CN103622203A - 灾害现场信息智能采集装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了灾害现场信息智能采集装备，通过设计加装通讯模块、温度压力传感器、微动传感器、RFID阅读仪、陀螺仪、生命体征探测器等，使其还具有建筑物内单兵定位、无线电通讯、运动状态检测、空气呼吸器压力监测，外界环境（温度、压力）探测、生命体征监测等几大创新功能，各项检测参数能实时传输至现场指挥救援平台。本发明结构合理，提高消防、救援效率，将生命、财产损失降到最低，提升生命安全保障水平。

Description

灾害现场信息智能采集装备

技术领域

本发明涉及安防技术领域，属于消防定位识别装置，特别是灾害现场信息智能采集装备。

背景技术

随着经济和社会的发展，大跨度、大空间建筑大量增加，这些建筑主要集中在大型商场、市场、宾馆酒店、娱乐会馆等使用功能复杂、人员密集场所，也是火灾多发场所，一旦发生火灾，扑救难度大、造成的财产损失大、人员伤亡多。

目前，消防灭火救援战斗中，灾情侦查往往采取外部观察、内部侦查、询问知情人、查看社会单位提供的纸质建筑物平面图以了解失火建筑物格局等，从而确定施救方案；同时，由于火场内部攻坚和营救被困人员的需要，消防官兵必须深入着火建筑内部实施扑救和人员搜救。然而，受制于装备技术水平的限制，深入火场内部的消防官兵受烟雾等现场因数的影响，能见度几乎为零，不能准确了解自身在建筑物内所处位置以及身边可供利用的消防设施等情况；火场外部指挥员更无法掌握建筑物内消防官兵的准确位置、生命体征及灾情发展蔓延趋势、消防力量现场态势，无法实施有效地调度指挥，一旦消防官兵遇险，不能在最短的时间内实施救援，减少人员伤亡。

发明内容

本发明的目的在于提供一种灾害现场信息智能采集装备，结构合理，提高消防、救援效率，将生命、财产损失降到最低，提升生命安全保障水平。

本发明的目的是这样实现的：一种灾害现场信息智能采集装备，由消防头盔、消防服、耳机、传声器、探测摄像头、方位指示灯、锂电池、收发天线、传输模块、第一压力计、由第二压力计、温度计和湿度计构成的集合感测器、LED照明灯、陀螺仪、与RFID标签对应的RFID阅读仪、RFID阅读天线和消防员呼救器组成；

探测摄像头由红外热成像摄像头和高清摄像头组成；在空气呼吸器上安装着能测得其内部空气压力的第一压力计，耳机、传声器安装在消防头盔正面下部，方位指示灯、LED照明灯、探测摄像头、方位指示灯、集合感测器全固装在消防头盔外壳壁上，传输模块、第一压力计、集合感测器、陀螺仪、RFID阅读仪、RFID阅读天线和消防员呼救器全固装在消防服上；

耳机、传声器、探测摄像头、方位指示灯、锂电池、收发天线、传输模块、第一压力计、第二压力计、温度计、湿度计、LED照明灯、陀螺仪、RFID阅读仪、RFID阅读天线和消防员呼救器均由锂电池加电驱动工作；RFID阅读天线其信号输出端连接RFID阅读仪的信号输入端，传声器、探测摄像头、第一压力计、第二压力计、温度计、湿度计、陀螺仪与RFID阅读仪其各自的信号输入端对应连接传输模块的信号输入端，传输模块的信号输入、输出端对应连接收发天线的信号输出、输入端；方位指示灯通过第一信号控制线连接消防员呼救器的电源输出端或传输模块的电源输出端，LED照明灯筒第二信号控制线连接传输模块的电源输出端；传输模块将RFID阅读仪通过RFID阅读天线将RFID标签无线感应反馈的标识信息、陀螺仪发送的方位信号、探测摄像头感应到的热成像信号、传声器感应到的声音信号、第一压力计感应到的空气呼吸器内部的压力信号、第二压力计感应到的空气压力信号、温度计感应到的空气温度信号、湿度计感应到的空气湿度信号分别转换成相应的无线电载波信号通过收发天线发送出去；传输模块将收发天线接收到的无线电语音信号接收、转换成音频电流输出至耳机以驱动该耳机发出声波信号；消防员呼救器或传输模块通过第一信号控制线控制方位指示灯亮起或熄灭，传输模块通过第二信号控制线控制LED照明灯亮起或熄灭。

本发明具有的智能消防头盔在保证消防头盔原有性能的基础上，加装高强度黄光LED透雾照明器材，高清、红外热成像双摄像头(探测摄像头)、骨传导耳麦，语音对讲模块等，实现火场图像语音实时传输至现场通信指挥车，为指挥员决策指挥提供更加真实直观的信息。

本发明具有的智能灭火防护服除具有防火、隔热、耐高温等性能以外，通过设计加装通讯模块、温度压力传感器、微动传感器、RFID阅读模块、陀螺仪、生命体征探测器等，使其还具有建筑物内单兵定位、无线电通讯、运动状态检测、空气呼吸器压力监测，外界环境（温度、压力）探测、生命体征监测等几大创新功能，各项检测参数能实时传输至现场指挥救援平台。智能灭火防护服和智能消防头盔通过航空连接器进行连接，各传感装置的运行由置于智能灭火防护服内的中控模块和电源模块统一控制、统一供电。智能灭火防护服(消防服)和智能消防头盔预留扩展接口，可根据需要接入其他传感设备，以便根据需要增加更多个性化功能。系统预留通信接口，支持多种通信协议，可充分利用现有消防通信设施，将数据上传至一体化指挥平台。本发明结构合理，提高消防、救援效率，将生命、财产损失降到最低，提升生命安全保障水平。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步说明;

图1为本发明的连接结构示意图；

图2为本发明的配装结构示意图。

具体实施方式

一种灾害现场信息智能采集装备，由消防头盔18、消防服20、耳机1、传声器2、探测摄像头3、方位指示灯4、锂电池5、收发天线6、传输模块7、第一压力计8、由第二压力计9、温度计10和湿度计11构成的集合感测器17、LED照明灯12、陀螺仪13、与RFID标签对应的RFID阅读仪14、RFID阅读天线15和消防员呼救器16组成；

探测摄像头3由红外热成像摄像头和高清摄像头组成；在空气呼吸器19上安装着能测得其内部空气压力的第一压力计，耳机1、传声器2安装在消防头盔18正面下部，方位指示灯4、LED照明灯12、探测摄像头3、方位指示灯4、集合感测器17全固装在消防头盔18外壳壁上，传输模块7、第一压力计8、集合感测器17、陀螺仪13、RFID阅读仪14、RFID阅读天线15和消防员呼救器16全固装在消防服20上；

耳机1、传声器2、探测摄像头3、方位指示灯4、锂电池5、收发天线6、传输模块7、第一压力计8、第二压力计9、温度计10、湿度计11、LED照明灯12、陀螺仪13、RFID阅读仪14、RFID阅读天线15和消防员呼救器16均由锂电池5加电驱动工作；RFID阅读天线15其信号输出端连接RFID阅读仪14的信号输入端，传声器2、探测摄像头3、第一压力计8、第二压力计9、温度计10、湿度计11、陀螺仪13与RFID阅读仪14其各自的信号输入端对应连接传输模块7的信号输入端，传输模块7的信号输入、输出端对应连接收发天线6的信号输出、输入端；方位指示灯4通过第一信号控制线连接消防员呼救器16的电源输出端或传输模块7的电源输出端，LED照明灯筒第二信号控制线连接传输模块7的电源输出端；传输模块7将RFID阅读仪14通过RFID阅读天线15将RFID标签无线感应反馈的标识信息、陀螺仪13发送的方位信号、探测摄像头3感应到的热成像信号、传声器2感应到的声音信号、第一压力计8感应到的空气呼吸器19内部的压力信号、第二压力计9感应到的空气压力信号、温度计10感应到的空气温度信号、湿度计11感应到的空气湿度信号分别转换成相应的无线电载波信号通过收发天线6发送出去；传输模块7将收发天线接收到的无线电语音信号接收、转换成音频电流输出至耳机以驱动该耳机发出声波信号；消防员呼救器16或传输模块7通过第一信号控制线控制方位指示灯4亮起或熄灭，传输模块7通过第二信号控制线控制LED照明灯12亮起或熄灭。

耳机1、传声器2、探测摄像头3、方位指示灯4、锂电池5、传输天线6、第一压力计8、第二压力计9、温度计10、湿度计11、LED照明灯12、陀螺仪13、RFID阅读仪14、RFID阅读天线15和消防呼救器16均由锂电池5通过传输模块7加电驱动工作。

本发明关键技术及主要性能和技术指标

（1）采用RFID标签定位技术

RFID定位技术是集计算机软硬件、信息采集处理、无线数据传输、网络数据通讯、自动控制等技术多学科综合应用为一体的自动识别信息技术产品，该系统是通过消防官兵配备的阅读设备对建筑物内的电子标签进行非接触式信息采集处理，实现对消防官兵在建筑物内不同状态（移动或静止）下的自动位置识别。该系统集成了技术含量很高的射频识别技术，各种软硬件和数据的接口技术及服务技术。

（2）陀螺仪辅助定位

陀螺仪是基于角动量守恒原理，用于测量角度或维持方向的设备。

三轴陀螺仪最大的作用就是“测量角速度，以判别物体的运动状态，所以也称为运动传感器“可以让我们知道自己”在哪儿和去哪儿“（where they are or where they’re going）

加速度计是惯性导航和惯性制导系统的基本测量元件之一，加速度计本质上是一个振荡系统，安装于运动载体的内部，可以用来测量载体的运动加速度。

要准确地描述线性（直线运动）和旋转运动（有转弯变化的运动），需要同时用到陀螺仪和加速度计。将加速度计与陀螺仪相结合，就能得到既纯净又反应敏捷的输出。

加速度计是惯性导航和惯性制导系统的基本测量元件之一，加速度计本质上是一个振荡系统，安装于运动载体的内部，可以用来测量载体的运动加速度，利用已知的初始速度，对加速度积分，就可知道载体的速度和位置等信息。

（3）运动状态检测

震动检测器由时钟计时器、微动传感器、预警和强警自动/手动控制器、声调变频电路组成，具有自动报警、强制报警、方位指示等多种功能。

①发光强度高达1.46×105cd/m2；

②方位灯可视距离：夜空下≥1500m；

③方位灯频闪频率≥1次/S；

④侧下角声腔设计，不易遮盖；

⑤强报警声大于98dB，适应复杂环境下使用

⑥整体防爆结构设计，防水密封性能好；

⑦外壳抗震、耐高温、透光性好；

⑧红色闪光明亮耀眼，高度透明壳体，透雾性好，兼做方位灯使用，可视距离大于1500m。

（4）生命体征探测

使用无线红外生命体征传感器，其包括输入／输出单元，用于接收测量命令，输出测量数据；红外发射器，用于产生发射至测量对象的红外波以感测测量对象的生命体征；红外接收器，用于接收经过测量对象反射的红外波，并将所接收的红外波转换为电信号；数据处理单元，和输入／输出单元、红外发射器、红外接收器连接，用于控制输入／输出单元、红外发射器、红外接收器连接的运行，并处理从所述红外接收器接收的电信号，输出预设格式的测量数据至所述输入／输出单元；实现非接触式采集人体生理数据测量，速度快，准确率高。

（5）无线语音视频传输

针对灾害现场的特殊性，语音视频传输拟采用可变带宽高速移动自组网系统（VB-HMA）。可变带宽高速移动自组网系统（VB-HMA）采用创新性的可变带宽正交频分复用（VB-OFDM）调制技术，结合高效率信道编码、快速信道估计、时频结合均衡等先进算法，解决了无线环境下多径干扰、阴影、衰落、噪声以及多普勒效应引起的信号畸变，实现了快速时变条件下的宽带数据低误码率无线传输。VB-HMA系统采用快速时域同步算法，大大缩短信号捕获时间。同时采用快速频差纠正算法，能适应高速移动条件下的数据传输，可支持高达500km/h的移动速度。VB-HMA系统采用快速移动自组自愈网（Mobile Ad-hoc）技术，实现多节点无中心快速组网。既满足了多节点无中心高可靠性组网需求，又缩短了信令交换时间，大大降低了系统传输时延，实现了传输高效率及高可靠性。VB-HMA系统采用快速感知无线电技术，实现被干扰条件下通信频率自动快速跳转，有效躲避电子对抗，提高通讯可靠性。VBHMA系统支持灵活的数据接口，可传输视频、图像、声音、数据等多种数字信号，同时提供开放式的数据加密接口，可实现多种层次的数据加密，具有极好的保密性。

本发明主要技、战术指标

总体要求：高稳定、高可靠、高抗毁

1、支持多种RFID标准无线射频协议（UHF频段）。

2、语音实时播报，保证不可视条件下正确导向。

3、超短波远距离通信，前后端信息实时同步，为指挥员下达指令提供可靠依据。

4、对电子标签多个数据块的内容进行读写，最高可达400个标签每秒的读取速度。

5、实时时钟，掉电保护。

6、双向语音通话质量达到电信级标准。

7、RFID阅读距离60级可调，具有最大9米的读取距离。

8、发光强度高达1.46×105cd/m2；

9、方位灯可视距离：夜空下≥1500m；

10、方位灯频闪频率≥1次/S；

11、强报警声大于98dB，适应复杂环境下使用

12、图像传输可达D1标准。

13、供电接口：安全防爆锂电池4000MAH。

14、工作稳定，达到工业级标准。

主要功能描述如下表

本发明创新点：

智能灭火防护服及智能消防头盔涉及的各功能模块，作为独立的功能模块，均已实现或有成熟的产品，但综合集成在一起应用于灾害现场信息采集的尚无案例。

为使人员定位精度达到1.5-3m范围内，我们采用在建筑物内预先密集布放无源电子标签，利用“智能灭火防护服”中RFID阅读模块在行进中通过读取电子标签信息，判断自身所处位置及周边可供利用的消防设施，但是由于标签布放密集程度有限，同时火场内部情况复杂，有可能有部分标签过火后烧毁失去作用，为此，我们在“智能灭火防护服”中设计了三轴陀螺仪与加速传感器配合有效读到的标签信息位置，辅助计算运动轨迹和方位，加速度计用于测量加速度，陀螺仪用于测量设备的转弯或坡度变化大小，通过这种方法弥补了RFID阅读盲区人员的定位。

（五）智能防护装备的使用

消防救援攻坚组实施灭火救援行动，进入失火建筑物内部后，自身穿带的“智能灭火防护服”利用RFID技术通过识别建筑物内沿途预先布放的电子标签，自动研判并准确地用语音提示消防员自身所在位置及周边消防设施部署情况，极大地方便了进攻人员有效组织进攻，同时，充分利用建筑物内消防设备，迅速控制火势蔓延，减小火灾损失；根据营救目标所处位置，在火场外部指挥员引导下快速营救被困人员，有效提升火灾现场灭火救援作战能力。“智能灭火防护服”的运动状态检测功能、生命体征检测功能、空呼压力监测功能等可以对进入火场的消防官兵的运动状态、生命体征、空呼压力实时监测，一旦一定时间内检测不到震动，或发生生命体征异常即可迅速发送报警信息和位置信息，这一功能可完全替代消防员进入火场时佩戴的呼救器。同时、“智能消防头盔”可将现场实景视频信号传回指挥平台，语音对讲功能可实现组呼或群呼，即点对点、点对多点呼叫，头盔本身的隔音功能和骨传导耳机的使用，使语音通话清晰，避免了外界噪音的干扰，替代了传统的手持式对讲机功能。

Claims (2)

1.一种灾害现场信息智能采集装备，其特征是：由消防头盔(18)、消防服(20)、耳机(1)、传声器(2)、探测摄像头(3)、方位指示灯(4)、锂电池(5)、收发天线(6)、传输模块(7)、第一压力计(8)、由第二压力计(9)、温度计(10)和湿度计(11)构成的集合感测器(17)、LED照明灯(12)、陀螺仪(13)、与RFID标签对应的RFID阅读仪(14)、RFID阅读天线(15)和消防员呼救器(16)组成；

       探测摄像头(3)由红外热成像摄像头和高清摄像头组成；在空气呼吸器(19)上安装着能测得其内部空气压力的第一压力计(8)，耳机(1)、传声器(2)安装在消防头盔(18)正面下部，方位指示灯(4)、LED照明灯(12)、探测摄像头(3)、方位指示灯(4)、集合感测器(17)全固装在消防头盔(18)外壳壁上，传输模块(7)、第一压力计(8)、集合感测器(17)、陀螺仪(13)、RFID阅读仪(14)、RFID阅读天线(15)和消防员呼救器(16)全固装在消防服(20)上；

耳机(1)、传声器(2)、探测摄像头(3)、方位指示灯(4)、锂电池(5)、收发天线(6)、传输模块(7)、第一压力计(8)、第二压力计(9)、温度计(10)、湿度计(11)、LED照明灯(12)、陀螺仪(13)、RFID阅读仪(14)、RFID阅读天线(15)和消防员呼救器(16)均由锂电池(5)加电驱动工作；RFID阅读天线(15)其信号输出端连接RFID阅读仪(14)的信号输入端，传声器(2)、探测摄像头(3)、第一压力计(8)、第二压力计(9)、温度计(10)、湿度计(11)、陀螺仪(13)与RFID阅读仪(14)其各自的信号输入端对应连接传输模块(7)的信号输入端，传输模块(7)的信号输入、输出端对应连接收发天线(6)的信号输出、输入端；方位指示灯(4)通过第一信号控制线连接消防员呼救器(16)的电源输出端或传输模块(7)的电源输出端，LED照明灯筒第二信号控制线连接传输模块(7)的电源输出端；传输模块(7)将RFID阅读仪(14)通过RFID阅读天线(15)将RFID标签无线感应反馈的标识信息、陀螺仪(13)发送的方位信号、探测摄像头(3)感应到的热成像信号、传声器(2)感应到的声音信号、第一压力计(8)感应到的空气呼吸器(19)内部的压力信号、第二压力计(9)感应到的空气压力信号、温度计(10)感应到的空气温度信号、湿度计(11)感应到的空气湿度信号分别转换成相应的无线电载波信号通过收发天线(6)发送出去；传输模块(7)将收发天线接收到的无线电语音信号接收、转换成音频电流输出至耳机以驱动该耳机发出声波信号；消防员呼救器(16)或传输模块(7)通过第一信号控制线控制方位指示灯(4)亮起或熄灭，传输模块(7)通过第二信号控制线控制LED照明灯(12)亮起或熄灭。

2.根据权利要求1所述的灾害现场信息智能采集装备，其特征是：耳机(1)、传声器(2)、探测摄像头(3)、方位指示灯(4)、锂电池(5)、传输天线(6)、第一压力计(8)、第二压力计(9)、温度计(10)、湿度计(11)、LED照明灯(12)、陀螺仪(13)、RFID阅读仪(14)、RFID阅读天线(15)和消防呼救器(16)均由锂电池(5)通过传输模块(7)加电驱动工作。

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