CN108663701A - 一种消防应急人员实时定位、呼救和监测数据采集系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消防应急人员实时定位、呼救和监测数据采集系统和方法，所述系统包括设置在后场指挥中心的通信前置机和现场消防员携带的数据采集装置，所述数据采集装置包括中央处理器，所述中央处理器分别连接有数据采集装置自身状态传感器模块、声光报警器、功能按键以及Wifi通信模块、蓝牙通信模块、ZigBee通信模块和RFID读卡模块；本发明可有效实现对智能化消防应急指挥所需的人员定位、呼救和生命安全相关监测数据的实时采集、本地存储、数据上传和指令接收。所述采集装置具有功能全面、智能化和小型化特点，适合应急人员随身穿戴和使用；所述采集方法灵活、可靠、便于应用，且具有良好的开放性和扩展性。

Description

一种消防应急人员实时定位、呼救和监测数据采集系统和 方法

技术领域

本发明涉及一种消防应急人员实时定位、呼救和监测数据采集系统和方法。

背景技术

智能化的消防应急指挥，需要对应急救援人员的定位、呼救以及生命安全相关信息进行实时监测。由此，亟需研制一种消防应急人员实时定位、呼救和监测数据采集装置和方法，对人员空间位置、紧急呼救，以及生命安全相关数据进行实时监测和无线采集，并集中上传至后场指挥中心同时接收指挥中心的指挥和配置命令，以便后场指挥人员能够及时发现危险、指挥搜救，有效保证现场应急救援人员的生命安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消防应急人员实时定位、呼救和监测数据采集系统和方法，通过对人员空间位置、紧急呼救，以及生命安全相关数据进行实时监测和无线采集，将采集数据集中上传至后场指挥中心并接收指挥中心的指挥和配置命令，使后场指挥人员能够及时发现危险、指挥搜救，有效保证现场应急救援人员的生命安全。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种消防应急人员实时定位、呼救和监测数据采集系统，包括设置在后场指挥中心的通信前置机和现场消防员携带的数据采集装置，其中，所述数据采集装置包括中央处理器，所述中央处理器分别连接有数据采集装置自身状态传感器模块、声光报警器、功能按键以及 Wifi通信模块、蓝牙通信模块、ZigBee通信模块和RFID读卡模块，所述Wifi通信模块通过无线通信指挥网络连接通信前置机，蓝牙通信模块或/和ZigBee通信模块无线连接采集消防员配带的穿戴设备的数据，RFID读卡模块用于读取消防员身份标识卡。

方案进一步是：所述自身状态传感器模块包括卫星定位模块、三轴加速度传感器、地磁传感器、温湿度传感器；所述蓝牙通信模块、ZigBee通信模块可同时工作进行数据采集，也可以任意一个模块工作，另外一个不工作；所述穿戴设备包括消防员的自主定位设备、生命体征监测设备、环境监测设备以及呼吸器电子压力表。

一种消防应急人员实时定位、呼救和监测数据采集方法，是基于消防应急人员实时定位、呼救和监测数据采集系统的方法，所述系统包括：设置在后场指挥中心的通信前置机和现场消防员携带的数据采集装置和穿戴设备，其中，所述数据采集装置包括中央处理器，所述中央处理器分别连接有数据采集装置自身状态传感器模块、声光报警器、功能按键以及 Wifi通信模块、蓝牙通信模块、ZigBee通信模块和RFID读卡模块，所述自身状态传感器模块包括卫星定位模块、三轴加速度传感器、地磁传感器、温湿度传感器；所述穿戴设备包括消防员的自主定位设备、生命体征监测设备、环境监测设备以及呼吸器电子压力表；所述方法流程如下：

(1)数据采集装置开机后，自动通过Wifi通信模块与后场指挥中心的通信前置机建立 TCP连接，与该消防员穿戴的各设备建立Zigbee、蓝牙通信连接，通过RFID读卡模块从消防员身份标识卡中读取身份标识号；

(2)数据采集装置通过卫星定位模块实时读取卫星定位数据，通过三轴加速度传感器和地磁传感器实时检测运动/静止状态、运动方向，通过温湿度传感器实时检测环境温、湿度数据，通过Zigbee、蓝牙通信模块实时通信采集穿戴设备的数据，并将上述数据集中存储在其本机数据寄存器中；

(3)数据采集装置将本机寄存器中的实时数据依据通信规约封装成数据帧，通过Socket传输方式，实时上传给后场指挥中心的通信前置机，并同时周期性地将本机寄存器中的实时数据存储到存储器中形成历史数据；

(4)后场指挥中心的通信前置机接收到数据帧后，依据通信规约进行数据解析，将解析出的各项采集数据通过指挥工作站上的人机界面以及应急现场的室内、外地图进行综合数据展示和应用；

(5)数据采集装置从开机状态转变为关机时，向各穿戴设备发出进入低功耗工作状态的指令，控制穿戴设备进入低功耗工作状态。

方案进一步是：当消防员在室外时，使用数据采集装置中卫星定位模块进行实时定位，当消防员进入室内，因卫星信号强度不够而无法进行卫星定位时，使用从穿戴的自主定位设备中采集的数据进行实时定位，数据采集装置上传的数据帧中，包括表示自主定位数据是否有效的状态位，当该状态数据由“无效”变为“有效”时，即表示开始启用自主定位数据，对指挥中心而言，第一个状态位为“有效”的自主定位数据所表示的位置点，即室内自主定位的起点，也是室内自主定位与室外卫星定位轨迹的连接点。

方案进一步是：自主定位数据是通过相对于“起点”的空间位置变化表示当前位置，消防员每运动一步，所穿戴的自主定位设备就向数据采集装置发送一个新的空间位置值，数据采集装置可缓存并一次传送多个未被传送过的自主定位数据(即最新的一段定位轨迹)，以便消防员每步的定位数据都能传输到后场指挥中心的通信前置机而不会被遗漏。

方案进一步是：数据采集装置的Wifi通信模块可通过DHCP的方式从通信指挥网络中获取动态的IP地址，每当其重新获取到IP地址时，会将最新的IP地址值、消防员身份标识号一起上传给后场指挥中心的通信前置机，通信前置机中建立有所连接各数据采集装置的消防员身份标识号、当前IP地址的映射表，以便在发送指令时快速获取到目标采集装置的当前IP地址。

方案进一步是：所述数据采集装置以“轮询”和“自报”相结合的方式，实时向后场指挥中心的通信前置机上传数据，通常情况下，在接收到通信前置机的要数帧后，数据采集装置再发送回数帧，在呼救、报警时，数据采集装置主动向通信前置机发送数据，无论“轮询”还是“自报”，每条上传数据中均包含该条数据的采集时间、消防员身份标识号。

方案进一步是：所述数据采集装置以“轮询”和“自报”相结合的方式，实时采集自主定位设备、生命体征监测设备、环境监测设备以及呼吸器电子压力表的数据，通常情况下，在接收到数据采集装置的要数帧后，穿戴设备(自主定位设备除外)再发送回数帧，自主定位设备则在消防员每运动一步时，主动向数据采集装置发送定位数据，其他穿戴设备在报警时，主动向数据采集装置发送报警数据。

方案进一步是：所述数据采集装置将采集数据周期性存储到本机数据存储器中，存储数据的结构采用循环队列的方式，每条新数据被存入在队列的尾部，当循环队列被占用满，队列的尾部追上了头部时，则覆盖头部，即存储区中最新存入的那条数据覆盖时间最老的那条数据，如此继续循环存储，每条存储数据中均包含该条数据的采集时间、消防员身份标识号。

方案进一步是：所述数据采集装置还包括有手动按键报警和自动报警模块，手动按键报警是在按下报警按键后发出报警信息，自动报警是在数据采集装置监测到消防员超出预设的时间内保持静止不动、或运动姿态的异常超出预设值、或呼吸器剩余气压不足时自动发出报警信息，所述报警信息通过Wifi通信模块通过无线通信指挥网络发送至通信前置机的同时，还通过数据采集装置的声光报警器发出声光报警。

本发明的有益效果是：本发明可有效实现对智能化消防应急指挥所需的人员定位、呼救和生命安全相关监测数据的实时采集、本地存储、数据上传和指令接收。所述采集装置具有功能全面、智能化和小型化特点，适合应急人员随身穿戴和使用；所述采集方法灵活、可靠、便于应用，且具有良好的开放性和扩展性。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图；

图2为本发明的方法执行步骤图；

图3、图4、图5为本发明的数据存储示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种消防应急人员实时定位、呼救和监测数据采集系统，如图1所示，所述系统包括设置后场指挥中心的通信前置机17和现场消防员携带的数据采集装置，其中，所述数据采集装置包括中央处理器1，所述中央处理器分别连接有数据采集装置自身状态传感器模块、声光报警器14、功能按键，即呼救报警等功能按键15以及Wifi通信模块13、蓝牙通信模块 12、ZigBee通信模块11和RFID读卡模块9、数据存储器7、液晶显示屏8，自身状态传感器模块包括卫星定位模块2、三轴加速度传感器3、地磁传感器4、温湿度传感器5和电池及充放电模块6，所述Wifi通信模块通过无线通信指挥网络16连接通信前置机，蓝牙通信模块或/和ZigBee通信模块无线连接采集消防员配带的穿戴设备的数据、即被采集对象20 的数据，RFID读卡模块用于读取消防员身份标识卡10。

其中：所述穿戴设备数据包括由消防员的自主定位单元产生的消防员的自主定位数据、由生命体征监测单元产生的生命体征数据、由环境监测单元产生的环境监测数据以及由呼吸器电子压力表产生的呼吸器电子压力表数据，消防员的自主定位单元、生命体征监测单元、环境监测单元、呼吸器电子压力表分别通过通信接口电路201、202、203、204连接蓝牙通信模块12和ZigBee通信模块11。

实施例的数据采集装置的工作条件如下：温度为-25℃～70℃；相对湿度为30％～93％；大气压力为86kPa～106kPa；防爆性能符合GB3836.1的规定，适用于Ⅰ类和Ⅱ类 A、B、C级爆炸物质环境。

所述卫星定位模块2，用于对进行实时室外定位；

所述三轴加速度传感器3，用于实时监测人员处于运动或是静止状态；

所述地磁传感器4，用于与所述三轴加速度传感器一起监测人员运动方向；

所述温湿度传感器5，用于实时监测现场环境温度和湿度；

所述呼救报警按键14，用于人员按下进行紧急呼救和报警；

所述Zigbee通信模块11，用于“一对多”无线连接各被采集对象的Zigbee通信接口，进行实时数据采集；

所述蓝牙通信模块12，用于“一对多”无线连接各被采集对象的蓝牙通信接口201～ 204，进行实时数据采集；

所述Wifi通信模块13，用于接入无线通信指挥网络16，通过TCP/IP协议连接后场指挥中心的通信前置机17，将采集数据实时上传至后场指挥中心；

所述RFID读卡模块9，用于读取人员身份标识卡10中的身份标识号(ID)；

所述处理器1与所述卫星定位模块2、三轴加速度传感器3、地磁传感器4、温湿度传感器5、呼救报警按键15、Zigbee通信模块11、蓝牙通信模块12、Wifi通信模块13、数据存储器7、液晶显示屏8、声光报警器14、功能按键15、充放电模块6相连，用于接收和处理各传感器检测数据、呼救报警按键触发信号、Zigbee和蓝牙通信和数据采集、Wifi通信和数据上传，以及处理和发送液晶屏显示数据、声光报警器控制指令；

所述数据存储器7，用于本机历史存储采集数据，后场工作站也可以事后从该装置中读取历史数据；

所述液晶显示屏8，用于采集数据的显示和工作参数的设置；

所述声光报警器14，用于紧急呼救时的本机声光报警；

所述功能按键15，用于装置的开关机、参数设置等功能操作；

所述电池及充放电模块6，用于给装置供电、监测电池电量、电池充放电管理。

所述被采集对象20的Zigbee通信接口，用于和所述装置的Zigbee通信模块11进行无线连接，和被采集对象的处理器进行UART串口连接，对采集数据进行传输，对低功耗被采集设备的工作状态进行指令控制；

所述被采集对象20的蓝牙通信接口201～204，用于和所述装置的蓝牙通信模块12进行无线连接，和被采集对象的处理器进行串口连接，对采集数据进行传输，对被采集设备的工作状态进行指令控制。

实施例中：所述数据采集通信模块包括Zigbee模块11、蓝牙模块12，所述数据上传通信接口为Wifi模块13，所述卫星定位模块2为北斗和GPS双模定位模块，所述处理器1为ARM处理器，所述充放电模块6的充电接口为USB接口。

实施例中：所述Zigbee通信模块11、蓝牙通信模块12可以同时工作，每个模块均可以“一对多”地同时无线连接和采集多个被采集对象。所述装置与被采集对象20之间的Zigbee或蓝牙通信是全双工的。

实施例中：被采集对象20可以配备Zigbee通信接口或蓝牙通信接口，本实施例以所述装置通过蓝牙通信模块12连接和采集被采集对象20为例。所述被采集对象20的蓝牙通信接口201～204通过UART接口连接被采集对象的处理器。

实施例中：所述被采集对象的通信接口201～204，通过UART接口进行数据采集，并下发指令控制被采集对象进行低功耗工作。

实施例中：所述人员定位数据包括：室外卫星定位数据、室内自主定位数据。其中，卫星定位数据由所述装置本机监测，自主定位数据由所述装置通过蓝牙通信接口12从所述人员自主定位单元201中实时采集。

实施例中：所述人员呼救报警数据包括：人员手动呼救报警数据、装置自动呼救报警数据。其中，手动呼救报警数据在按下呼救报警按键15时发出，自动呼救报警数据在装置监测到人员长时间静止不动、或运动姿态异常、或呼吸器剩余气压不足时自动发出。所述装置通过Wifi接口13发出呼救报警数据的同时，声光报警器14发出声光报警。

实施例中：所述人员监测数据(除定位数据外)包括：人员运动姿态和方向、人员脉搏和体感温度、周边有毒有害和可燃气体浓度、周边环境温度和湿度、呼吸器气瓶剩余气体压力和使用时间、所述装置与各被采集对象201～204的通信连接状态、所述装置以及各被采集对象201～204的电池剩余电量。

实施例中：人员运动姿态、自主定位单元剩余电量由所述装置从自主定位单元201中采集，人员脉搏和体感温度、生命体征监测单元剩余电量由所述装置从生命体征监测单元202 中采集，周边有毒有害和可燃气体浓度、环境监测单元剩余电量由所述装置从环境监测单元 203中采集，呼吸器气瓶剩余气体压力和使用时间、呼吸器电子压力表剩余电量由所述装置从呼吸器电子压力表204中采集，人员运动方向、周边环境温度和湿度、所述装置剩余电量、所述装置与各被采集对象201～204的通信连接状态由所述装置本机监测。

实施例中：人员身份标识号(ID)由所述装置中的RFID读卡模块9从人员身份标识卡 10中读取。当穿戴所述装置的人员发生变化，重新读取一次身份标识号即可。

实施例2：

一种消防应急人员实时定位、呼救和监测数据采集方法，是基于实施例1监测系统的一种监测方法，因此，实施例1中的内容也应视做本实施例内容，因此，所述系统包括设置在后场指挥中心的通信前置机和现场消防员携带的数据采集装置和穿戴设备，所述数据采集装置包括中央处理器，所述中央处理器分别连接有数据采集装置自身状态传感器模块、声光报警器、功能按键以及Wifi通信模块、蓝牙通信模块、ZigBee通信模块、RFID读卡模块以及数据存储器，所述数据采集装置自身状态传感器模块至少含有卫星定位模块、三轴加速度传感器、地磁传感器、温湿度传感器，所述穿戴设备包括消防员的自主定位设备、生命体征监测设备、环境监测设备以及呼吸器电子压力表；消防员携带上数据采集装置并配带含有反应消防员身体状态数据模块的穿戴设备，数据采集装置开机，其中，所述方法主要包括以下流程：

(1)数据采集装置开机后，自动通过Wifi通信模块与后场指挥中心的通信前置机建立 TCP连接，与该消防员穿戴的各设备建立Zigbee、蓝牙通信连接，通过RFID读卡模块从消防员身份标识卡中读取身份标识号；

(2)数据采集装置通过卫星定位模块实时读取卫星定位数据，通过三轴加速度传感器和地磁传感器实时检测运动/静止状态、运动方向，通过温湿度传感器实时检测环境温、湿度数据，通过Zigbee、蓝牙通信模块实时通信采集穿戴设备的数据，并将上述数据集中存储在其本机数据寄存器中；

(3)数据采集装置将本机寄存器中的实时数据依据通信规约封装成数据帧，通过Socket传输方式，实时上传给后场指挥中心的通信前置机，并同时周期性地将本机寄存器中的实时数据存储到存储器中形成历史数据；

(4)后场指挥中心的通信前置机接收到数据帧后，依据通信规约进行数据解析，将解析出的各项采集数据通过指挥工作站上的人机界面以及应急现场的室内、外地图进行综合数据展示和应用；

(5)数据采集装置从开机状态转变为关机时，向各穿戴设备发出进入低功耗工作状态的指令，控制穿戴设备进入低功耗工作状态。

实施例中：当消防员在室外时，使用数据采集装置中卫星定位模块进行实时定位，当消防员进入室内，因卫星信号强度不够而无法进行卫星定位时，使用从穿戴的自主定位设备中采集的数据进行实时定位，数据采集装置上传的数据帧中，包括表示自主定位数据是否有效的状态位，当该状态数据由“无效”变为“有效”时，即表示开始启用自主定位数据，对指挥中心而言，第一个状态位为“有效”的自主定位数据所表示的位置点，即室内自主定位的起点，也是室内自主定位与室外卫星定位轨迹的连接点。

实施例中：自主定位数据是通过相对于“起点”的空间位置变化表示当前位置，消防员每运动一步，所穿戴的自主定位设备就向数据采集装置发送一个新的空间位置值，数据采集装置可缓存并一次传送多个未被传送过的自主定位数据(即最新的一段定位轨迹)，以便消防员每步的定位数据都能传输到后场指挥中心的通信前置机而不会被遗漏。

实施例中：数据采集装置的Wifi通信模块可通过DHCP的方式从通信指挥网络中获取动态的IP地址，每当其重新获取到IP地址时，会将最新的IP地址值、消防员身份标识号一起上传给后场指挥中心的通信前置机，通信前置机中建立有所连接各数据采集装置的消防员身份标识号、当前IP地址的映射表，以便在发送指令时快速获取到目标采集装置的当前IP地址。

实施例中：所述数据采集装置以“轮询”和“自报”相结合的方式，实时向后场指挥中心的通信前置机上传数据，通常情况下，在接收到通信前置机的要数帧后，数据采集装置再发送回数帧，在呼救、报警时，数据采集装置主动向通信前置机发送数据，无论“轮询”还是“自报”，每条上传数据中均包含该条数据的采集时间、消防员身份标识号。

实施例中：所述数据采集装置以“轮询”和“自报”相结合的方式，实时采集自主定位设备、生命体征监测设备、环境监测设备以及呼吸器电子压力表的数据，通常情况下，在接收到数据采集装置的要数帧后，穿戴设备(自主定位设备除外)再发送回数帧，自主定位设备则在消防员每运动一步时，主动向数据采集装置发送定位数据，其他穿戴设备在报警时，主动向数据采集装置发送报警数据。

实施例中：所述数据采集装置将采集数据周期性存储到本机数据存储器中，存储数据的结构采用循环队列的方式，每条新数据被存入在队列的尾部，当循环队列被占用满，队列的尾部追上了头部时，则覆盖头部，即存储区中最新存入的那条数据覆盖时间最老的那条数据，如此继续循环存储，每条存储数据中均包含该条数据的采集时间、消防员身份标识号。

实施例中：所述数据采集装置还包括有手动按键报警和自动报警模块，手动按键报警是在按下报警按键后发出报警信息，自动报警是在数据采集装置监测到消防员超出预设的时间内保持静止不动、或运动姿态的异常超出预设值、或呼吸器剩余气压不足时自动发出报警信息，所述报警信息通过Wifi通信模块通过无线通信指挥网络发送至通信前置机的同时，还通过数据采集装置的声光报警器发出声光报警。

以下是对所述方法的进一步执行过程说明：

数据采集方法的执行过程(如图2所示)包括，S1～S8八个主要步骤下：

步骤S1：所述装置开机后，自动与后场指挥中心的通信前置机17建立TCP长连接，与各被采集对象20的Zigbee或蓝牙通信接口建立连接；

步骤S2：所述装置以“主动轮询”的方式，从各被采集对象20中实时读取数据，将数据存放在本机寄存器中；

步骤S3：所述装置以“等待接收”的方式，实时接收各被采集对象20主动上报的数据，将数据存放在本机寄存器中；

步骤S4：当所述装置被关机时，关机前发送指令控制被采集对象20进入低功耗工作状态；

步骤S5：所述装置将本机监测数据、通信状态数据，连同本机采集时间、人员身份标识号、人员呼救状态、人员自主定位状态等一起，将数据存放在本机寄存器中；

步骤S6：所述装置将步骤S2～S5所述的监测和采集数据，实时上传至后场指挥中心的通信前置机17；

步骤S7：所述装置实时接收后场指挥中心的通信前置机17发送的指挥、设置数据；

步骤S8：所述装置将步骤S2～S5所述的监测和采集数据，周期性地存储到本机存储器中。

下面对实施例的各采集步骤进行详细说明：

步骤S1中，后场指挥中心的通信前置机可同时与多台所述装置建立TCP长连接。所述装置作为TCP客户端，后场指挥中心的通信前置机作为TCP服务器；也可以多台所述装置作为TCP服务器，后场指挥中心的通信前置机作为TCP客户端。本实施例以后场指挥中心的通信前置机(作为TCP服务器)同时连接3台采集装置(作为TCP客户端)为例，TCP 连接端口号为5001，通过Socket进行数据帧收发。

在步骤S1～S7中，轮询时的读数数据帧、应答数据帧的格式如表1-1、表1-2所示。

表1-1读数数据帧格式

表1-2应答数据帧格式

在步骤S2～S7中，自报、配置时的写数数据帧、确认数据帧的格式如表2-1、表2-2所示。

表2-1写数数据帧格式

表2-2确认数据帧格式

其中，表1-1所述读数数据帧、表2-1所述写数数据帧中的“站址”，为接收方的站址；表1-2所述应答数据帧、表2-2所述确认数据帧中的“站址”，为发送方的站址。缺省情况下，所述装置与各被采集对象的站址定义如表3-1所示。

表3-1所述装置与各被采集对象的站址定义

所述装置与后场指挥中心的通信前置机的站址定义如表3-2所示。

表3-2所述装置与后场指挥中心的站址定义

表1-1、表1-2、表2-1、表2-2所述的“功能码”定义如表4所示。

表4功能码定义

表1-1、表1-2、表2-1、表2-2所述的“寄存器地址段”定义如表5所示。在读数数据帧中，表示被读取数据在接收方寄存器中的存放位置；在写数数据帧中，表示要将数据写入对方寄存器中的位置，对方回复的确认数据帧中寄存器地址段的内容与写数数据帧完全相同，表示对方已成功写入到本机寄存器该地址段位置。

表5数据帧中的寄存器地址段定义

序号	名称	数值长度
			1	起始寄存器地址	2字节
2	寄存器数量	2字节

表1-1、表1-2、表2-1、表2-2所述的“数据区长度和内容”定义如表6所示。

表6数据区长度和内容定义

序号	名称	数值长度
			1	数据区长度	1字节
2	数据区内容	0～251字节

表1-1、表1-2、表2-1、表2-2所述的数据帧中的高低字节顺序如表7所示。

表7高低字节顺序

序号	名称	数值长度
			1	站址	/
2	功能码	/
			3	起始寄存器地址	高字节在前、低字节在后
4	寄存器数量	高字节在前、低字节在后
			5	数据区长度	/
6	数据区内容	高字节在前、低字节在后
			7	CRC16校验码	低字节在前、高字节在后

在步骤S2～S7中，采集数据在所述装置、各被采集对象中的本机寄存器地址段定义如表8-1、表8-2、表9-1所示，其中每个寄存器存放2个字节的数据。

表8-1人员自主定位单元寄存器地址段

表8-2生命体征监测单元寄存器地址段

表8-3环境监测单元寄存器地址段

表8-4呼吸器电子压力表寄存器地址段

表9-1所述装置数据寄存器(被读取)地址段

以下结合数据帧的格式、寄存器地址定义，对实施例中采集方法的数据帧内容进行说明。

在步骤S11中，以所述装置本机获取的IP地址为“192.168.0.100”为例。所述装置在与后场指挥中心的通信前置机建立TCP连接后，立即向其发出的写数数据帧如表10-1所示。(该采集装置采集时间、人员身份标识号、本机IP地址在后场指挥中心的通信前置机寄存器中的存放起始地址为0)。

表10-1写数数据帧

后场指挥中心的通信前置机回复的确认数据帧如表10-2所示。

表10-2确认数据帧

在步骤S2中，以轮询方式采集生命体征监测单元数据为例。所述装置发送出的读数数据帧如表11-1所示。

表11-1读数数据帧

生命体征监测单元应答数据帧如表11-2所示。

表11-2应答数据帧

在步骤S3中，以接收人员自主定位单元上报的数据为例。人员自主定位单元发出的写数数据帧如表12-1所示。

表12-1写数数据帧

所述装置回复的确认数据帧如表12-2所示。

表12-2确认数据帧

在步骤S4中，以所属装置控制人员自主定位单元进入低功耗工作状态为例，低功耗状态位为人员自主定位单元工作状态寄存器第0位，将该数据位由“0”置成“1”则自主定位单元进入低功耗工作状态。所述装置发出的写数数据帧如表13-1所示。

表13-1写数数据帧

人员自主定位单元回复的确认数据帧如表13-2所示。

表13-2确认数据帧

在步骤S5中，所述装置将北斗/GPS卫星定位、人员运动状态和方向、环境温度和湿度、本机剩余电量等数据，从通信接口中获取Wifi接口的IP地址、与各被采集对象的通信连接状态数据，并连同本机采集时间、人员身份标识号、人员呼救状态、人员自主定位状态等一起，将数据按照表9-1所定义的地址段放在本机寄存器中。

当按下所述装置的呼救报警按键时，表9-1所述的“人员呼救状态”寄存器的第0位由“0”变为“1”，表示处于手动紧急呼救状态；当按下所述装置的启用自主定位按键时，表9-1所述的“人员自主定位启用状态”寄存器的第0位由“0”变为“1”，表示处于自主定位启用状态；

在步骤S6中，后场指挥中心的通信前置机以轮询的方式对各所述装置进行数据采集，发送给各装置的读数数据帧如表14-1所示。

表14-1读数数据帧

所述装置的应答数据帧如表14-2所示。

表14-2应答数据帧

在步骤S6中，所述装置以主动上报的方式向后场指挥中心的通信前置机发送的写数数据帧如表15-1所示(该采集装置采集时间及定位、呼救和监测数据在后场指挥中心的通信前置机寄存器中的存放起始地址为0)。

表15-1写数数据帧

后场指挥中心的通信前置机回复的确认数据帧如表15-2所示。

表15-2确认数据帧

在步骤S7中，紧急撤离状态位为所述装置“指令状态设置”寄存器第0位，将该数据位由“0”置成“1”则所述装置进入紧急撤离报警状态。后场指挥中心的通信前置机向所述装置下达紧急撤离命令的写数数据帧如表16-1所示。

表16-1写数数据帧

所述装置回复的确认数据帧如表16-2所示。

表16-2确认数据帧

在步骤S7中，以后场指挥中心的通信前置机将所述装置中的“指挥中心的IP地址”设置为“192.168.0.1”为例，后场指挥中心的通信前置机向所述装置发送的写数数据帧如表 17-1所示。

表17-1写数数据帧

所述装置回复的确认数据帧如表17-2所示。

表17-2确认数据帧

在步骤S8中，所述装置将表9-1所述的监测和采集数据，周期性地存入到本机存储器中，每条被存入的数据都包含采集时间。

如图3所示，在步骤S81中，存储数据的结构采用循环队列的方式，每条新数据被存入在队列的尾部。

如图4、图5所示，在步骤S8中，当循环队列被占用满，队列的尾部追上了头部时，则覆盖头部，即存储区中最新存入的那条数据覆盖时间最老的那条数据，如此继续循环存储。

在步骤S8中，无论循环队列是处于图3所示的“未存满”状态，还是图4、图5所示的“已存满”状态，后场指挥中心均可以数据文件的方式将队列中存储的历史数据读取出来。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示意性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种消防应急人员实时定位、呼救和监测数据采集系统，包括设置在后场指挥中心的通信前置机和现场消防员携带的数据采集装置，其特征在于，所述数据采集装置包括中央处理器，所述中央处理器分别连接有数据采集装置的自身状态传感器模块、数据存储器、液晶显示屏、声光报警器、功能按键以及Wifi通信模块、蓝牙通信模块、ZigBee通信模块和RFID读卡模块，所述Wifi通信模块通过无线通信指挥网络与通信前置机建立TCP连接和通信，蓝牙通信模块、ZigBee通信模块无线连接采集消防员配带的穿戴设备的数据，RFID读卡模块用于读取消防员身份标识卡。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述自身状态传感器模块包括卫星定位模块、三轴加速度传感器、地磁传感器、温湿度传感器；所述蓝牙通信模块、ZigBee通信模块可同时工作进行数据采集，也可以任意一个模块工作，另外一个不工作；所述穿戴设备包括消防员的自主定位设备、生命体征监测设备、环境监测设备以及呼吸器电子压力表。

3.一种消防应急人员实时定位、呼救和监测数据采集方法，是基于权利要求2所述系统的一种数据采集方法，其特征在于，所述方法的流程如下：

（1）数据采集装置开机后，自动通过Wifi通信模块与后场指挥中心的通信前置机建立TCP连接，与该消防员穿戴的各设备建立Zigbee、蓝牙通信连接，通过RFID读卡模块从消防员身份标识卡中读取身份标识号；

（2）数据采集装置通过卫星定位模块实时读取卫星定位数据，通过三轴加速度传感器和地磁传感器实时检测运动/静止状态、运动方向，通过温湿度传感器实时检测环境温、湿度数据，通过Zigbee、蓝牙通信模块实时通信采集穿戴设备的数据，并将上述数据集中存储在其本机数据寄存器中；

（3）数据采集装置将本机寄存器中的实时数据依据通信规约封装成数据帧，通过Socket传输方式，实时上传给后场指挥中心的通信前置机，并同时周期性地将本机寄存器中的实时数据存储到存储器中形成历史数据；

（4）后场指挥中心的通信前置机接收到数据帧后，依据通信规约进行数据解析，将解析出的各项采集数据通过指挥工作站上的人机界面以及应急现场的室内、外地图进行综合数据展示和应用；

（5）数据采集装置从开机状态转变为关机时，向各穿戴设备发出进入低功耗工作状态的指令，控制穿戴设备进入低功耗工作状态。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当消防员在室外时，使用数据采集装置中卫星定位模块进行实时定位，当消防员进入室内，因卫星信号强度不够而无法进行卫星定位时，使用从穿戴的自主定位设备中采集的数据进行实时定位，数据采集装置上传的数据帧中，包括表示自主定位数据是否有效的状态位，当该状态数据由“无效”变为“有效”时，即表示开始启用自主定位数据，对指挥中心而言，第一个状态位为“有效”的自主定位数据所表示的位置点，即室内自主定位的起点，也是室内自主定位与室外卫星定位轨迹的连接点。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，自主定位数据是通过相对于“起点”的空间位置变化表示当前位置，消防员每运动一步，所穿戴的自主定位设备就向数据采集装置发送一个新的空间位置值，数据采集装置可缓存并一次传送多个未被传送过的自主定位数据（即最新的一段定位轨迹），以便消防员每步的定位数据都能传输到后场指挥中心的通信前置机而不会被遗漏。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，数据采集装置的Wifi通信模块可通过DHCP的方式从通信指挥网络中获取动态的IP地址，每当其重新获取到IP地址时，会将最新的IP地址值、消防员身份标识号一起上传给后场指挥中心的通信前置机，通信前置机中建立有所连接各数据采集装置的消防员身份标识号、当前IP地址的映射表，以便在发送指令时快速获取到目标采集装置的当前IP地址。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述数据采集装置以“轮询”和“自报”相结合的方式，实时向后场指挥中心的通信前置机上传数据，通常情况下，在接收到通信前置机的要数帧后，数据采集装置再发送回数帧，在呼救、报警时，数据采集装置主动向通信前置机发送数据，无论“轮询”还是“自报”，每条上传数据中均包含该条数据的采集时间、消防员身份标识号。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述数据采集装置以“轮询”和“自报”相结合的方式，实时采集自主定位设备、生命体征监测设备、环境监测设备以及呼吸器电子压力表的数据，通常情况下，在接收到数据采集装置的要数帧后，穿戴设备（自主定位设备除外）再发送回数帧，自主定位设备则在消防员每运动一步时，主动向数据采集装置发送定位数据，其他穿戴设备在报警时，主动向数据采集装置发送报警数据。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述数据采集装置将采集数据周期性存储到本机数据存储器中，存储数据的结构采用循环队列的方式，每条新数据被存入在队列的尾部，当循环队列被占用满，队列的尾部追上了头部时，则覆盖头部，即存储区中最新存入的那条数据覆盖时间最老的那条数据，如此继续循环存储，每条存储数据中均包含该条数据的采集时间、消防员身份标识号。

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述数据采集装置还包括有手动按键报警和自动报警模块，手动按键报警是在按下报警按键后发出报警信息，自动报警是在数据采集装置监测到消防员超出预设的时间内保持静止不动、或运动姿态的异常超出预设值、或呼吸器剩余气压不足时自动发出报警信息，所述报警信息通过Wifi通信模块通过无线通信指挥网络发送至通信前置机的同时，还通过数据采集装置的声光报警器发出声光报警。