基于惯性导航在应急救援领域应用分析

孙琛

摘   要：文章介绍了惯性导航基本原理，基于惯性导航的定位监测仪在消防和矿山救援中的应用以及目前应用中的优缺点和未来发展或应用的思考。

关键词：惯性导航;应急救援;定位

无论是消防还是矿山救援，救援人员在现场救援时，指挥中心会受到前端危险源识别不清、现场救援条件识别模糊等现实条件的制约，无法下达准确而有力的救援指令，使得救援人员所面临的救援难度成倍增加。面对复杂多变的环境，急需有效的应急救援装备，特别是信息化的救护装备，以便在救灾现场既可以提供个人防护，又对进入前线的战斗员进行实时定位、状态监测及各种数据的跟踪，避免救援人员入场后发生二次伤亡，更好地提高作战效率。

1    惯性导航基本原理

在各类导航系统中，惯性导航系统被认为是最重要的一种导航系统。惯性导航是以测量运动体加速度为基础的导航定位方法，测量到的加速度经过一次积分可以得到运动速度，经过二次积分可以得到运动距离，从而给出运动体的瞬时速度和位置数据[1-2]。这种不依赖外界信息，只靠载体自身的惯性测量来完成导航任务的技术也叫自主式导航。

2    惯性导航的实际应用

市面上现在有很多基于惯性导航的定位装备，下面以虹安科技AXDWJ1101型产品为例，对基于惯性导航的人员定位监测功能进行分析。该产品是其应急救援定位监测指挥系统中的一部分，该系统分为个人装备层、网络层、指挥层组成，其中，定位监测模块属个人装备层物品，实际运用中将放置于救援人员的鞋垫之中，通过蓝牙与信息收发装置或者中继器相连接，完成定位监测的实时信息从现场传回到后台和指挥中心，其模块连接与信息收发方式如图1所示。

具体应用到应急救援当中，导航模块可以实现监测人员的实时位置（具体楼层及所其在某楼层时的方位）及人员活动状态（走路、跑步、上下楼梯、跌倒等），图2为两名救援人员在两层楼内活动的轨迹，测试过程中进行各楼层摄像头实时监控查看，与导航监控界面对比，符合实际且重合度很高。测试过程中，可看到位置坐标处人员的活动状态。

同一人员也分别在高层建筑及井下进行了实际测试，得到了不同情况下的监测图，如图3—4所示。

3    应用中的优缺点分析

3.1  应用中的优点

系统可现场搭建，灵活性高，不依赖GPS及北斗系统信号，可以实现自组网，并实时跟踪人员活动位置，由于惯导具有高度的自主性、隐蔽性、信息完备性，其保密性好且不易受干扰[3]。随着国民经济建设与国防建设的发展，目前惯性导航不仅应用于军事、工程和科学研究等领域，而且已扩展到民用领域，如石油钻井、大地测量、移动机器人等系统中。

3.2  应用中的缺点

分析定位监测功能的各项参数，提取一部分数据进行了分析，发现在地面上的各种功能实现都很好，然而到了地下，实时监测功能所呈现的效果并不好，其信息的传输延迟现象很明显，常有卡顿现象，甚至会出现轨迹的跳变，不能准确实现实时定位监测。究其原因，主要在于井下環境复杂，受到地磁、风力风向、拐点较多、金属管路较多等因素的影响，信号衰减较为明显，传输速度亦受影响，如果想较为准确地记录位置，必须加密中继器的放置[4]，图5可进行对比。

图5为在某救护大队模拟巷道进行的3次测试分别得到的结果（以起点为圆心进行旋转以作对比），第1次和第2次都出现了轨迹卡顿、数据丢失的情况，第3次在图5圆圈所在增加3处中继器，使得轨迹较好呈现。

4    结语

经过实际应用发现，单纯使用惯性导航技术进行实时定位监测并不能完全解决现场所需，需要在未来的应用中积极考虑技术融合，如惯性导航与卫星导航融合、惯性导航与WiFi的结合，以提高实时传输效率以及定位精度。

[参考文献]

[1]秦永元.惯性导航[M].北京：科学出版社，2014.

[2]孙泽鹏.浅谈惯性导航发展及其分类[J].山东工业技术，2017（17）：277.

[3]段国栋，万子平，彭欢.惯性导航技术介绍及应用发展研究[J].中国科技纵横，2016（20）：254-258.

[4]周俊，王琳，徐永强，等.惯性导航与卫星导航组合定位精度分析及仿真[J].无线电工程，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