CN105574797A - 一种面向消防员协同的头戴式信息集成装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种面向消防员协同的头戴式信息集成装置及方法，装置由惯性导航装置模块、生命体特征传感器模块、头戴式信息集成装置模块、远端数据库模块和远端控制中心模块组成；惯性导航装置模块采集消防人员的位置信息，生命体特征传感器模块采集消防人员的各类生命体特征信息；头戴式信息集成装置模块处理采集信息，同时处理后的数据、行进路线、指挥命令以及队友状态信息集成显示在头戴式眼镜显示器实时加载的电子地图上；远端数据库模块与远端控制中心模块分别用于存储各类信息和网页显示各个消防人员的生命体特征动态变化图和行进路线；该头戴式信息集成装置轻巧便携、信息集成度高，最大限度地降低了对消防员救援行动的影响程度。

Description

一种面向消防员协同的头戴式信息集成装置及方法

技术领域

本发明专利涉及电子与信息技术领域、无线通信领域和灾难协同救援领域，具体涉及为一种面向消防员协同的头戴式信息集成装置及方法。

背景技术

随着现代经济的发展，灾害事故和火灾发生的频率越来越大，危险程度不断加大，处置难度也越来越大。由于安全保障措施跟不上形势发展的需要，造成消防员致残、受伤、牺牲人数迅速上升。随着消防员的安全问题受到越来越高的重视，消防员自身的救援装备也逐渐得到了良好的改进。

在火灾救援活动中，冲锋在第一线的消防员始终处于最危险的状态，消防员无法清楚知道自己所处位置，无法判断赶往待救地点的最优路径；同时，指挥员和现场人员难以在第一时间掌握消防员的生命体特征信息和救援实施情况，无法立即对消防员面对的情况作出正确判断和合理的指挥。在出现危急情况时，很容易导致更大的伤亡。

目前，存在一些类似的消防救援终端设备，但是大部分功能单一，信息集成度不高，无法实现各项生命体特征信息、位置信息和行进路线同时作用的功能。且消防救援终端设备不可穿戴、不便于携带，无法适应复杂的搜救环境。且大多数装备采用的定位装置都是采用GPS，而室内无法实施GPS定位。与此同时，有关生命体征信息等数据的传输在实时传输中也受到了极大的干扰。

基于安卓系统的智能眼镜装置将有效地给予消防员最快捷的信息反馈；以盲区推估模块为基础的惯性导航装置也有效地减少了定位中的误差；基于蓝牙的传输方式也保证了数据的传输迅速无误。把惯导定位技术，能感知消防员生命体征的传感器技术及无线传输服务融为一体，研究一种能保证消防员安全的救援装置，为在执行救援任务中的消防员的人生安全提供有效保障是十分必要的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种面向消防员协同的头戴式信息集成装置及方法，用于完成对消防员定位信息和生命体特征信息的采集、集成显示和发送，并通过头戴式信息集成装置行进路线绘制程序描绘消防人员的行进路线，使得消防救援终端设备满足可穿戴、便携等特点的同时，同时使消防人员方便地获取自己的相关信息、控制中心的命令和队友的状态信息，有效地保证了消防员按照最优的搜救路线和方案完成任务以及队友间的信息协同，控制中心也能及时掌握所有消防人员的生命体特征信息和搜救任务的进展情况，及时发现生命体特征异常的消防人员并组织展开协同救援行动，及时根据火灾救援行动现场的情况调整应对策略。

本发明的技术方案是：一种面向消防员协同的头戴式信息集成装置及方法，其特征在于：由惯性导航装置模块、生命体特征传感器模块、头戴式信息集成装置模块、远端数据库模块、远端控制中心模块所组成；惯性导航装置模块与生命体特征传感器模块分别采集位置信息和生命体特征信息，并发送至头戴式信息集成装置模块；头戴式信息集成装置模块接受到信息后，对信息进行处理并将处理好的信息和绘制好的行进路线加载在实时显示的电子地图上，同时发送至远端数据库模块；远端控制中心模块访问数据库获取信息，将队友状态信息发送给相应消防队员的头戴式信息集成装置，并根据救援情况向其发送指挥命令；接收到远端控制中心模块发送的队友状态信息和指挥命令后，头戴式信息集成装置将其加载在实时显示的电子地图上。

参照附图1和附图2，本发明的具体步骤如下。

步骤1：将盲区推估模块佩戴于腰际，其连续采集位置信息。

步骤2：将生命体特征传感器模块佩戴在自己的胸前，其对救援人员的呼吸率、心率、皮肤温度、人员姿态以及加速度峰值等信息每秒钟采集一次。

步骤3：佩戴头戴式信息集成装置，操作Android控制手柄进入加载电子地图的界面，进入设置界面对蓝牙地址、服务器IP进行设置，使其与惯性导航装置模块、生命体特征传感器模块以及数据库相连接。

步骤4：盲区推估模块在接收到请求位置信息命令后，通过蓝牙模块发送位置信息；与此同时，生命体征传感器以每秒一次的频率通过蓝牙模块发送采集到的生命体特征数据。

步骤5：头戴式信息集成显示终端接收位置信息和生命体特征信息并以每秒一次的频率向惯性导航装置模块发送请求位置信息命令。

步骤6：头戴式信息集成装置对数据进行处理同时将位置信息、呼吸率、心率、皮肤温度、人员姿态以及加速度峰值等数据加载在实时显示的电子地图上并通过GPRS远程通信模块发送至远端数据库。

步骤7：远端数据库接口程序接收并解析数据，解析得到的相应消防员的位置信息、呼吸率、心率、皮肤温度、人员姿态和加速度峰值将存入数据库中。

步骤8：远端控制中心访问数据并将数据通过web显示，可直观地对消防员在火灾现场中的位置进行实时监控同时可以对消防员的生命体特征进行实时监控。

步骤9：远程控制中心发送队友状态信息同时根据救援情况发送指挥命令。

步骤10：头戴式信息集成装置接收命令和队友状态信息，并将其加载在实时显示的电子地图上。

所述的惯性导航装置模块由盲区推估模块、电源模块和蓝牙模块所组成；电源模块为整个惯性导航装置模块提供电源，蓝牙模块用于发送位置信息和接收请求位置信息命令；盲区推估模块是一种供步行人员使用的微型定位装置，可以实现对处于不同运动状态和不同姿态的消防员定位且不受光照、湿度和磁场等外界条件影响，当消防员在跑步、步行或仅仅是在原地不动时，其内置的运动分类算法（SmartPedometryTM）可以分析步行运动并对其进行补偿，当消防员是直立、下蹲或倾斜时，自动罗盘定位算法可提供精确的方位信息，同时陀螺仪用来补偿瞬态磁场干扰和可能会影响到指南针工作的瞬态加速，气压高度表提供的垂直位置精确到可以区分建筑物的楼层（精确度1.5m），使得救援人员在各种运动状态和姿态下的定位精确度达到最高；盲区推估模块可以连续、无间隙地进行人员定位，其定位数据与时间无关，主要取决于所经过的距离，典型的盲区推估精确度为所经过距离的2%；该设备体积小，很容易附在消防员的腿上或腰间而不影响救援行动。

所述的生命体特征传感器模块由生命体特征传感器、电源模块和蓝牙模块组成；电源模块为整生命体特征传感器模块提供电源，蓝牙模块用于发送生命体特征传感器所采集到的呼吸率、心率、皮肤温度、人员姿态以及加速度峰值等信息；内置皮肤温度传感器、心电传感器、呼吸率传感器和3轴加速度传感器的生命体特征传感器不仅体积小便于携带，而且实现了各种生命体特征数据一并采集和发送的功能，该传感器模块可以佩戴在消防员的胸部而不影响救援行动。

所述的头戴式信息集成装置模块为基于Android系统的智能眼镜，由智能眼镜设备和Android控制手柄组成，两者通过有线连接；智能眼镜模块为头戴式眼镜显示器，前置透明眼镜虚拟大屏幕，分辨率可达到960*540像素，消防员通过前置透明眼镜不仅可以看到实时加载的电子地图和各类信息而且可以看到现实的火灾救援现场；Android控制手柄是一种类似于智能手机的设备，其运行Android4.0操作系统且内置蓝牙通信模块和GPRS远程通信模块，可以通过其上的触摸板和主菜单返回目录按钮操控整个基于Android系统的智能眼镜；头戴式信息集成装置模块采集灾难现场搜救人员的位置信息以及呼吸速率、心率、皮肤温度、人员姿态以及加速度峰值等信息，再将上述信息进行处理，之后将处理后的数据、行进路线绘制程序绘制的行进路线、远端控制中心的命令以及获得的队友状态信息加载在前置透明眼镜虚拟大屏幕上显示的电子地图上，实现信息的集成显示。

所述的远端控制中心模块由用于监测消防员生命体特征和行进路线的Web网页构成；远端控制中心通过浏览器访问远端数据库获取各个搜救人员的位置信息和生命体征信息，并显示在网页上。

优选地，便携终端为头戴式，尽可能地提高佩戴的舒适度。便携终端有一个手控手柄，尽可能地减少消防员在火场中不必要的操作。

优选地，可视化智能眼镜模块直接投影于视网膜前，以便于消防员形象直观地接收并看到各项信息。

优选地，便携终端与各数据采集器之间的连接方式采用蓝牙通信，能有效地使移动通信终端设备之间的通信变得简洁，从而使数据传输准确高效。

本发明的优点与积极效果：1、本发明尺寸小巧，可头戴，可靠性高，使用方便。2、本发明能够反馈消防员的位置及各项实时信息，信息集成度高，保障消防员的生命安全。3、本发明能够有效接收指挥中心指令和获得队友状态信息，以便实施协同救援。

附图说明

图1是生命体特征信息与位置信息传输的流程图。

图2是协同救援信息传输的流程图。

图3是本消防员协同的头戴式信息集成装置及方法的系统框架图。

图4是头戴式信息集成装置模块的结构图。

图5是惯性导航装置模块的结构图。

图6是生命体特征传感器模块的结构图。

图7是头戴式眼镜显示器主界面示意图。

图8是远端控制中心浏览器监控主界面示意图。

图9是远端控制中心浏览器监控生命体特征数据界面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进行进一步说明。

本发明所述的一种面向消防员协同的头戴式信息集成装置及方法由惯性导航装置模块、生命体特征传感器模块、头戴式信息集成装置模块、远端数据库模块、远端控制中心模块所组成，其系统框图如图3所示。惯性导航装置模块的结构参照图5，消防员首先将惯性导航装置模块附在自己的腰际，进入火灾现场后静止站立5秒并打开惯性导航装置模块电源开关，蓝牙模块指示灯开始闪烁时盲区推估模块初始化完成、开始采集位置信息并等待接收请求发送位置信息命令，若接收到头戴式信息集成装置模块发出的请求发送位置信息命令，盲区推估模块将位置信息以串行传输的方式按照封装好的数据格式传送给蓝牙模块，蓝牙模块将数据发出；若未接收到请求发送位置信息命令，盲区推估模块继续采集位置信息。

生命体特征传感器模块的结构参照图6，消防员首先将生命体特征传感器模块戴在自己的胸前，并长按开关按钮直至指示灯开始闪烁，若灯光为红色，表示生命体特征传感器模块处于已激活、未连接状态，应立即与头戴式信息集成装置进行蓝牙连接；若指示灯呈橙色，表示生命体特征传感器模块电量不足，需要立即充电；若指示灯呈绿色，表示其处于已激活、已连接状态，可以正常使用。生命体特征传感器模块对消防员的呼吸率、心率、皮肤温度、人员姿态以及加速度峰值等数据每一秒采集一次，采集到各种生命体特征信息会通过与其相连的蓝牙模块发送至头戴式信息集成装置模块。

头戴式信息集成装置模块的结构参照图4，消防员首先佩戴头戴式信息集成装置，并打开电源快关，通过操作Android控制手柄进入电子地图加载的界面，其显示效果如图7所示。通过控制手柄点击设置按钮可以进入设置界面，在其中可对连接的蓝牙地址、服务器IP等信息进行设置，使其与惯性导航装置模块、生命体特征传感器模块以及数据库相连接。如图7所示，消防员可以在显示界面上看到实时加载的电子地图、位置信息、指挥指令和各项生命体特征等信息，当消防员发现自己处于危险境地时，可以通过控制手柄点击紧急呼叫按钮进行报警，同时可以通过点击界面左边的各个按钮切换至观察队友状态的界面。

远端数据库主要实现数据的接收和存储等功能，当点击数据库接口程序的开始按钮后，其便开始接收并解析头戴式信息集成装置模块发来的数据，解析得到的相应消防员的位置信息、呼吸率、心率、皮肤温度、人员姿态和加速度峰值将存入数据库中。

所述的远端控制中心网页显示界面有电子地图界面和生命体特征信息显示界面。如图8所示，电子地图界面可以对救援活动中的全体消防人员的位置进行实时显示，电子地图界面的右侧显示相应消防员的编号，点击相对应的编号及可进入对相应消防员生命体特征监测的界面。如图9所示，生命体特征信息显示界面主体显示心率、呼吸速率和体温三项体征的实时曲线，以及其右侧显示采集数据的具体时间、加速度峰值和用箭头形象表示的姿态信息。

本发明具体实施的步骤如下。

步骤1：将盲区推估模块佩戴于腰际，其连续采集位置信息。

步骤2：将生命体特征传感器模块佩戴在自己的胸前，其对救援人员的呼吸率、心率、皮肤温度、人员姿态以及加速度峰值等信息每秒钟采集一次。

步骤3：佩戴头戴式信息集成装置，操作Android控制手柄进入加载电子地图的界面，进入设置界面对蓝牙地址、服务器IP进行设置，使其与惯性导航装置模块、生命体特征传感器模块以及数据库相连接。

步骤4：盲区推估模块再接收到请求位置信息命令后通过蓝牙模块发送位置信息，与此同时，生命体征传感器以每秒一次的频率通过蓝牙模块发送采集到的生命体特征数据。

步骤5：头戴式信息集成显示终端接收位置信息和生命体特征信息并以每秒一次的频率向惯性导航装置模块发送请求位置信息命令。

步骤6：头戴式信息集成装置对数据进行处理同时将位置信息、呼吸率、心率、皮肤温度、人员姿态以及加速度峰值等数据加载在实时显示的电子地图上并通过GPRS远程通信模块发送至远端数据库。

步骤7：远端数据库接口程序接收并解析数据，解析得到的相应消防员的位置信息、呼吸率、心率、皮肤温度、人员姿态和加速度峰值将存入数据库中。

步骤8：远端控制中心访问数据并将数据通过web显示，可直观地对消防员在火灾现场中的位置进行实时监控同时可以对消防员的生命体特征进行实时监控。

步骤9：远程控制中心发送队友状态信息同时根据救援情况发送指挥命令。

步骤10：头戴式信息集成装置接收命令和队友状态信息，并将其加载在实时显示的电子地图上。

Claims (3)

1.一种面向消防员协同的头戴式信息集成装置及方法，其特征在于：包括惯性导航装置模块、生命体特征传感器模块、头戴式信息集成装置模块、远端数据库模块、远端控制中心模块；惯性导航装置模块与生命体特征传感器模块分别用于采集火灾现场消防人员的位置信息和各项生命体特征信息，头戴式信息集成装置模块用于处理各类救援信息并进行集成显示，远端数据库模块用于储存救援活动中的各类数据，远端控制中心模块用于集中显示各个消防员的行进路线和生命体特征信息；所述的头戴式信息集成装置为基于Android系统的智能眼镜，由智能眼镜设备和Android控制手柄组成，两者通过有线连接；Android控制手柄用于控制整个基于Android系统的智能眼镜，其内置蓝牙通信模块和GPRS远程通信模块；智能眼镜设备作为头戴式眼镜显示器，消防员通过其可以看到虚拟大屏幕，分辨率可达到960*540像素，其显示效果相当于在1.5m外看到48cm*29cm大的显示屏；虚拟大屏幕上加载着电子地图和集成显示的各类信息，而且可以看到火灾救援现场的实际情况。

2.根据权利要求1所述的一种面向消防员协同的头戴式信息集成装置及方法，其特征在于：头戴式信息集成装置模块采集火灾现场消防人员的位置信息以及呼吸速率、心跳速率、皮肤温度、人员姿态以及加速度峰值等信息，头戴式信息集成装置通过数据格式处理模块将接收的数据进行格式处理，处理后的数据、消防员的行进路线、指挥命令以及队友的状态信息集成显示在头戴式眼镜显示器实时加载的电子地图上，在消防员眼睛前方进行显示。

3.根据权利要求2所述的一种面向消防员协同的头戴式信息集成装置及方法，其特征在于：远端控制中心模块访问数据库获取数据进行监测并发送队友的状态信息，同时根据救援活动实际进展情况发送相应的指挥命令，头戴式信息集成装置接收数据并将其加载在电子地图上；在消防员眼睛前方所形成的虚拟大屏幕上，消防员可以看到队友的位置信息以及呼吸速率、心跳速率、皮肤温度、人员姿态以及加速度峰值等信息，同时也可以看到加载的指挥指令，从而实现消防员间的信息协同。