are discussed.

【Key words】Search and rescue； Wireless location； GPS

隨著移動通信、無線傳感網(wǎng)絡[1]（WSN）的發(fā)展，定位技術已逐漸步入了全新的階段。與此同時，室內環(huán)境下基于位置的服務（LBS）[2]越來越多的得到人們的重視，倉儲中心、寫字樓、醫(yī)療設備等都需要準確的定位信息，對現(xiàn)存物品等實現(xiàn)可靠、系統(tǒng)的管理。在技術和市場需求的雙重推動下，構建與GPS相對應的完美精確的室內定位系統(tǒng)IPS[3]（Indoor Position System）成為工業(yè)界和科技界的關注熱點。

導航技術已應用到軍事指揮、民用航空、交通運輸以及氣象等多個領域，但是消防室內搜救[4]卻一直未能享受到衛(wèi)星導航帶來的便利，分析其原因，一方面，是衛(wèi)星導航技術在室內搜救中有無法突破的困局：定位精度不能滿足需求且衛(wèi)星信號也無法穿透太厚的墻壁；另一方面，則因為過去建筑層數(shù)少，結構單一，布局簡單，消防搜救工作本身難度不大，室內導航并沒有一定的市場需求。

近年來，邊疆地區(qū)暴力恐怖事件頻繁發(fā)生，對地區(qū)各民族和睦共處、長治久安帶來了極大的維穩(wěn)壓力。面對邊疆地區(qū)反恐維穩(wěn)的嚴峻形勢，社區(qū)的安全巡邏和維穩(wěn)服務已經(jīng)成為常態(tài)。為保護執(zhí)勤在社區(qū)一線的民警和社區(qū)巡邏人員的生命安全，如何準確、及時地獲取和跟蹤巡邏人員的位置，如何讓巡邏人員在面臨危險和被困的情況下仍然有報警呼救的機會，如何解決巡邏人員在室內無GPS信號環(huán)境下的準確定位與搜救等問題，目前還沒有一種有效的技術手段與系統(tǒng)。為了保障社區(qū)巡邏人員的安全，通常會為其配備具有報警功能的定位裝置。

1 無線搜救定位技術概述

無線定位[5]是指利用無線電波信號確定一個移動臺所在位置的能力。位置信息一般包括與移動臺有關的坐標（二維或三維），通常指移動臺所處位置的經(jīng)度、緯度和高度信息。定位系統(tǒng)的精度是定位的主要質量指標，一般定義為位于準確區(qū)域周圍的不確定區(qū)域，經(jīng)過多次定位測量得到一個百分比值。

對移動通信網(wǎng)絡中移動臺的定位方法主要包括兩大類，當然也包括將兩者結合起來的混合定位：

（1）利用移動通信網(wǎng)絡的基站（BS）和移動臺之間傳播的無線電波信號的特征參數(shù)進行定位[6]；

（2）利用移動臺內置的GPS接收模塊，接收GPS導航電文進行定位。

1.1 利用無線電波信號的特征參數(shù)進行定位

此類方法是通過檢測位于已知位置的基站和移動臺之間傳播的無線電波信號的特征參數(shù)，來確定移動臺的距離或者方向或者全部。目前的移動通信網(wǎng)絡都是蜂窩網(wǎng)絡，蜂窩網(wǎng)絡常用的移動臺定位方法主要分為基于方向的定位和基于距離的定位。

1.2 利用移動臺接收的GPS信息進行定位

GPS是以三角測量定位原理來進行定位的。它采用多星高軌測距體制，以接收機至GPS衛(wèi)星之間的距離作為基本觀測量。當?shù)孛嬗脩舻腉PS接收機同時接收到3顆以上衛(wèi)星的信號后，通過使用偽距測量或載波相位測量，測算出衛(wèi)星信號到接收機所需要的時間、距離，再結合各衛(wèi)星所處的位置信息，將衛(wèi)星至用戶的多個等距離球面相交后，即可確定用戶的三維（經(jīng)度、緯度、高度）坐標以及速度、時間等相關參數(shù)。計算經(jīng)度、緯度至少需要3顆衛(wèi)星，再加一顆就可以計算高度。

目前在國內運用的移動臺定位技術主要有兩種，純粹的GPS定位技術、A-GPS技術。其中純粹的GPS定位技術多用于專用的GPS定位終端（如車載臺）；A-GPS技術目前在中國移動部分省（市）的位置服務中采用。

2 搜救定位系統(tǒng)分類

為了實現(xiàn)移動臺定位，需要組建相應的定位系統(tǒng)。根據(jù)實際位置計算的網(wǎng)元不同，定位系統(tǒng)可分為以下幾類：

2.1 基于移動臺的定位[7]

移動臺利用來自多個基站的信號或接收到的衛(wèi)星信號計算出自己的位置，即由移動臺執(zhí)行測量并計算定位結果，也稱移動臺自定位系統(tǒng)。此種方式不需要建設后臺定位系統(tǒng)，但移動臺需內含定位模塊。

2.2 基于網(wǎng)絡的定位系統(tǒng)

移動通信網(wǎng)絡利用移動臺傳來的信號計算出移動臺位置，即由一個或多個基站執(zhí)行測量，在網(wǎng)絡側進行定位結果計算。定位測量一般只能對激活態(tài)下的移動臺進行，對處于空閑態(tài)的移動臺可采取尋呼或發(fā)空短信等方式實現(xiàn)位置更新。

基于網(wǎng)絡的定位系統(tǒng)的優(yōu)點在于無需改動現(xiàn)有移動臺，但需要無線網(wǎng)和核心網(wǎng)設備的支持。目前中國移動和中國聯(lián)通建設的粗定位系統(tǒng)采用了基于網(wǎng)絡的定位系統(tǒng)。

2.3 網(wǎng)絡輔助的移動臺定位系統(tǒng)[8]

網(wǎng)絡輔助的移動臺定位系統(tǒng)是由網(wǎng)絡中多個固定位置接收機同時檢測移動臺發(fā)射的信號，將各接收信號攜帶的某種與移動臺的位置有關的特征信息從空中接口傳送回移動臺，由集成在移動臺中的位置計算功能（PCF）計算出移動臺的位置。

2.4 移動臺輔助的網(wǎng)絡定位系統(tǒng)

基于網(wǎng)絡的移動臺輔助定位方案，由移動臺執(zhí)行測量，測量結果發(fā)送到網(wǎng)絡側進行計算。其定位過程是由移動臺檢測網(wǎng)絡中多個固定位置發(fā)射機同時發(fā)射的信號，將各接收信號攜帶的某種與移動臺位置有關的特征信息由空中接口傳送回網(wǎng)絡，由集成在網(wǎng)絡中的移動臺定位中心（MLC）中的PCF計算出移動臺的估計位置。

3 下一步研究工作

目前的定位與報警裝置多采用具有GPS芯片的手機、平板電腦等作為軟件載體，當危險發(fā)生后按動屏幕上的SOS按鈕，以軟件方式實現(xiàn)報警。市場上也有少數(shù)通過腕表等硬件進行SOS報警的定位產品。軟件報警方式受軟件啟動速度慢和裝置體積偏大的影響，不利于攜帶，也不適合在緊急情況下的報警呼救。而硬件報警方式雖然能快速地按動SOS按鈕實現(xiàn)報警，但在極端情況下，如巡邏人員無察覺地被恐怖分子所控制，根本沒有機會主動按下SOS按鈕，這種主動、顯式的硬件報警方式也不能有效、及時地將險情傳送出去。因此，急需一種能識別危險情況，以被動、隱式的方式結合硬件實現(xiàn)快速隱蔽報警，提高巡邏人員的生存幾率，也需要一種精確的室內定位技術來彌補GPS定位不能覆蓋室內的缺陷。

【參考文獻】

[1]王焱，單欣欣，姜偉.無線傳感網(wǎng)絡中移動節(jié)點定位技術研究[J].傳感技術學報，2011，09：1326-1330.

[2]Li D. Research on Applications of LBS Based on Electronic Compass Assisted GPS[C]//Information Engineering and Electronic Commerce， 2009.IEEC '09. International Symposium on. 2009：599-602.

[3]Kaemarungsi K， Krishnamurthy P. Modeling of indoor positioning systems based on location fingerprinting[C]//International Symposium on Optical Science & Technology. IEEE， 2004：1012-1022 vol.2.

[4]王慶輝，劉華月，魏立峰.無線消防隊員火場定位及救援系統(tǒng)的研究[J].沈陽化工大學學報，2015，29（3）：268-272.

[5]胡可剛，王樹勛，劉立宏.移動通信中的無線定位技術[J].吉林大學學報：信息科學版，2005，23（4）：378-384.

[6]翟瑞永.利用無線電波的相位差實現(xiàn)精確定位[D].太原理工大學，2008.

[7]鄧平.蜂窩網(wǎng)絡移動臺定位技術研究[D].西南交通大學，2002.

[8]郭蓉.基于TD-SCDMA蜂窩網(wǎng)的無線定位技術研究[D].電子科技大學，2011.

[責任編輯：王楠]