矿工在一次塌方后被困在地下深处。消防员冲进一栋浓烟滚滚的高楼，扑灭猛烈的火灾。一支士兵队伍破门而入，冲进一栋黑暗的建筑物。
在任何这些危及生命的情况下，救援人员或主管最迫切的问题是：“他们现在在哪里？”
阿隆佐·凯利博士，卡内基梅隆大学国家机器人工程中心的教授，有一个解决这个问题的方案。他和他的团队找到了一种方法，可以准确地定位在建筑物和矿山等没有 GPS 信号的地方的人员。
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答案就在鞋跟里。
通过每一步寻找方向
他们创建了一套可穿戴传感器，用于测量脚步以分析人的位置。该系统使用航位推算，这是一种导航方法，该方法基于用户远离已知起点的方向和速度来计算当前位置。
该系统名为 MINT，是微型惯性导航技术的缩写，它由计算机和嵌入在一双靴子中的三个传感器单元组成。每只靴子的鞋跟里都安装有一个惯性测量单元 (IMU)。其中一只靴子的前脚掌区域装有一个微型雷达装置，用于测量每个 IMU 每步行进的距离。
凯利说：“我们正在建立用户移动时的参考系。我们可以将他们的路径叠加到建筑物或矿山的地图或平面图上。”
在有 GPS 的地方不需要 MINT。问题在于 GPS 只能在接收器可以接收到来自卫星的信号的地方工作。但是人们经常发现自己处于接收信号降为零的地方——建筑物内和城市峡谷、地下、水下和茂密的树冠下。
普通人的步行速度约为每小时 3,600 步，这意味着 MINT 在用户走动时会执行那么多参考位置更新。这也意味着该系统的定位精度会随着时间的推移而提高。凯利说，现在它可以在步行 30 分钟内提供佩戴者位置，精度优于 33 英尺。
适用于建筑物中的士兵和消防员
该项目的资金来自美国国防高级研究计划局，MINT 装置的军用版本更加精确。由于该系统的定位数据可以从佩戴者传输到主管或指挥中心，因此其可能的军事应用包括在搜索洞穴和清理建筑物时协调士兵的行动。在其网站上的帖子中，国防高级研究计划局表示，它正在寻求“10 小时内达到 1 米[3.3 英尺]的精度……”
该机构表示：“微型导航辅助传感器的组合将提供传统的 IMU（仅配备加速度计和陀螺仪）无法实现的导航精度。”
尽管 MINT 尚未完成上市流程，但凯利表示，目前一个对消防员或矿工有用的装置的组件成本为 500 美元。军用级装置的零部件成本为 5,000 美元。他估计，三名工程师可以在一年内准备好商业原型。
他说：“消防界对我们正在做的事情非常感兴趣。主管可以跟踪消防员的位置并监控他们，或者该系统可以让消防员原路返回，从而走出建筑物。”
通过更多编程工作，更智能的系统可以告诉消防员更快更安全的逃生方式。如果多个 MINT 与其他基本传感器一起连接到一个小队，该网络可以提供全面的态势感知：所有消防员在燃烧的建筑物中的分布位置、其他消防员所在建筑物的状况、每个单元周围的环境温度以及其他重要信息。“我们发现有很多事情可以做，”凯利说。
地下情报
为了在采矿业中应用，MINT 一年多前在地下矿山中成功完成了美国国家职业安全与健康研究所 (NIOSH) 的演示。
但是矿山是恶劣的地方——对人和通信信号而言。许多机构和研究人员正在研究如何在发生紧急情况时将无线信号（如 MINT 装置发送的信号）从地下隧道中传输出来。他们到目前为止发现，隧道本身可以充当手机无线电频率的波导。其他无线电频率在发生紧急情况时提供了更好的选择：在较低频率下，无线电信号可以通过导电材料（如电缆、管道、电力线和电线）传播。美国国家职业安全与健康研究所表示，在最低频率下，无线电信号可以穿透地球。
该机构表示，2006 年的一项法律规定，煤矿必须在地下安装无线通信和电子跟踪系统，定位系统可以使用这些系统来广播被困矿工的下落。
凯利说：“这些矿山已经投资了他们的通信基础设施。如果您有一种可以定位自己的方法——使用 MINT 或其他某种定位方法——那么通信结构就已经存在了。”
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