CN102421058A

CN102421058A - 多功能无线定位搜救仪

Info

Publication number: CN102421058A
Application number: CN2010102931673A
Authority: CN
Inventors: 高超群; 景玉鹏; 李钢; 晁顶; 赵舵
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2030-09-27
Also published as: CN102421058B

Abstract

本发明公开了一种多功能无线定位搜救仪，包括用于计算和处理各种数据信号，并在所述无线定位搜救仪的各模块之间进行协调和管理的控制核DSP；与所述控制核DSP相连接，用于对射频信号进行处理的射频系统控制模块；与所述射频系统控制模块相连并由其进行馈电控制的天线；与所述控制核DSP相连接，用于对声波信号进行处理的音频系统控制模块；与所述音频系统控制模块相连的声波发生器、声波探头。本发明所述多功能无线定位搜救仪利用射频、音频、红外多介质综合传输分析，提供灵活可靠的定位方式，并且在事故发生后，通信网络具备自愈能力；另外，本发明所述搜救仪遵守802.11b协议，与互联网兼容，组网便利，可推广性强。

Description

多功能无线定位搜救仪

技术领域

本发明涉及一种定位仪，尤其涉及一种用于人员考勤、定位追踪、工作监察、抢险搜救的多功能无线定位搜救仪。

背景技术

近年来，煤矿高瓦斯矿井的在数量不断增加，如何加强安全生产，提高搜救工作效率，成为亟需解决的问题。通常煤矿发生的特大事故时，主要问题集中在以下几个方面：(1)地面与井下人员的信息沟通不及时；(2)地面人员难以及时动态掌握井下人员的分布及作业情况，进行精确人员定位；(3)一旦煤矿事故发生，抢险救灾、安全救护的效率低，搜救效果差。

为此，如何正确处理安全与生产、安全与效益的关系，如何准确、实时、快速履行煤矿安全监测职能，有效进行矿工管理，保证抢险救灾、安全救护的高效运作显得尤为重要和紧迫。提升安全生产信息化管理水平，加强以灾害预防、搜救为主要目标的安全生产长效机制，是我国安全生产工作的必由之路。

在当今所进行的各种搜救工作中，常用到的定位搜救设备为红外生命搜救仪，其能够感应7～14微米波长范围内的红外光，可以侦测来自生物体内产生的热能，并将侦测到的热源信息提示给操作者，从而达到搜救被困人员的目的。如图1A，1B，2A以及2B所示，所述红外生命搜救仪的探头部分，由四个独立传感器(A、B、C、D)组成，可工作于两种工作模式，分别用于大型生命体的探测和小型生命体的探测。在使用该搜救仪进行搜救时，如希望探测大型生命体(例如人)时，可侦测出A+D及B+C传感器之间温度的差异，若A+D的温度＞B+C的温度，人可被侦测出来；如希望探测小型生命体(例如兔子)时，可侦测出A+C及B+D传感器之间温度的差异，若A+C的温度＞B+D的温度，那么兔子就可被侦测出来。这种探测方式，侦查范围可从几米到数百米，每接收一个热源的信号，就能显示一个红外强度，使用灵活方便，可用于夜间搜救，以及弱小目标的识别和跟踪。但是，其缺点也是显而易见的：该种探测方式要求低湿无风的单纯空间，而热源温度必须高于周围环境。而且容易发生误判。例如用于探测大型生命体(例如人)时，若A+D的温度＝B+C的温度，则人就无法被侦测出来；用于探测小型生命体(例如兔子)时，若A+C的温度＝B+D的温度，则兔子就无法被侦测出来。很显然，这种类型的搜救仪，不适合在井下使用，特别是在事故发生后进行救援时，更是难以满足苛刻的检测条件。

在现有技术中，还包括一种通过对声、光、温度等特定信息进行探测从而完成搜救的“生命探测系统”，该系统主要包括光学探生仪、声波/振动探生仪和红外热像仪。其中，光学探生仪可以深入地下20米的废墟中寻找被困者。它的探头直径为3.2厘米，探头一转，就能看清四周事物，并很快将其“看”到的一切景象传送到地面工作人员手中。它不仅可以探测生命，而且可以将被困者身边的险情用图片反映出来，更有利于组织救援；而声波/振动探生仪利用声波及振动探测生命，能检测到到从0.1到3000Hz的任何声音；另外，其红外热像仪主要通过发射红外线，探索被困人员的体温，形成图像轮廓。该生命探测系统不怕灰尘和黑暗，能钻缝。人类和搜救犬无法工作的情况下，它却可以进出自如，将自己探测到的情报迅速成像传输给科研人员，使救援工作快速展开。不仅适用于地震、塌陷等自然灾害，也可用于军事救援、防恐怖事件等等。但是对于深达数百米的煤矿来说，该系统的使用也有局限性：该系统受探头长度限制，往往不可能深入几百米以下的事故发生地进行图像探测，所以用于煤矿事故搜救，尤其是深井煤矿，只能依靠声波/振动探测生命，定位能力稍显不足。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多功能无线定位搜救仪，以解决现有技术中的搜救仪搜索灵敏度低，对环境条件要求高，定位能力不足的问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种多功能无线定位搜救仪，所述搜救仪包括：

控制核DSP，用于计算和处理各种数据信号，并在所述无线定位搜救仪的各模块之间进行协调和管理；

存储器，与所述控制核DSP相连接，用于信号及常见指令的寄存；

射频系统控制模块，所述射频系统控制模块与所述控制核DSP相连接，用于对射频信号进行编码、调制、解调以及解码；

与所述射频系统控制模块相连的天线，所述射频系统控制模块对该天线进行馈电控制；

音频系统控制模块，所述音频系统控制模块与所述控制核DSP相连接，用于对声波信号进行编码、调制、解调以及解码；

声波发生器以及声波探头，所述声波发生器、声波探头与所述音频系统控制模块相连并受其控制；以及

电源，用于对所述多功能无线定位搜救仪的各单元供电。

从以上技术方案可以看出，本发明有以下有益效果：

(1)本发明提供的多功能无线定位搜救仪，可单独作为手持式读卡器使用，实现普通的人员考勤和管理，亦可构建无线网络，为各读卡器持有者和网络终端的通信以及人员管理和高精度定位提供支持，特别适用于井下事故后人员的安全搜救和事故抢险。

(2)本发明提供的多功能无线定位搜救仪，克服传统RFID读卡设备定位精度不足、网络结构脆弱、通信抗干扰能力差的的缺点，利用射频、音频、红外多介质综合传输分析，提供灵活可靠的定位方式，并且在事故发生后，通信网络具备自愈能力。

(3)本发明提供的多功能无线定位搜救仪，遵守802.11b协议，与互联网兼容，依托成熟的网络技术，组网便利，可推广性极强。

附图说明

图1A为使用现有技术红外生命搜救仪对大型生命体进行有效探测的原理说明图；

图1B为使用现有技术红外生命搜救仪对大型生命体进行探测的原理说明图；-

图2A为使用现有技术红外生命搜救仪进行小型生命体进行有效探测的原理说明图；

图2B为使用现有技术红外生命搜救仪进行小型生命体进行探测的原理说明图；

图3为本发明提供的多功能无线定位搜救仪的系统框图。

图4为本发明所述识别卡的系统框图。

具体实施方式

为使于本领域一般技术人员能够对本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合某识别卡在安全模式以及事故模式下的工作过程为具体实例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

所图3所示，本发明所述多功能无线定位搜救仪，包括有

控制核DSP 1，用于计算和处理各种数据信号，并在所述无线定位搜救仪的各模块之间进行协调和管理；

射频系统控制模块3，所述射频系统控制模块3与所述控制核DSP1相连接，用于对射频信号进行编码、调制、解调以及解码；

与所述射频系统控制模块3相连的天线4，所述所述射频系统控制模块3对该天线4进行馈电控制，所述天线4为相控阵天线，包括多个互成角度的天线面阵；

音频系统控制模块5，所述音频系统控制模块5与所述控制核DSP1相连接，用于对声波信号进行编码、调制、解调以及解码；

声波发生器6以及声波探头7，所述声波发生器6、声波探头7与所述音频系统控制模块5相连并受其控制；以及

用于对所述多功能无线定位搜救仪的各单元供电的电源。

进一步地，所述多功能无线定位搜救仪还包括红外系统控制模块8、红外探头9，所述红外控制模块8与红外探头9相连接，用于在恶劣环境下辅助通信。

在本发明所述多功能无线定位搜救仪中，控制核DSP1为运算主控模块，以射频系统控制模块3、音频系统控制模块5以及红外控制模块8作为信号处理模块，而以相控阵天线4、声波发生器6、声波探头阵列7以及红外探头9为通信接口。

在本发明的一个较佳实施例中，所述多功能无线定位搜救仪进行的射频通信所使用的是2.4G电磁波，执行802.11b通信协议；而所述声波发生器可发射100Hz的声波，所述声波探头7为声波传感器阵列，其阵元空间结构依据定位算法布置，可检测20KHz和50Hz两种频率的声波；所述红外探头可侦测到8微米-13微米的红外光。

进一步地，所述天线面阵由二维排列的辐射单元和移相器组成，所述天线各个天线面阵发出的电磁辐射均为窄波束电磁波，对周围空间实现全向电子扫描。

进一步地，本发明所述多功能无线定位搜救仪还包括有存储器2用于信号及常见指令的寄存。

在本发明的一个较佳实施例中，本发明所述多功能无线定位搜救仪与一智能识别卡配套使用，该智能识别卡，包括有

数据处理单元11，用于处理数据对所述智能识别卡进行控制；

射频控制模块13与天线14，所述射频控制模块13分别与所述数据处理单元11以及天线14相连接，并在该数据处理单元11控制下，控制天线收发射频信号，以完成基本通信以及区域定位的功能，该智能识别卡通过天线14收发射频信号，并完成智能识别卡与其他外设的通信，通信过程遵守802.11b协议，卡片与WiFi网络兼容；

音频控制模块15、蜂鸣器16以及声波探头17，所述音频控制模块15与所述数据处理单元11、所述蜂鸣器16以及声波探头17分别相连接，其在所述数据处理单元11的控制下，控制蜂鸣器16发出高频或低频声波信号，所述声波探头17用于检测搜救信号，并将相应的信号通过所述音频控制模块15传输给所述数据处理单元11，；以及

用于为所述识别卡提供电能的电源。

在实际应用中，天线14接收到信号后，经射频控制模块13解调解码后送至数据处理模块11，数据处理模块1依预设程序，将相应的信息编码后，经射频控制模块13编码调制后经天线14输出。

该智能识别卡还包括红外控制模块18以及红外LED19，所述红外控制模块18与红外LED19相连接，所述数据处理单元11可管理红外控制模块18编码信号，经红外LED19输出，用于恶劣环境下辅助通信，提高可靠度。而红外LED19所发射的红外编码信号的波段位于8um～13um之间。

本发明所述多功能无线定位搜救仪具有两种不同的工作模式，即安全模式以及搜救模式。在实际使用过程中，可以由使用者人工选择工作模式，当使用者选择的是搜救模式，则发出低频的搜救信号，并检查是否有来自识别卡的应答信号；当使用者选择选安全模式，则按照安全模式下的射频信息识别以及高频声波精细定位程序对所述识别卡中的识别码的读取，此时，如果发生例如通信中断等意外，在经过预设的自检等待时间后，自动跳转至搜救模式，在本发明一较佳实施例中，优选地，所述自检等待时间为十分钟。

当所述多功能无线定位搜救仪处于安全模式时，所述多功能无线定位搜救仪应用射频识别技术，对所述识别卡中的信息加以读取。其中，所述识别卡通过天线14接收和传输微波信号，如被管理人员身份的数据信息，所述搜救仪则与计算机网络连接，通过其天线4向所述识别卡发出一定频率的查询信号，所述识别卡接收到查询信号后通过天线，以电磁波的形式发出一反馈信号，该反馈信号中包含有诸如人员代码之类的信息，搜救仪通过天线接收这个信息，将其转换为电信号，经解码后提取所需信息，通过网络，回传给终端处理器。

而当所述多功能无线定位搜救仪处于搜救模式时，所述多功能无线定位搜救仪在搜救模式下的工作方法为：由所述搜救仪通过声波发生器6发射100Hz的低频声波，并由所述声波探头7侦听识别卡的应答信号；当所述识别卡的声波探头17搜索到了相应的搜救信号后，该声波探头17将相应的信号通过所述音频控制模块15传输给所述数据处理单元11，再由所述数据处理单元11控制音频控制模块15，通过所述蜂鸣器16发出低频声波应答信号；当所述搜救仪检测到了识别卡发出的低频声波信号后，通过应答信号的到达搜救仪的时间判断所述识别卡与该搜救仪之间的距离，应答信号到达最早的距离最近，将与该识别卡相距最近的搜救仪视为主搜救仪，选择其附近的至少两个搜救仪作为副搜救仪，由所述主搜救仪与所述副搜救仪共同构成定位组；由主搜救仪向识别卡发送远距离定位口令，所述识别卡启动远距离搜救定位程序，进行搜救定位。

进一步地，所述远距离搜救定位进一步包括如下步骤：首先由识别卡发射50Hz的音频求救信号，同时将定位组中的搜救仪的计时器清零并记录下一个求救信号到达时间；由主搜救仪的控制核DSP1依据本定位组搜救仪的相对位置以及求救信号的到达时间计算出信源与搜救仪的相对位置，完成远距离定位。

在本发明的一个较佳实施例中，所述识别卡的应答信号为频率为50Hz的低频声波。

而在实际深井救援中，尤其是远距离救援的时候，需要首先确定被困人员的大体位置，此时使用一台所述多功能搜救仪，检测大体的方位并估计距离即可，而鉴于电磁波和高频声波的穿透能力有限，所以采用低频声波信号来计算识别卡和搜救仪之间的距离。而当确定了被困人员的大体方位和距离后，救援工作可以马上展开。当救援工作进行到一定程度(例如挖掘得离待救援人员比较近了)，可以使用更高一些频率的声波来二次测量定位，这时的精度会提高一些。如此推进，直到救援成功。在这个过程中，使用都可依据事故发生的情况，例如深度等等因素，灵活选用不同频率的声波，实现测量定位。

进一步地，本发明所述多功能搜救仪中所述的红外系统控制模块8与红外探头9以及所述智能识别卡中所包括的红外控制模块18与红外LED19主要用于辅助通信，由红外控制模块18将控制核需要向外传递的信息编码并转换为红外信号并通过所述红外LED19发射，再由红外探头9采集上述红外信号，并将采集到的红外信号由红外系统控制模块8转换为电信号并解码，提取有用参数给控制核。

以上所述的具体实施实例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细的说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施实例而已，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多功能无线定位搜救仪，其特征在于，所述无线定位搜救仪：

控制核DSP(1)，用于计算和处理各种数据信号，并在所述无线定位搜救仪的各模块之间进行协调和管理；

存储器(2)，与所述控制核DSP(1)相连接，用于信号及常见指令的寄存；

射频系统控制模块(3)，所述射频系统控制模块(3)与所述控制核DSP(1)相连接，用于对射频信号进行编码、调制、解调以及解码；

与所述射频系统控制模块(3)相连的天线(4)，所述射频系统控制模块(3)对该天线(4)进行馈电控制；

音频系统控制模块(5)，所述音频系统控制模块(5)与所述控制核DSP(1)相连接，用于对声波信号进行编码、调制、解调以及解码；

声波发生器(6)以及声波探头(7)，所述声波发生器(6)、声波探头(7)与所述音频系统控制模块(5)相连并受其控制；以及

电源，用于对所述多功能无线定位搜救仪的各单元供电。

2.如权利要求1所述的多功能无线定位搜救仪，其特征在于，所述天线(4)为相控阵天线，包括多个互成角度的天线面阵。

3.根据权利要求2所述的多功能无线定位搜救仪，其特征在于，所述天线面阵由二维排列的辐射单元和移相器组成，所述天线对周围空间实现全向电子扫描。

4.根据权利要求3所述的多功能无线定位搜救仪，其特征在于，所述天线(4)的各个天线面阵发出的电磁辐射均为窄波束电磁波。

5.如权利要求1所述的多功能无线定位搜救仪，其特征在于，所述声波探头(7)为声波传感器阵列，用于检测高频以及低频声波。

6.如权利要求2-5中任一项权利要求所述的多功能无线定位搜救仪，其特征在于，所述多功能无线定位搜救仪设定有安全模式以及搜救模式两种工作模式。

7.如权利要求6所述的多功能无线定位搜救仪，其特征在于，当所述多功能无线定位搜救仪处于搜救模式下时，由所述搜救仪通过声波发生器(6)发射低频声波信号，并由所述声波探头(7)侦听的应答信号，所述搜救仪在接收到应答信号后发出远距离定位口令，进行搜救定位。

8.如权利要求6所述的多功能无线定位搜救仪，其特征在于，所述智能识别卡还包括红外控制模块(8)、红外探头(9)，所述红外控制模块(8)与红外探头(9)相连接，用于在恶劣环境下辅助通信。

9.如权利要求9所述的多功能无线定位搜救仪，其特征在于，所述红外探头(9)发射的红外编码信号的波段位于大气窗口内。