孫琛

摘? ?要：文章介紹了慣性導(dǎo)航基本原理，基于慣性導(dǎo)航的定位監(jiān)測儀在消防和礦山救援中的應(yīng)用以及目前應(yīng)用中的優(yōu)缺點和未來發(fā)展或應(yīng)用的思考。

關(guān)鍵詞：慣性導(dǎo)航;應(yīng)急救援;定位

無論是消防還是礦山救援，救援人員在現(xiàn)場救援時，指揮中心會受到前端危險源識別不清、現(xiàn)場救援條件識別模糊等現(xiàn)實條件的制約，無法下達(dá)準(zhǔn)確而有力的救援指令，使得救援人員所面臨的救援難度成倍增加。面對復(fù)雜多變的環(huán)境，急需有效的應(yīng)急救援裝備，特別是信息化的救護(hù)裝備，以便在救災(zāi)現(xiàn)場既可以提供個人防護(hù)，又對進(jìn)入前線的戰(zhàn)斗員進(jìn)行實時定位、狀態(tài)監(jiān)測及各種數(shù)據(jù)的跟蹤，避免救援人員入場后發(fā)生二次傷亡，更好地提高作戰(zhàn)效率。

1? ? 慣性導(dǎo)航基本原理

在各類導(dǎo)航系統(tǒng)中，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)被認(rèn)為是最重要的一種導(dǎo)航系統(tǒng)。慣性導(dǎo)航是以測量運(yùn)動體加速度為基礎(chǔ)的導(dǎo)航定位方法，測量到的加速度經(jīng)過一次積分可以得到運(yùn)動速度，經(jīng)過二次積分可以得到運(yùn)動距離，從而給出運(yùn)動體的瞬時速度和位置數(shù)據(jù)[1-2]。這種不依賴外界信息，只靠載體自身的慣性測量來完成導(dǎo)航任務(wù)的技術(shù)也叫自主式導(dǎo)航。

2? ? 慣性導(dǎo)航的實際應(yīng)用

市面上現(xiàn)在有很多基于慣性導(dǎo)航的定位裝備，下面以虹安科技AXDWJ1101型產(chǎn)品為例，對基于慣性導(dǎo)航的人員定位監(jiān)測功能進(jìn)行分析。該產(chǎn)品是其應(yīng)急救援定位監(jiān)測指揮系統(tǒng)中的一部分，該系統(tǒng)分為個人裝備層、網(wǎng)絡(luò)層、指揮層組成，其中，定位監(jiān)測模塊屬個人裝備層物品，實際運(yùn)用中將放置于救援人員的鞋墊之中，通過藍(lán)牙與信息收發(fā)裝置或者中繼器相連接，完成定位監(jiān)測的實時信息從現(xiàn)場傳回到后臺和指揮中心，其模塊連接與信息收發(fā)方式如圖1所示。

具體應(yīng)用到應(yīng)急救援當(dāng)中，導(dǎo)航模塊可以實現(xiàn)監(jiān)測人員的實時位置（具體樓層及所其在某樓層時的方位）及人員活動狀態(tài)（走路、跑步、上下樓梯、跌倒等），圖2為兩名救援人員在兩層樓內(nèi)活動的軌跡，測試過程中進(jìn)行各樓層攝像頭實時監(jiān)控查看，與導(dǎo)航監(jiān)控界面對比，符合實際且重合度很高。測試過程中，可看到位置坐標(biāo)處人員的活動狀態(tài)。

同一人員也分別在高層建筑及井下進(jìn)行了實際測試，得到了不同情況下的監(jiān)測圖，如圖3—4所示。

3? ? 應(yīng)用中的優(yōu)缺點分析

3.1? 應(yīng)用中的優(yōu)點

系統(tǒng)可現(xiàn)場搭建，靈活性高，不依賴GPS及北斗系統(tǒng)信號，可以實現(xiàn)自組網(wǎng)，并實時跟蹤人員活動位置，由于慣導(dǎo)具有高度的自主性、隱蔽性、信息完備性，其保密性好且不易受干擾[3]。隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)與國防建設(shè)的發(fā)展，目前慣性導(dǎo)航不僅應(yīng)用于軍事、工程和科學(xué)研究等領(lǐng)域，而且已擴(kuò)展到民用領(lǐng)域，如石油鉆井、大地測量、移動機(jī)器人等系統(tǒng)中。

3.2? 應(yīng)用中的缺點

分析定位監(jiān)測功能的各項參數(shù)，提取一部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在地面上的各種功能實現(xiàn)都很好，然而到了地下，實時監(jiān)測功能所呈現(xiàn)的效果并不好，其信息的傳輸延遲現(xiàn)象很明顯，常有卡頓現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)軌跡的跳變，不能準(zhǔn)確實現(xiàn)實時定位監(jiān)測。究其原因，主要在于井下環(huán)境復(fù)雜，受到地磁、風(fēng)力風(fēng)向、拐點較多、金屬管路較多等因素的影響，信號衰減較為明顯，傳輸速度亦受影響，如果想較為準(zhǔn)確地記錄位置，必須加密中繼器的放置[4]，圖5可進(jìn)行對比。

圖5為在某救護(hù)大隊模擬巷道進(jìn)行的3次測試分別得到的結(jié)果（以起點為圓心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以作對比），第1次和第2次都出現(xiàn)了軌跡卡頓、數(shù)據(jù)丟失的情況，第3次在圖5圓圈所在增加3處中繼器，使得軌跡較好呈現(xiàn)。

4? ? 結(jié)語

經(jīng)過實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，單純使用慣性導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行實時定位監(jiān)測并不能完全解決現(xiàn)場所需，需要在未來的應(yīng)用中積極考慮技術(shù)融合，如慣性導(dǎo)航與衛(wèi)星導(dǎo)航融合、慣性導(dǎo)航與WiFi的結(jié)合，以提高實時傳輸效率以及定位精度。

[參考文獻(xiàn)]

[1]秦永元.慣性導(dǎo)航[M].北京：科學(xué)出版社，2014.

[2]孫澤鵬.淺談慣性導(dǎo)航發(fā)展及其分類[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（17）：277.

[3]段國棟，萬子平，彭歡.慣性導(dǎo)航技術(shù)介紹及應(yīng)用發(fā)展研究[J].中國科技縱橫，2016（20）：254-258.

[4]周俊，王琳，徐永強(qiáng)，等.慣性導(dǎo)航與衛(wèi)星導(dǎo)航組合定位精度分析及仿真[J].無線電工程，2018（12）：1086-1090.

Application and analysis of inertial navigation in emergency rescue

Sun Chen

（Shanxi Hongan Technology Co.， Ltd.， Taiyuan 030032， China）

Abstract：This paper introduces the basic principle of inertial navigation， the application of the positioning monitor based on inertial navigation in fire fighting and mine rescue， the advantages and disadvantages of the current application and the consideration of its future development or application.

Key words：inertial navigation; emergency rescue; positioning