红外热成像技术开启安防新(xīn)时代
时间: 2017-08-14 15:33:15 来源: 广西南宁华驰安防科(kē)技有(yǒu)限公司
提起定位导航，大家首先想到的是GPS，中國(guó)也推出了自己的卫星定位系统北斗卫星定位系统。但是卫星定位只能(néng)用(yòng)在室外环境，一到室内，由于导航信号衰减太快，卫星定位就无法使用(yòng)。
那么，室内定位当前有(yǒu)没有(yǒu)“刚需”呢(ne)？答(dá)案是肯定的。今天我们不谈现在很(hěn)热闹的消费级市场应用(yòng)，我们谈下室内定位技术在一些特殊但很(hěn)重要的场景——消防救援、反恐处突、抢险救灾等应急任務(wù)中的应用(yòng)。
●●●
消防救援等应急任務(wù)对室内定位技术的特殊需求
试想一下这样的场景：大火现场，消防员冲进着火的大楼里试图搜救幸存者，火势越来越猛烈，烟雾弥漫，消防员迷路找不到出口，氧气不够，最终丧失了生命……
如果能(néng)精确定位消防员的位置，后方指挥人员掌握了进入火场施救的消防员实时动向，通过通信设备向现场人员提供准确指挥，避免消防员在火场中迷路，可(kě)以最大程度地减少人员伤亡。这对于室内定位技术来说，也是功德一件了。
目前业内主流室内定位技术普遍需要外部设施或先验数据库，比如UWB、WiFi、蓝牙、地磁等，而消防救援等应急任務(wù)通常来不及或环境不允许布置外部定位基站或信标等设备，因此没有(yǒu)一种可(kě)以满足紧急任務(wù)下自主定位的要求，所以采用(yòng)不依赖任何外部设备或先验数据库的惯导定位技术是目前比较稳妥的手段。惯导定位技术是一种完全自主式的导航技术，与普通的定位技术不同的是，它不依赖于导航卫星、无線(xiàn)基站、電(diàn)子标签等任何辅助设备和先验数据库。
对于应急任務(wù)室内定位需求来说，定位产品是否能(néng)达到实战效果应该从以下几个方面评估或者实际测试：
1、 是否可(kě)以适应多(duō)种步态，典型步态有(yǒu)小(xiǎo)碎步走、小(xiǎo)跑、侧移、倒退、上下楼等；
2、 沿長(cháng)直線(xiàn)走50米以上，到末端转５个以上圆圈（半径２米以上），再沿原直線(xiàn)走回，评估偏移量，偏移量控制在１%以内的则為(wèi)优秀产品（惯导存在无法消除的固定角度和位置漂移，只能(néng)尽可(kě)能(néng)降低；
3、 反复上下楼梯，评估高度准确度，尤其是楼层判定，看看会不会出现楼层错误，小(xiǎo)误差可(kě)以接受，但是楼层判错会延误救援甚至造成致命失误；
4、 在建筑物(wù)内进行实地测试，磁场是惯导室内定位的一个重要信息，可(kě)以用(yòng)来控制惯导的漂移。但是也容易受到外界影响，尤其是建筑物(wù)比较紧凑，金属结构比较多(duō)，有(yǒu)大型显示屏的环境，应评估定位产品磁场抗干扰特性；
5、 有(yǒu)条件的可(kě)以进行点火试验，大火会造成温度和气流的急剧变化，如果气压计数据融合没有(yǒu)处理(lǐ)好，高度会有(yǒu)很(hěn)大偏差，简易测试方法是通过空调调节室内外温差，通过出入室内外测试定位的稳定性；
6、 使用(yòng)是否便捷、是否需要外部基站辅助都可(kě)以评估，在消防救援等应急任務(wù)中不能(néng)完全依赖于任何外部基站，在无外部基站辅助情况下可(kě)以保持45分(fēn)钟左右的精度可(kě)用(yòng)；
7、 地图融合算法的优劣，无地图和有(yǒu)地图的情况使用(yòng)评估，我们的iNav智能(néng)定位引擎提供了地图输入接口，在有(yǒu)室内地图信息的条件下，可(kě)以長(cháng)时间保持高精度不漂移，做过的典型试验是在商(shāng)场内，1小(xiǎo)时内精度稳定在2米；
8、 数据通信方式的选择，大致分(fēn)為(wèi)两类情况，一种是利用(yòng)运营商(shāng)网络外传（利用(yòng)基础网络的覆盖冗余性和其稳健的通信机制），一种是利用(yòng)专用(yòng)网络，但是目前还没有(yǒu)一种可(kě)以快速部署又(yòu)便捷可(kě)穿戴，能(néng)够覆盖消防救援的专用(yòng)通讯网络（通常能(néng)达到覆盖地下一层就已经算性能(néng)达标了），如果产品能(néng)兼容运营商(shāng)网络和专用(yòng)网络就已经是一种比较好的方式了。
一种比较可(kě)行的产品配置方案是1个主控端 + 4-8个单兵节点配置，如图：
图1 应急任務(wù)现场指挥系统方案图
每个单兵配备一个定位模块（足部）和手持终端，模块获取人员运动数据后，通过蓝牙通讯传给手持终端，手持终端通过遠(yuǎn)场通讯设备将数据传递给指挥中心。系统可(kě)融入室内地图，水平精度达到0.3%，能(néng)准确进行楼层识别。现场、后场多(duō)个指挥端可(kě)同步显示，有(yǒu)利于消防员现场指挥调度、减少人员伤亡现场，事后可(kě)实现任務(wù)回放，进行教學(xué)和经验总结。
●●●
微惯导室内定位技术在应急任務(wù)中具有(yǒu)无可(kě)替代的优势
在应急任務(wù)场合，业内主流室内定位技术普遍需要外部设施，大多(duō)数无法满足紧急情况下自主定位的要求。在这种情况下，首先想到的就是惯导室内定位技术。基于此，市场上也涌现了一批做惯导定位的公司。
國(guó)外的代表公司有(yǒu)Honeywell、SEER Technology，产品的定位精度基本上為(wèi)2%-5%，也就是说用(yòng)户行走1km，位置误差為(wèi)20米，这是无法满足实际应用(yòng)需求的，会延误逃生、救援等和位置精度密切相关的应急任務(wù)，整个产品没有(yǒu)达到真正实战的技术指标。因此这部分(fēn)产品也因技术不成熟而未能(néng)打开市场。
一般人对于0.3%精度仍有(yǒu)质疑，其实产品采用(yòng)的是普通的低成本MEMS方案，就是智能(néng)手机中的G-sensor，而且不依靠任何基站等辅助信息。这种低成本的MEMS器件，通常会有(yǒu)极高的方向漂移误差（≥100°/h）和加速度误差，如果仅采用(yòng)普通的航位推算算法，加速度积分(fēn)带来的速度和位移误差将高达10%以上。
微惯导室内定位技术目前发展比较快，主要是用(yòng)于紧急救援或者军事用(yòng)途，大概分(fēn)為(wèi)两种：
(1) 佩戴于腰部的惯导模块，采用(yòng)传统PDR航位推算方案；
(2) 佩戴于足部的惯导模块，基于足部运动模型开发，精度较高；
腰上的方案实用(yòng)性更强，但是对于侧移、转弯、原地踏步等步态就会产生明显的误差积累。目前有(yǒu)些腰部惯导产品的实验结果是2%的精度，走100米误差达到2m。业内比较知名的Honeywell的DRM4000（图2）和SEER Technology的NAViSEER（图3）都是采用(yòng)这类技术方案，实测精度大约在2%～5%。腰部惯导定位模块无法适应特殊步态，实战应用(yòng)受限，希望后期能(néng)看到更為(wèi)优秀的产品和技术出现。
不同于北斗、GPS，解析室内定位背后的微惯导技术 不同于北斗、GPS，解析室内定位背后的微惯导技术
足部的方案精度高，相对稳定，如果能(néng)够稳定在0.3%以内的精度，基本能(néng)满足应急任務(wù)的需求了，消防、反恐、救援任務(wù)在建筑物(wù)内行走距离不長(cháng)，行走1km误差累计3m，用(yòng)户基本都可(kě)以接受。
●●●
“ 微惯导 + ”融合定位解决方案
纯惯导定位在室内小(xiǎo)场景，经过長(cháng)时间的行走后，角度和位置漂移并不明显，因此在很(hěn)多(duō)使用(yòng)场景中并没有(yǒu)使用(yòng)其它辅助定位手段。但是这种纯惯导定位产品依然有(yǒu)两个弱点：
一是输出為(wèi)相对轨迹，需要将多(duō)个人员的轨迹统一到一个坐(zuò)标系中，目前使用(yòng)较多(duō)的做法是所有(yǒu)应急任務(wù)人员在出发时经过同一段長(cháng)直線(xiàn)，在应用(yòng)层将轨迹旋转到统一坐(zuò)标。第二种做法大概是部署两个脚垫（相隔至少10米以上），所有(yǒu)队员依次踩两个脚垫，可(kě)以通过后台自动旋转将多(duō)个队员统一到一个坐(zuò)标。
二是就纯惯导定位的精度来说，目前业内0.3%的精度相对比较高，但在大场景長(cháng)距离情况下，由于惯导固有(yǒu)的漂移率，仍然会有(yǒu)较大的累积误差（如图4所示），需要外部的信息进行校准。
针对这两大问题，我这里分(fēn)享下我们的两种解决方案，给大家做个参考：
(1) 通过地图匹配辅助微惯导定位；
(2) 采用(yòng)外部蓝牙基站辅助微惯导定位。
如果可(kě)以获取应急任務(wù)场景的建筑物(wù)室内地图信息，结合地图匹配技术，利用(yòng)基于地图信息的粒子滤波自动學(xué)习路径算法，校准惯导定位中的残余误差并标定多(duō)个，实现長(cháng)时间稳定定位，可(kě)进一步减少辅助定位基站数量，降低定位系统复杂度。
采用(yòng)外部蓝牙基站辅助定位，我们目前是以微惯导定位為(wèi)主，通过间或获取的基站蓝牙信号进行校准，被定位人员在建筑物(wù)内结合自身的惯导数据和间或获取的基站信息，来获取一个稳定的高精度定位结果，同时实现了多(duō)人轨迹标定，实际测试结果體(tǐ)验就会比较好。这里需要考虑一个问题，就是辅助基站布设的灵活性和快捷性。
蓝牙也可(kě)用(yòng)于室内定位，但是信号发射范围比较小(xiǎo)，而且容易受到环境包括人體(tǐ)的遮挡和干扰，定位精度不高，一般在3米左右；但蓝牙设备轻巧，成本低，布设起来较為(wèi)方便，这对于应急任務(wù)来说是一大优势。所以以高精度惯导定位為(wèi)主，辅以便于临时布设的蓝牙信标，有(yǒu)望解决应急任務(wù)场合的室内定位现场快速部署的问题。
下面是采用(yòng)高精度的微惯导定位模块结合蓝牙信标做的外场试验，通过智能(néng)定位引擎进行数据融合。
在一个大型百货商(shāng)场中，面积约200米*300米的范围内总共只部署了3个蓝牙信标，图5中红色所标示的為(wèi)信标的位置。进行了约1个半小(xiǎo)时的自由行走，总计行程约6km，没有(yǒu)借助任何地图信息，可(kě)以实现長(cháng)时间的高精度定位，定位误差最大的地方达到3.6米，90%以上时间定位误差均在2米内。惯导定位精度再高也是有(yǒu)漂移的，尤其在这种大场景下，1～2°的角度偏差就可(kě)以造成6～8米的位移偏差，蓝牙信标和惯导的数据经过iNav引擎融合优化后，将多(duō)人相对轨迹迅速统一到第一个人的坐(zuò)标系，并且实现稳健的高精度定位。
其实讲到这里，我们选择提出“微惯导+蓝牙”室内定位解决方案的原因就很(hěn)简单了——部署简便，间或校准惯导漂移，自动实现多(duō)人轨迹方向对齐，无需任何地图信息融合，長(cháng)时间维持在一个稳定的可(kě)接受的精度范围，是非常适合应急任務(wù)室内场景的。
实际使用(yòng)时，第一个进入室内的应急任務(wù)人员，在室内一些关键位置（大门、楼梯拐角等）随意放置3～4个蓝牙，即可(kě)完成部署，后续队员的定位结果都可(kě)以依靠这几个蓝牙小(xiǎo)标签起作用(yòng)。
室内定位技术种类较多(duō)，但单靠一种技术无法完全解决实际问题，也无法同时满足成本低、精度高、覆盖广的需求。在未来相当長(cháng)一段时间内，微惯导定位将是应急任務(wù)室内定位解决方案中的核心技术。
广西南宁华驰安防科(kē)技有(yǒu)限公司：拥有(yǒu)10多(duō)年行业经验、安防技术专业团队、上千个成功个案，详情致電(diàn)：0771-2365568,18577975075。公司营业范围有(yǒu)：广西南宁安防监控、视频监控工程、视频监控安装、网络监控安装、视频监控设备、楼宇监控安装、校园视频监控、校园广播、多(duō)媒體(tǐ)教室、電(diàn)脑语音一體(tǐ)室、幼校接送卡、会议音响、LED显示屏、视频监控系统，防盗报警系统，電(diàn)子巡更系统，楼宇智能(néng)化系统，门禁一卡通系统，停車(chē)场管理(lǐ)系统等安防监控安装、调试、以及维护服務(wù)。