地震废墟环境下Wi-Fi无线信号传播模型参数测量-震灾防御技术.PDF

第 12 卷 第 1 期 震灾防御技术 Vol. 12 ，No. 1 2017 年 3 月 Technology for Earthquake Disaster Prevention Mar. ，2017 武有文，洪利，姚振静，韩智明，李亚南，2017 ．地震废墟环境下Wi-Fi 无线信号传播模型参数测量．震灾防御技术，12 （1）： 210—219 ．doi ：10.11899/zzf 地震废墟环境下 Wi-Fi 无线信号 传播模型参数测量1 ， ） ， ） ） ） ） 武有文1 2 洪 利1 2 姚振静2 韩智明2 李亚南2 1）中国石油大学（华东），山东青岛 266580 2 ）防灾科技学院，河北三河 065200 摘要 本文主要针对地震废墟下手机 Wi-Fi 无线定位，分析实际废墟环境下 Wi-Fi 2.4G 无线信号的传 播特性。通过对废墟结构的分析，使用矢量网络分析仪进行信道测量，对大尺度和小尺度衰减两种特 性进行信道分析。采取理论预测和实际测量分析相结合的方法，对 2008 年 5 ·12 汶川地震的极重灾区 遗址进行了废墟实地测量。对大尺度衰减进行路径损耗和钢筋混凝土吸收损耗分析，对小尺度衰减进 行了平均超量时延和均方根时延分析，利用加窗、计算滑动均值，得到废墟下 2.4G 无线信号的传播规 律，为下一步定位工作提供理论基础。 关键词：Wi-Fi 信道 建模 定位 路径损耗 引言 我国是地震灾害多发的国家（高孟潭等，2008 ）。如何快速有效地获取和评估灾情信息已 成为降低地震损失的重点研究内容（崔丽萍等，2016 ）。目前，我国在地震后主要依赖于传统 的搜救犬或生命探测仪等进行搜救工作。由于生命探测仪在工作时受距离、光线、废墟材质、 温度和湿度等因素影响，在进行搜救时具有盲目性和不确定性，这在一定程度上限制了其应 用。除了直接探测人体生命特征的探测技术，通过探测受灾人员身边的一些能发出信号的物 品，以此来找到受灾人员的相关技术也逐渐成为生命探测领域的重要发展方向。 随着无线通信技术的发展，约 80%的人持有带Wi-Fi 的智能手机和平板电脑（Chen 等， 2010a ），绝大部分人都将手机随身携带。当地震引发建筑物坍塌时，手机和平板电脑成为散 落在人们身边的仅有设备。通过对这些设备进行探测和定位，可以间接地找到被压埋的人员 的大概位置，再配合生命探测设备，即可将人员及时救出。 目前手机检测方法分为被动式和主动式2 种（柴伦尚，2014 ）。由于被动式手机检测通过 手机信号进行探测，要求手机处于联网状态，因此，该方法对处于通信网络中断状态的手机 1 基金项目 地震科技星火计划项目：基于手机有哪些信誉好的足球投注网站的生命探测平台的研究（XH14072 ） ［收稿日期］ 2016-06-29 ［作者简介］武有文，女，生于 1993 年。硕士生研究生，研究方向：无线通信技术。E-mail ：xiaoyouzi56@ ［通讯作者］洪利，男，生于 1968 年。博士后，教授。研究方向：灾害监测技术与仪器。E-mail ：hongli2050@ 1 期 武有文等：地震废墟环境下 Wi-Fi 无线信号传播模型参数测量 211 是无效的。地震发生后，房屋道路坍塌，各处线路中断，基站被破坏，加上暴雨等次生灾害 的影响，往往导致通信链路及无线网络中断（李世雄等，2016 ），手机等设备无法与基站进行 通信，且被压埋者通常丧失行为能力，无法对手机进行操作或尝试连接网络，因此被动式手 机检测方法不适合用于检测救援。主动式手机检测方法是指手机主动对外发射某种信号，外 界通过对该信号进行采集和处理，再根据定位算法得到手机位置，代表技术主要有全球定位系 统（Global Positioning System，GPS ）、辅助全球定位系统（Assisted G