Radiowellen „sehen“durch Wände

Radiowellen „sehen“durch Wände
Radiowellen „sehen“durch Wände
Anonim

Ingenieure der University of Utah zeigten, dass ein drahtloses Netzwerk von Funksendern Menschen verfolgen kann, die sich hinter festen Wänden bewegen. Das System könnte Polizei, Feuerwehrleuten und anderen dabei helfen, Eindringlinge zu schnappen und Geiseln, Brandopfer und ältere Menschen zu retten, die in ihren Häusern stürzen. Es könnte auch das Einzelhandelsmarketing und die Grenzkontrolle unterstützen.

"Indem die Radiotomographie bei Geiselnahmen, Bränden oder anderen Notfällen die Standorte von Personen innerhalb eines Gebäudes anzeigt, kann die Radiotomographie Strafverfolgungsbehörden und Rettungskräften helfen zu wissen, worauf sie ihre Aufmerksamkeit richten sollten", schrieben Joey Wilson und Neal Patwari eine von zwei neuen Studien der Methode.

Beide Forscher sind in der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Universität tätig – Patwari als Assistenzprofessor und Wilson als Doktorand.

Ihre Methode verwendet radiotomografische Bildgebung (RTI), die sich bewegende Personen oder Objekte in einem Bereich, der von kostengünstigen Funktransceivern umgeben ist, die Signale senden und empfangen, "sehen", lokalisieren und verfolgen kann. Personen müssen keine funkübertragenden ID-Tags tragen.

Eine der Studien – die die Methode skizziert und in einem Innenatrium und einer Rasenfläche mit Bäumen testet – steht kurz vor der Veröffentlichung in IEEE Transactions on Mobile Computing, einer Zeitschrift des Institute of Electrical and Electronics Engineers.

Die Studie umfasste die Platzierung eines drahtlosen Netzwerks aus 28 kostengünstigen Funktransceivern – Knoten genannt – um einen quadratischen Teil des Atriums und einen ähnlichen Teil des Rasens. Im Atrium war jede Seite des Quadrats fast 14 Fuß lang und hatte acht Knoten im Abstand von 2 Fuß.Auf dem Rasen war das Quadrat ungefähr 21 Fuß auf jeder Seite und die Knoten waren 3 Fuß voneinander entfernt. Die Transceiver wurden auf 4 Fuß hohen Ständern aus Plastikrohren platziert, damit sie Messungen auf Höhe des menschlichen Oberkörpers durchführen konnten.

Die Funksignalstärken zwischen allen Knoten wurden gemessen, während eine Person in jedem Bereich ging. Verarbeitete Funksignalstärkedaten wurden auf einem Computerbildschirm angezeigt, wodurch ein fleckenähnliches Bild der Person aus der Vogelperspektive erzeugt wurde.

Eine zweite Studie beschreibt einen Test einer verbesserten Methode, die es ermöglicht, "durch Wände zu verfolgen". Diese Studie wurde auf arXiv.org veröffentlicht, einem Online-Archiv für Vorabdrucke wissenschaftlicher Arbeiten. Die Studie beschreibt, wie Schwankungen der Funksignalstärke innerhalb eines drahtlosen Netzwerks mit 34 Knoten es ermöglichten, sich bewegende Personen hinter einer Mauer zu verfolgen.

Die Methode wurde um einen Anbau an Patwaris Haus in S alt Lake City herum getestet. Schwankungen der Funkwellen wurden gemessen, als Wilson im Inneren herumging. Das System hat Wilsons Standort erfolgreich bis auf einen Meter genau verfolgt.

Das drahtlose System, das in den Experimenten verwendet wurde, war kein Wi-Fi-Netzwerk wie jene, die Heimcomputer, Drucker und andere Geräte miteinander verbinden. Laut Patwari ist das System als Zigbee-Netzwerk bekannt – die Art von Netzwerk, das häufig von drahtlosen Heimthermostaten und anderer Heim- oder Fabrikautomation verwendet wird.

Wilson demonstrierte letztes Jahr auf einer Mobilfunkkonferenz radiotomographische Bildgebung und gewann den MobiCom 2008 Student Research Demo Competition. Die Forscher haben jetzt ein Patent für die Methode angemeldet.

"Ich habe Ambitionen, dies zu kommerzialisieren", sagt Wilson, der in S alt Lake City ein Spin-off-Unternehmen namens Xandem Technology LLC gegründet hat.

Die Forschung wurde von der National Science Foundation finanziert.

Wie es funktioniert

Radiotomografische Bildgebung (RTI) ist anders und viel kostengünstiger als Radar, bei dem Radar- oder Funksignale von Zielen reflektiert werden und die zurückkehrenden Echos oder Reflexionen den Standort und die Geschwindigkeit des Ziels liefern.RTI misst stattdessen „Schatten“in Funkwellen, die entstehen, wenn sie eine sich bewegende Person oder ein Objekt passieren.

RTI misst die Funksignalstärke auf zahlreichen Wegen, wenn die Funkwellen eine Person oder ein anderes Ziel passieren. In diesem Sinne ist es dem medizinischen CT-Scannen (Computertomographie), bei dem Röntgenstrahlen verwendet werden, um Bilder des menschlichen Körpers zu erstellen, und der seismischen Bildgebung, bei der Wellen von Erdbeben oder Explosionen verwendet werden, um nach Öl, Mineralien und zu suchen, sehr ähnlich Felsstrukturen unter der Erde. Bei jeder Methode werden Messungen der Funkwellen, Röntgenstrahlen oder seismischen Wellen entlang vieler verschiedener Pfade durch das Ziel vorgenommen, und diese Messungen werden verwendet, um ein Computerbild zu erstellen.

In ihren Indoor-, Outdoor- und Through-the-Wall-Experimenten erhielten Wilson und Patwari Messungen der Funksignalstärke von allen Transceivern – zuerst, als das Rechteck leer war, und dann, als eine Person hindurchging. Sie entwickelten mathematische Formeln und verwendeten sie in einem Computerprogramm, um schwächere oder "gedämpfte" Signale - die auftreten, wenn jemand "Schatten" erzeugt, indem er durch die Funksignale geht - in ein klecksartiges Bild dieser Person aus der Vogelperspektive umzuwandeln gehen.

RTI hat Vorteile. „RF-Signale können Hindernisse wie Wände, Bäume und Rauch durchdringen, während optische und Infrarot-Bildgebungssysteme dies nicht können“, schrieben die Ingenieure. "HF-Bildgebung funktioniert auch im Dunkeln, wo Videokameras versagen."

Sogar "wo Videokameras funktionieren könnten, können Datenschutzbedenken ihren Einsatz verhindern", schrieben Wilson und Patwari. "Ein RTI-System liefert aktuelle Bilder des Aufenth altsorts von Personen und ihrer Bewegungen, kann jedoch nicht zur Identifizierung einer Person verwendet werden."

Würde ein Beschuss mit Funkwellen eine Gefahr darstellen? Wilson sagt, dass die Geräte „Funkwellen mit einer 500-mal geringeren Leistung übertragen als ein typisches Mobiltelefon.“

"Und du hältst es dir nicht an den Kopf", fügt Patwari hinzu.

Radio 'Augen' zur Rettung

Patwari sagt, dass das System noch verbessert werden muss, „aber der Plan sieht vor, dass, wenn es zum Beispiel eine Geiselnahme oder ein Ereignis gibt, das es für Polizei oder Feuerwehr gefährlich macht, ein Gebäude zu betreten, dann statt Wenn sie das Gebäude zuerst betraten, würden sie Dutzende dieser Funkgeräte durch das Gebäude werfen und sofort ein Computerbild sehen können, das zeigt, wo sich Menschen im Gebäude bewegen."

"Sie sind wiederverwendbar und Sie können sie später wieder abholen ", sagt er.

Die Technik kann die Guten nicht von den Bösen unterscheiden, aber sie wird den Rettungskräften zumindest mitteilen, wo sich Personen befinden, fügt er hinzu.

Patwari sagt, dass die Radiotomographie wahrscheinlich verbessert werden kann, um Menschen in einem brennenden Gebäude zu erkennen, aber auch sich bewegende Flammen "sehen" würde. "Vielleicht können Sie sich das Bild ansehen und sagen, dass sich hier ein Feuer ausbreitet und das Menschen sind", sagt Patwari.

Wilson glaubt, dass Funkbildgebung auch in „einem intelligenteren Alarmsystem“verwendet werden könnte. … Was wäre, wenn Sie Radios in Ihrem Haus aufstellen [in Wände eingebaut oder an Steckdosen angeschlossen] und Tomographie verwenden würden, um Personen in Ihrem Haus zu lokalisieren. Nicht nur würde Ihr Sicherheitssystem durch einen Einbruch ausgelöst werden, aber Sie könnten den Eindringling online oder über Ihr Telefon verfolgen."

Radiotomographie könnte sogar verwendet werden, um zu untersuchen, wo sich Menschen in Geschäften aufh alten.

"Löst ein bestimmtes Marketing-Display die Leute auf oder nicht?" fragt Wilson. „Ich denke an Einzelhandelsgeschäfte oder Lebensmittelgeschäfte. Sie geben viel Geld aus, um zu entscheiden: ‚Wo sollen wir das Müsli hinstellen, wo sollen wir die Milch hinstellen, wo sollen wir das Brot hinstellen?' Wenn ich diese Informationen mithilfe von radiotomographischer Bildgebung anbieten kann, ist das eine große Sache."

Funkbildverfolgung könnte einigen älteren Menschen helfen, zu Hause zu leben. „Ältere Menschen wollen zu Hause bleiben, aber nicht den ganzen Tag eine Kamera im Gesicht haben“, sagt Wilson. "Mit der radiotomografischen Bildgebung können Sie verfolgen, wo sie sich in ihrer Wohnung befinden, sind sie zur richtigen Zeit aufgestanden, sind sie zur Hausapotheke gegangen, haben sie sich heute nicht bewegt?"

Wilson sagt, dass ein Computer, der die Radiobilder überwacht, aufgrund der ungewöhnlich schnellen Bewegung erkennen könnte, dass eine ältere Person die Treppe herunterfällt.

Er sagt, dass Funkortung auch eine relativ kostengünstige Methode zur Grenzsicherung sein könnte und im Gegensatz zu Kameras bei Dunkelheit und Nebel funktionieren würde.

Ein weiterer möglicher Einsatz: automatische Steuerung von Beleuchtung, Heizung und Klimaanlage in Gebäuden, sagt Wilson. Radio-Tracking könnte sogar Soundsysteme so steuern, dass der beste Klang dorthin gerichtet wird, wo sich Menschen befinden, sowie Geräuschunterdrückungssysteme, die automatisch auf Geräuschquellen ausgerichtet werden könnten, sagt Patwari.

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