人员搜救定位系统研究综述

何昕　邓跃

【摘 要】全球卫星定位搜救系统（GPS）可以提供全球范围内的紧急事件的搜救服务，但是对于小范围区域内的一些紧急情况搜救，此系统就不显得很适用。本文介绍了搜救定位的背景、现状以及研究定位算法的必要性，同时介绍了无线定位技术及其具体系统应用，也对进一步需要研究的问题进行了讨论。

【关键词】搜救；无线定位；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

随着移动通信、无线传感网络[1]（WSN）的发展，定位技术已逐渐步入了全新的阶段。与此同时，室内环境下基于位置的服务（LBS）[2]越来越多的得到人们的重视，仓储中心、写字楼、医疗设备等都需要准确的定位信息，对现存物品等实现可靠、系统的管理。在技术和市场需求的双重推动下，构建与GPS相对应的完美精确的室内定位系统IPS[3]（Indoor Position System）成为工业界和科技界的关注热点。

导航技术已应用到军事指挥、民用航空、交通运输以及气象等多个领域，但是消防室内搜救[4]却一直未能享受到卫星导航带来的便利，分析其原因，一方面，是卫星导航技术在室内搜救中有无法突破的困局：定位精度不能满足需求且卫星信号也无法穿透太厚的墙壁；另一方面，则因为过去建筑层数少，结构单一，布局简单，消防搜救工作本身难度不大，室内导航并没有一定的市场需求。

近年来，边疆地区暴力恐怖事件频繁发生，对地区各民族和睦共处、长治久安带来了极大的维稳压力。面对边疆地区反恐维稳的严峻形势，社区的安全巡逻和维稳服务已经成为常态。为保护执勤在社区一线的民警和社区巡逻人员的生命安全，如何准确、及时地获取和跟踪巡逻人员的位置，如何让巡逻人员在面临危险和被困的情况下仍然有报警呼救的机会，如何解决巡逻人员在室内无GPS信号环境下的准确定位与搜救等问题，目前还没有一种有效的技术手段与系统。为了保障社区巡逻人员的安全，通常会为其配备具有报警功能的定位装置。

1 无线搜救定位技术概述

无线定位[5]是指利用无线电波信号确定一个移动台所在位置的能力。位置信息一般包括与移动台有关的坐标（二维或三维），通常指移动台所处位置的经度、纬度和高度信息。定位系统的精度是定位的主要质量指标，一般定义为位于准确区域周围的不确定区域，经过多次定位测量得到一个百分比值。

对移动通信网络中移动台的定位方法主要包括两大类，当然也包括将两者结合起来的混合定位：

（1）利用移动通信网络的基站（BS）和移动台之间传播的无线电波信号的特征参数进行定位[6]；

（2）利用移动台内置的GPS接收模块，接收GPS导航电文进行定位。

1.1 利用无线电波信号的特征参数进行定位

此类方法是通过检测位于已知位置的基站和移动台之间传播的无线电波信号的特征参数，来确定移动台的距离或者方向或者全部。目前的移动通信网络都是蜂窝网络，蜂窝网络常用的移动台定位方法主要分为基于方向的定位和基于距离的定位。

1.2 利用移动台接收的GPS信息进行定位

GPS是以三角测量定位原理来进行定位的。它采用多星高轨测距体制，以接收机至GPS卫星之间的距离作为基本观测量。当地面用户的GPS接收机同时接收到3颗以上卫星的信号后，通过使用伪距测量或载波相位测量，测算出卫星信号到接收机所需要的时间、距离，再结合各卫星所处的位置信息，将卫星至用户的多个等距离球面相交后，即可确定用户的三维（经度、纬度、高度）坐标以及速度、时间等相关参数。计算经度、纬度至少需要3颗卫星，再加一颗就可以计算高度。

目前在国内运用的移动台定位技术主要有两种，纯粹的GPS定位技术、A-GPS技术。其中纯粹的GPS定位技术多用于专用的GPS定位终端（如车载台）；A-GPS技术目前在中国移动部分省（市）的位置服务中采用。

2 搜救定位系统分类

为了实现移动台定位，需要组建相应的定位系统。根据实际位置计算的网元不同，定位系统可分为以下几类：

2.1 基于移动台的定位[7]

移动台利用来自多个基站的信号或接收到的卫星信号计算出自己的位置，即由移动台执行测量并计算定位结果，也称移动台自定位系统。此种方式不需要建设后台定位系统，但移动台需内含定位模块。

2.2 基于网络的定位系统

移动通信网络利用移动台传来的信号计算出移动台位置，即由一个或多个基站执行测量，在网络侧进行定位结果计算。定位测量一般只能对激活态下的移动台进行，对处于空闲态的移动台可采取寻呼或发空短信等方式实现位置更新。

基于网络的定位系统的优点在于无需改动现有移动台，但需要无线网和核心网设备的支持。目前中国移动和中国联通建设的粗定位系统采用了基于网络的定位系统。

2.3 网络辅助的移动台定位系统[8]

网络辅助的移动台定位系统是由网络中多个固定位置接收机同时检测移动台发射的信号，将各接收信号携带的某种与移动台的位置有关的特征信息从空中接口传送回移动台，由集成在移动台中的位置计算功能（PCF）计算出移动台的位置。

2.4 移动台辅助的网络定位系统

基于网络的移动台辅助定位方案，由移动台执行测量，测量结果发送到网络侧进行计算。其定位过程是由移动台检测网络中多个固定位置发射机同时发射的信号，将各接收信号携带的某种与移动台位置有关的特征信息由空中接口传送回网络，由集成在网络中的移动台定位中心（MLC）中的PCF计算出移动台的估计位置。

3 下一步研究工作

目前的定位与报警装置多采用具有GPS芯片的手机、平板电脑等作为软件载体，当危险发生后按动屏幕上的SOS按钮，以软件方式实现报警。市场上也有少数通过腕表等硬件进行SOS报警的定位产品。软件报警方式受软件启动速度慢和装置体积偏大的影响，不利于携带，也不适合在紧急情况下的报警呼救。而硬件报警方式虽然能快速地按动SOS按钮实现报警，但在极端情况下，如巡逻人员无察觉地被恐怖分子所控制，根本没有机会主动按下SOS按钮，这种主动、显式的硬件报警方式也不能有效、及时地将险情传送出去。因此，急需一种能识别危险情况，以被动、隐式的方式结合硬件实现快速隐蔽报警，提高巡逻人员的生存几率，也需要一种精确的室内定位技术来弥补GPS定位不能覆盖室内的缺陷。

【参考文献】

[1]王焱，单欣欣，姜伟.无线传感网络中移动节点定位技术研究[J].传感技术学报，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]王庆辉，刘华月，魏立峰.无线消防队员火场定位及救援系统的研究[J].沈阳化工大学学报，2015，29（3）：268-272.

[5]胡可刚，王树勋，刘立宏.移动通信中的无线定位技术[J].吉林大学学报：信息科学版，2005，23（4）：378-384.

[6]翟瑞永.利用无线电波的相位差实现精确定位[D].太原理工大学，2008.

[7]邓平.蜂窝网络移动台定位技术研究[D].西南交通大学，2002.

[8]郭蓉.基于TD-SCDMA蜂窝网的无线定位技术研究[D].电子科技大学，2011.

[责任编辑：王楠]