论文部分内容阅读
近几十年里,我国地震、泥石流、暴雪等大型自然灾害频发,导致大量人员伤亡和财产损失。在最短的时间里,救出被困人员是救援主要目标。现今存在的光波探测、红外探测、微波生命探测技术、地面穿透雷达技术等,只适合在范围较小的垮塌区域进行使用。遇到大区域垮塌,需要多次局部探测以覆盖整个垮塌区域,难以保障较高的探测效率。 本文源于国家科技支撑计划项目“城镇地震防灾与应急处置一体化服务系统及其应用示范”(课题编号:2015BAK18B03)的专题三“城镇地震灾害被困人员侦查技术研究”。本文结合震后废墟掩埋的实际环境,通过仿冒公共WiFi捕获手机的途径,在多点位布设多个AP(WirelessAccessPoint)定位器,进行城镇大面积垮塌区域携带手机的被困人员数量和位置的探测。将探测被困手机的信息通过通讯AP传输给信息显控与处理应用平台,经过信息显控与处理应用平台的数据处理,救援人员可以通过可视化的信息显控与处理应用平台查询被困手机的分布情况。本文开发并实现了基于WiFi技术的震后被困人员定位系统,该系统包含WiFi热点探测系统和信息显控与处理应用平台两大部分。 WiFi热点探测系统由多个AP定位器和通讯AP组成。根据AP定位器和通讯AP的功能需求,本文选取设备所需元器件、制定硬件原理图并实现了硬件设备的研制开发。其中多个AP定位器自组织网络,AP定位器采用高性能、低成本、低功耗的STM32F103C8T6为主控芯片,负责信息探测、储存、分析和处理,采用WizFi630模块捕获被困人员手机并获取手机MAC地址和信号强度,以E31-TTL-1W模块为通信模块,负责与通讯AP进行通信与数据传输。通讯AP依然采用STM32F103C8T6为主控芯片,E31-TTL-1W模块为通信模块,实现向AP定位器发送AT指令,获取被困手机MAC地址、信号强度等数据,通过采用MT254xCoreS蓝牙模块,以蓝牙4.0和信息显控与处理应用平台实现通信和数据传输。 本文基于Android4.0在华为平板上开发了携带方便、快速侦查的信息显控与处理应用平台。显控与处理应用平台以蓝牙传输的方式给通讯AP发出探测指令,获取通讯AP从AP定位器收集手机MAC地址、信号强度等原始数据。运用基于多点MAC地址与场强联合识别算法MP-MaFS排除非掩埋手机,接着采用分区域探测算法SRD查询被掩埋手机的位置,可视化的展示被困手机数量和位置。 本文对基于WiFi技术的震后被困人员定位系统进行了大量的实验验证。通过单个、四个、九个不同数目的AP定位器覆盖区域进行测试实验。测试表明距离AP定位器53米处,手机依然可以连接至热点发射的WiFi信号并回传信息,达到了九个AP定位器覆盖平面区域半径不小于50米的测试指标。通过单个AP定位器隔墙连接测试实验验证了隔墙有效侦查距离为4米,符合指标中隔墙有效侦查距离3米的要求。最后通过丹棱镇隔楼层连接测试实验验证了WiFi热点有效侦查深度达到4.2米,满足在地震后倒塌废墟有空隙环境下,有效探测深度不小于3米的探测指标。30个被困手机样机中23个被准确检测到被埋位置,检测准确度达到了76.7%。实验数据表明该震后被困人员定位系统能够实现在大面积垮塌区域进行快速探测,准确度高,提升救援效率。对于地震探测救援具有现实意义。