應用航天技術可望追蹤保護消防救援人員

 

1999年,馬薩諸塞州Worchester市一個倉庫發生一場五級火警,幾十名職業消防隊員衝進火場,經過幾小時奮力撲救,終於將火災撲滅。不幸的是,在火災現場找到了6具消防隊員的屍體,他們是因為在煙霧瀰漫的建築里迷路而遇難。消息傳出,全國震驚。對於技術人員來說,這是一個長期困擾他們的問題:在無線電信號不能正常傳輸的建築物內部,如何跟蹤這些消防隊員?令人欣慰的是,從最近NASA舉行的技術展示會得悉,這個棘手的技術問題已經解決了!

美國國土安全部(Department of Homeland Security)出資,委託國家航空航天局(NASA)噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)把航天自主機器人使用的兩種技術應用在地球環境,幫助確定在建築物內部、山洞裡和很深的地下、水下、冰層以下的應急救援人員的位置。整個系統不但能夠對救援人員準確定位,而且能確定他們的行進方向,還可以在救援人員倒地不動的時候發出報警。

噴氣推進實驗室研究技術專家和項目經理Darmindra Arumugam介紹說,他們開發的這種技術叫做室內外應急救援人員精確導航和跟蹤系統(Precision Outdoor and Indoor Navigation and Tracking for Emergency Responders),首字母縮寫POINTER意為指針。它的功能和一個高度精確的全球定位系統相似,但它背後的科技是一種突破性的新發明。

全球定位系統GPS的原理是對衛星發射的電磁波進行三角測量。可是,在大城市的市中心,許多建築物的鋼鐵結構對信號多次反射,使得測量精度從幾十厘米下降到幾十米;而在很深的地下、水下、冰層以下和山洞裡,電磁波很難穿透,傳輸距離短到1米以下,根本沒有實際應用的價值。

POINTER系統由兩部分組成,被測對象攜帶發射器,而接收器通常是在指揮中心。接收器不但能夠準確對發射機定位,而且採用多種算法來解釋接收到的信號,確定它的行進方向,還可以通過接收器的高度判斷救援人員是站着還是倒下,並且在救援人員倒地不動的時候發出報警。POINTER系統之所以這樣神通廣大,是因為它的發射器發射的不是一般的電磁波,而是一種稱為準靜態場(quasi-static fields)的電磁場,這種電磁場不像電磁波那樣會多次反射,也不像電磁波的穿透力那樣低,所以就不會遭遇同樣的問題。

發明准靜態場定位系統的Darmindra Arumugam說,他們原來是把這種技術用於探索外星的機器人。由機器人攜帶接收器到其它行星做宇航員到達的前期準備,探索地下、洞穴等電磁波不能發揮作用的地方,而把發射器留在指揮中心,反向確定接收器的位置。後來,他們才意識到可以把它用在地球環境,幫助確定在建築物內部、山洞裡和很深的地下、水下、冰層以下的應急救援人員的位置。

噴氣推進實驗室民用項目辦公室經理Ed Chow說,該實驗室同時還在開發一個名為AUDREY的人工智能系統,它的目的是把由POINTER提供的應急救援人員的位置和建築物的設計圖紙結合在一起,為指揮者提供每一個消防人員的實時位置,為迷失在煙霧中的消防人員提供行動方向,也為團隊內部人員提供相互位置的實時信息。Chow在一份聲明中說:“AUDREY人工智能系統從POINTER了解了團隊內每個成員的確切位置和姿態,就可以根據建築物的設計圖紙為迷失在煙霧中的消防人員提供行動的建議。”

這個項目下一步要重點改進兩個方面。一、POINTER發射器目前是雙肩背包大小,國土安全部要求必須減小到手機的大小,而且要把AUDREY人工智能系統合成進來。Arummugam預計,這個要求可以在5年內完成。二、准靜態電磁場是一種短距離的電磁場,有效範圍只有幾百米,雖然理論上說它可以跟蹤無限數量的信號,但是當前系統僅限於跟蹤3到10個人,Arummugam說,他們團隊下一步的目標是擴大到跟蹤30 – 50人。

國土安全部應急救援技術部門主任Greg Price在一份聲明中說:“全國救災機構目前面臨的首要任務就是提高跟蹤和定位應急人員的能力。這種真正的聖杯能力現在還不存在。如果POINTER項目能夠繼續沿着目前的成功道路前進,那麼應急救援人員將來會更加安全。”

 

記者 湯毅堅

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