Probabilistic hybrid positioning of firefighters in a mobile ad-hoc network

In recent years, there has been a steady increase in interest and demand for advanced positioning and localization systems in various fields, especially car navigation, IoT devices and manipulation of robots in defined and structured environments. A field in which tracking and positioning are crucial and potentially life-saving are firefighter missions. According to data from the US National Fire Protection Association (NFPA), there has been a steady increase in casualties among firefighters during missions in the last years, where the main causes have been overexertion and stress. The extreme conditions of heat and smoke, power outages, and disorientation inside buildings pose mental and physical challenges, which make rescuing victims and safely exiting the building a difficult task. In this context, the transfer of information about the current position of units to the incident commander is a key factor in ensuring the success of the intervention. The aim is to monitor the current situation of all units, dispatch others, and provide help and guidance. In this thesis, the design and implementation of a Mobile Ad Hoc Network (MANET) architecture is presented, along with a novel positioning algorithm tailored to firefighter missions. The proposed system leverages GPS sensor data and the Received Signal Strength Indicator (RSSI) metric to provide accurate and seamless positioning of firefighters in real-time. The approach enables the incident commander to have a comprehensive and dynamic view of the mission, which is essential to effectively manage and ensure the safety of the personnel involved.

Negli ultimi anni, l’interesse e la domanda di sistemi avanzati di posizionamento e tracking sono aumentati costantemente, in particolare nella navigazione automobilistica, nei dispositivi IoT e nella manipolazione di robot in ambienti definiti e strutturati. Un campo in cui la localizzazione e il tracciamento sono fondamentali e potenzialmente di salvataggio sono le missioni dei vigili del fuoco. Secondo i dati dell’Associazione Nazionale per la Protezione dagli Incendi (NFPA) statunitense, è stato registrato un costante aumento delle vittime tra i vigili del fuoco durante le missioni negli ultimi anni, dove le cause principali sono il sovraffaticamento e lo stress. Le condizioni estreme di calore e fumo, le interruzioni di corrente e il disorientamento all’interno degli edifici pongono sfide mentali e fisiche che rendono difficile il salvataggio delle vittime e l’uscita in sicurezza dall’edificio. In questo contesto, la trasmissione di informazioni sulla posizione attuale delle unità al comandante della missione è un fattore chiave per garantire il successo dell’intervento. L’obiettivo è monitorare la situazione attuale di tutte le unità, inviarne altre e fornire aiuto e guida. In questa tesi, presento la progettazione e l’implementazione di un’architettura di rete mobile ad hoc (MANET) insime a un nuovo algoritmo di posizionamento adattato alle missioni dei vigili del fuoco. Il sistema proposto sfrutta i dati dei sensori GPS e la metrica del segnale ricevuto RSSI (Received Signal Strength Indicator) per fornire un accurato e continuo posizionamento dei vigili del fuoco in tempo reale. L’approccio consente al comandante della missione di avere una visione completa e dinamica della missione, essenziale per gestire efficacemente e garantire la sicurezza del team. Attraverso una serie di esperimenti, valuto le prestazioni del sistema, dimostrando la sua capacità di soddisfare i rigorosi requisiti di posizionamento e di consapevolezza situazionale in tempo reale.