CN108898056B - 一种消防单兵装备与人员快速匹配系统 - Google Patents

一种消防单兵装备与人员快速匹配系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种消防单兵装备与人员快速匹配系统，消防单兵装备包括高精度惯导定位设备、体征监测手环、压力监测设备、气体探测仪、热成像、智能眼镜等外围消防单兵装备和信息处理与传输终端，所述终端由图像/指纹/语音采集、信息识别、数据匹配、设备唤醒、装备自检、通讯和图像/指纹/语音数据库等模块组成，该系统通过采集佩戴者的图像、指纹或语音指令，经信息识别模块识别出用户信息后，由数据匹配模块与本地数据库中用户信息进行匹配，匹配成功后启动设备唤醒模块，向各设备发送唤醒指令，启动装备自检模块，获取已连接设备状态信息，将设备状态和匹配人员信息通过其通讯模块上报至后台系统，并利用骨传导耳机播报给使用者。

Description

一种消防单兵装备与人员快速匹配系统
技术领域
本发明涉及一种消防单兵装备与人员快速匹配系统。
背景技术
近年来，随着社会和技术发展，越来越多的消防单兵作战装备列装到消防、反恐、救援等部队中，消防单兵作战装备的存在，如气体探测器、热成像仪、空呼监测仪、智能信息终端等，极大地保障了前方战士的生命安全，也便于后方指挥人员实时掌控前线态势信息，为指挥员的指挥决策提供数据支撑。但单兵携带侦察检测等设备时，往往设备和人不是一一对应关系，后台指挥平台也不能将执行任务的人员编组、人员和装备的对应关系快速录入系统，后方指挥员无法掌握人员编组及装备状态信息，导致消防战士在遂行应急任务前需要较长的准备时间，不利于行动的快速执行及容易造成损失。
指纹识别是目前应用广泛的技术，通过指纹识别，快速确定本套装备和单兵身份信息的对应关系，但是在灭火救援、反恐等行动任务中，当单兵遂行任务双手需要佩戴手套等装备时，通过操作智能设备采集指纹信息实现单兵装备系统构建存在一定的局限性；人脸图像识别是一种使用成熟广泛的生物识别技术，依靠识别人脸信息进行匹配，能快速确定本套装备和单兵身份信息的对应关系，但在光线不足、无光条件下，图像识别就无法有效地进行工作；通过语音指令进行识别是比较简单快捷的方式，也能快速确定本套装备和单兵身份信息的对应关系，但是在嘈杂环境中，其识别准确性有待提升。
考虑到以上问题，亟需一种合理有效的方法，满足在消防、反恐、救援等复杂环境中消防单兵装备与人员匹配需求，使后台系统指挥更加精准高效。
发明内容
本发明所要达到的目的，是解决现有技术的问题，从而满足在消防、反恐、救援等复杂环境中消防单兵装备与人员快速匹配的需求，使后台系统指挥更加精准高效。
为此，本发明所采取的方案是：一种消防单兵装备与人员快速匹配系统，包括信息采集模块、信息识别模块、数据匹配模块、设备唤醒模块、装备自检模块、通讯模块和本地数据库；
所述信息采集模块通过摄像头采集人面部信息，通过指纹采集传感器采集指纹信息，通过拾音器提取语音指令信息，并将采集的信息发送至信息识别模块；
所述信息识别模块用于对采集的信息进行预处理，并发送给数据匹配模块；
所述本地数据库中保存有使用者预先录入的用户信息，用户信息包括图像、指纹和语音信息；
所述数据匹配模块将预处理后的信息与本地数据库中用户信息进行匹配，确认使用者能否登入系统；
所述设备唤醒模块用于在使用者登入系统后向外围消防单兵装备发送结束休眠指令，并建立数据连接；
所述装备自检模块用于与外围消防单兵进行握手通讯，监测各个外围消防单兵装备的状态信息，并把各个外围消防单兵装备状态信息和匹配人员信息播报给使用者，并通过通讯模块上报给后台指挥系统；
所述通讯模块用于与后台指挥系统建立数据连接。
所述信息识别模块用于对采集的信息进行预处理，其中对采集人面部信息进行预处理，具体包括如下步骤：
步骤1，利用如下公式，将摄像头采集的宽Sw，高Sh的原图片缩小为8×8的64像素正方形图片：
Figure BDA0001673131690000021
其中Dw＝8，Dh＝8；Sx、Sy分别表示原图中像素点的位置横坐标和纵坐标，图片左上角坐标为(0,0)，右下角坐标为(Sw，Sh)；
Dx、Dy分别表示缩小后图中像素点的位置坐标，缩小后图片左上角坐标为(0,0)，右下角坐标为(Dw，Dh)；
步骤2，利用公式Gray(i,j)＝0.299×R(i,j)+0.587×G(i,j)+0.144×B(i,j)将64像素正方形图片灰度化处理；
其中，Gray(i，j)为图片中像素点坐标为(i，j)的灰度值；
R(i，j)为图片中像素点坐标为(i，j)的RGB中的红色值；
G(i，j)为图片中像素点坐标为(i，j)的RGB中的绿色值；
B(i，j)为图片中像素点坐标为(i，j)的RGB中的蓝色值；
步骤3，计算64个像素的平均值Pavg；
步骤4，比较每个像素值Pi和平均值Pavg，如Pi≥Pavg，当前位记为1，否则记为0，从而生成64位Long型Hash值，生成的64位Hash值记为A。
所述信息识别模块用于对采集的信息进行预处理，其中对拾音器提取的语音指令信息进行预处理，具体包括：
利用如下傅里叶变换公式处理声波形状：
Figure BDA0001673131690000031
其中，f(t)为声波函数，F(w)为f(t)的像函数，向上表示1，向下表示0，从而生成64位Long型Hash值，生成的64位Hash值记为A。
所述数据匹配模块将预处理后的信息与本地数据库中用户信息进行匹配，确认使用者能否登入系统，具体包括：
数据匹配模块根据Hash值A，计算出海明距离HammingDistance(A，Bi)：
HammingDistance(A，Bi)＝Count(A xor Bi)，
其中xor代表异或运算，Bi为本地数据库中使用者预先录入的用户信息Hash值，如果海明距离HammingDistance(A，Bi)小于5，允许使用者进入本系统。
所述信息采集模块通过双摄像头采集人面部信息。
所述装备自检模块用于与外围消防单兵进行握手通讯，监测各个外围消防单兵装备的电量、信号强度、连接状态信息。
所述装备自检模块利用骨传导耳机把各个外围消防单兵装备状态信息和匹配人员信息播报给使用者，并通过通讯模块上报给后台指挥系统。
所述系统包括以下步骤：
步骤1，使用者佩戴上外围消防单兵装备，启动消防单兵装备与人员快速匹配系统；
步骤2，使用者根据环境因素(光线不足、噪音大、是否双手可及等)，选择不同的外围消防单兵装备和人员匹配模式，匹配模式包括图像识别模式、指纹识别模式、语音识别模式；
如果选择了图像识别模式，信息采集模块通过摄像头进行使用者面部深度和方向信息的采集，获得图像信息；如果选择了指纹识别模式，信息采集模块通过指纹采集传感器采集使用者的指纹信息；如果选择了语音识别模式，信息采集模块通过拾音器获取使用者说出的语音指令；
步骤3，信息识别模块对采集的图像信息、指纹信息和语音指令进行预处理；
步骤4，数据匹配模块根据所识别的图像、指纹、语音指令信息与后台数据库进行匹配，生成匹配结果；
步骤5，启动设备唤醒模块，与外围消防单兵装备建立连接；
步骤6，启动装备自检模块，获取已连接外围消防单兵装备的状态信息；
步骤7，装备自检模块通过通讯模块将匹配人员信息和外围消防单兵装备状态信息上报至后台指挥系统，并播报给使用者，完成消防单兵装备与人员的匹配。
所述外围消防单兵装备具有无线通讯模块，具有无线数据传输功能。
所述外围消防单兵装备包括高精度室内定位装备、体征监测手环、空呼监测设备、气体探测仪、热成像、智能眼镜等外围消防单兵装备。
其特殊之处在于：信息处理与传输终端通过采集佩戴者的图像、指纹或语音指令，经信息识别模块识别出用户信息后，由数据匹配模块与本地数据库中用户信息进行匹配，匹配成功后启动设备唤醒模块，向各设备发送唤醒指令，然后启动装备自检模块，获取已连接设备状态信息，最后将设备状态和匹配人员信息通过其通讯模块上报至后台系统，并利用骨传导耳机播报给使用者。
该发明设计的优越性在于，不同于传统的“一装一人”的消防单兵装备与人员匹配系统，该方法将使用者的图像、指纹和语音信息存储在本地数据库中，由信息处理与传输终端的数据匹配模块与数据库人员信息进行匹配，满足消防单兵装备与人员的互换性，提高了任务执行的效率；不同于传统的单一模态消防单兵装备系统构建方法，该方法针对于复杂多变环境因素(光线不足、噪音大、是否双手可及等)依然能够完成消防单兵装备系统的构建，体现出了该方法对环境适应能力强、匹配效率高、安全性强等特点。该方法具有诸多优点，可将该方法应用于对环境适应性具有一定要求的消防单兵装备与人员匹配的各个领域。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为消防单兵装备系统的结构组成图；
图2为消防单兵装备系统与人员匹配过程示意图；
图3为信息处理与传输终端主要硬件组成图；
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，消防单兵装备系统包括高精度室内定位装备、体征监测手环、空呼监测设备、气体探测仪、热成像、智能眼镜等外围消防单兵装备和本发明提供的消防单兵装备与人员快速匹配系统。
如图2和图3所示，本发明公开的系统包括信息采集模块、信息识别模块、数据匹配模块、设备唤醒模块、装备自检模块、通讯模块和本地数据库；
所述信息采集模块通过摄像头采集人面部信息，通过指纹采集传感器采集指纹信息，通过拾音器提取语音指令信息，并将采集的信息发送至信息识别模块；
所述信息识别模块用于对采集的信息进行预处理，并发送给数据匹配模块；
所述本地数据库中保存有使用者预先录入的用户信息，用户信息包括图像、指纹和语音信息；
所述数据匹配模块将预处理后的信息与本地数据库中用户信息进行匹配，确认使用者能否登入系统；
所述设备唤醒模块用于在使用者登入系统后向外围消防单兵装备发送结束休眠指令，并建立数据连接；
所述装备自检模块用于与外围消防单兵进行握手通讯，监测各个外围消防单兵装备的状态信息，并把各个外围消防单兵装备状态信息和匹配人员信息播报给使用者，并通过通讯模块上报给后台指挥系统；
所述通讯模块用于与后台指挥系统建立数据连接。
所述信息识别模块用于对采集的信息进行预处理，其中对采集人面部信息进行预处理，具体包括如下步骤：
步骤1，利用如下公式，将摄像头采集的宽Sw，高Sh的原图片缩小为8×8的64像素正方形图片：
Figure BDA0001673131690000051
其中Dw＝8，Dh＝8；
步骤2，利用公式Gray(i,j)＝0.299×R(i,j)+0.587×G(i,j)+0.144×B(i,j)将64像素正方形图片灰度化处理；
步骤3，计算64个像素的平均值Pavg；
步骤4，比较每个像素值Pi和平均值Pavg，如Pi≥Pavg，当前位记为1，否则记为0，从而生成64位Long型Hash值，生成的64位Hash值记为A。
所述信息识别模块用于对采集的信息进行预处理，其中对拾音器提取的语音指令信息进行预处理，具体包括：
利用如下傅里叶变换公式处理声波形状：
Figure BDA0001673131690000061
向上表示1，向下表示0，从而生成64位Long型Hash值，生成的64位Hash值记为A。
所述数据匹配模块将预处理后的信息与本地数据库中用户信息进行匹配，确认使用者能否登入系统，具体包括：
数据匹配模块根据Hash值A，计算出海明距离HammingDistance(A，Bi)：
HammingDistance(A，Bi)＝Count(A xor Bi)，
其中Bi为本地数据库中使用者预先录入的用户信息Hash值，如果海明距离HammingDistance(A，Bi)小于5，允许使用者进入本系统。
所述信息采集模块通过双摄像头采集人面部信息。
所述装备自检模块用于与外围消防单兵进行握手通讯，监测各个外围消防单兵装备的电量、信号强度、连接状态信息。
所述装备自检模块利用骨传导耳机把各个外围消防单兵装备状态信息和匹配人员信息播报给使用者，并通过通讯模块上报给后台指挥系统。
所述系统包括以下步骤：
步骤1，使用者佩戴上外围消防单兵装备，启动消防单兵装备与人员快速匹配系统；
步骤2，使用者根据环境因素(光线不足、噪音大、是否双手可及等)，选择不同的外围消防单兵装备和人员匹配模式，匹配模式包括图像识别模式、指纹识别模式、语音识别模式；
如果选择了图像识别模式，信息采集模块通过摄像头进行使用者面部深度和方向信息的采集，获得图像信息；如果选择了指纹识别模式，信息采集模块通过指纹采集传感器采集使用者的指纹信息；如果选择了语音识别模式，信息采集模块通过拾音器获取使用者说出的语音指令；
步骤3，信息识别模块对采集的图像信息、指纹信息和语音指令进行预处理；
步骤4，数据匹配模块根据所识别的图像、指纹、语音指令信息与后台数据库进行匹配，生成匹配结果；
步骤5，启动设备唤醒模块，与外围消防单兵装备建立连接；
步骤6，启动装备自检模块，获取已连接外围消防单兵装备的状态信息；
步骤7，装备自检模块通过通讯模块将匹配人员信息和外围消防单兵装备状态信息上报至后台指挥系统，并播报给使用者，完成消防单兵装备与人员的匹配。
所述外围消防单兵装备具有无线通讯模块，具有无线数据传输功能。
所述外围消防单兵装备包括高精度室内定位装备、体征监测手环、空呼监测设备、气体探测仪、热成像、智能眼镜等外围消防单兵装备。
本发明很好解决了传统“一装一人”的消防单兵装备与人员匹配互换性不足的问题，以及基于单一模态的消防单兵装备与人员匹配系统的环境适应性差等问题，在保证处理效率的同时，也保证了使用者操作简单及设备的安全性。
本发明提供了一种消防单兵装备与人员快速匹配系统，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (1)

1.一种消防单兵装备与人员快速匹配系统，其特征在于，包括信息采集模块、信息识别模块、数据匹配模块、设备唤醒模块、装备自检模块、通讯模块和本地数据库；
所述信息采集模块通过摄像头采集人面部信息，通过指纹采集传感器采集指纹信息，通过拾音器提取语音指令信息，并将采集的信息发送至信息识别模块；
所述信息识别模块用于对采集的信息进行预处理，并发送给数据匹配模块；
所述本地数据库中保存有使用者预先录入的用户信息，用户信息包括图像、指纹和语音信息；
所述数据匹配模块将预处理后的信息与本地数据库中用户信息进行匹配，确认使用者能否登入系统；
所述设备唤醒模块用于在使用者登入系统后向外围消防单兵装备发送结束休眠指令，并建立数据连接；
所述装备自检模块用于与外围消防单兵进行握手通讯，监测各个外围消防单兵装备的状态信息，并把各个外围消防单兵装备状态信息和匹配人员信息播报给使用者，并通过通讯模块上报给后台指挥系统；
所述通讯模块用于与后台指挥系统建立数据连接；
所述信息识别模块用于对采集的信息进行预处理，其中对采集人面部信息进行预处理，具体包括如下步骤：
步骤1，利用如下公式，将摄像头采集的宽Sw，高Sh的原图片缩小为8×8的64像素正方形图片：
Figure FDA0002730152750000011
其中Dw＝8，Dh＝8；
Sx、Sy分别表示原图中像素点的位置横坐标和纵坐标，图片左上角坐标为(0,0)，右下角坐标为(Sw，Sh)；
Dx、Dy分别表示缩小后图中像素点的位置坐标，缩小后图片左上角坐标为(0,0)，右下角坐标为(Dw，Dh)；
步骤2，利用公式Gray(i,j)＝0.299×R(i,j)+0.587×G(i,j)+0.144×B(i,j)将64像素正方形图片灰度化处理，其中，Gray(i，j)为图片中像素点坐标为(i，j)的灰度值；
R(i，j)为图片中像素点坐标为(i，j)的RGB中的红色值；
G(i，j)为图片中像素点坐标为(i，j)的RGB中的绿色值；
B(i，j)为图片中像素点坐标为(i，j)的RGB中的蓝色值；
步骤3，计算64个像素的平均值Pavg；
步骤4，比较每个像素值Pi和平均值Pavg，如Pi≥Pavg，当前位记为1，否则记为0，从而生成64位Long型Hash值，生成的64位Hash值记为A1；
所述信息识别模块用于对采集的信息进行预处理，其中对拾音器提取的语音指令信息进行预处理，具体包括：
利用如下傅里叶变换公式处理声波形状：
Figure FDA0002730152750000021
其中，f(t)为声波函数，F(w)为f(t)的像函数，向上表示1，向下表示0，从而生成64位Long型Hash值，生成的64位Hash值记为A2；
所述数据匹配模块将预处理后的信息与本地数据库中用户信息进行匹配，确认使用者能否登入系统，具体包括：
数据匹配模块根据Hash值A，计算出海明距离HammingDistance(A，Bi)：
HammingDistance(A，Bi)＝Count(A xor Bi)，
其中xor代表异或运算，Bi为本地数据库中使用者预先录入的用户信息Hash值，如果海明距离HammingDistance(A，Bi)小于5，允许使用者进入本系统；
所述信息采集模块通过双摄像头采集人面部信息；
所述装备自检模块用于与外围消防单兵进行握手通讯，监测各个外围消防单兵装备的电量、信号强度、连接状态信息；
所述装备自检模块利用骨传导耳机把各个外围消防单兵装备状态信息和匹配人员信息播报给使用者，并通过通讯模块上报给后台指挥系统；
实施系统包括以下步骤：
步骤1，使用者佩戴上外围消防单兵装备，启动消防单兵装备与人员快速匹配系统；
步骤2，使用者根据环境因素，选择不同的外围消防单兵装备和人员匹配模式，匹配模式包括图像识别模式、指纹识别模式、语音识别模式；
如果选择了图像识别模式，信息采集模块通过摄像头进行使用者面部深度和方向信息的采集，获得图像信息；如果选择了指纹识别模式，信息采集模块通过指纹采集传感器采集使用者的指纹信息；如果选择了语音识别模式，信息采集模块通过拾音器获取使用者说出的语音指令；
步骤3，信息识别模块对采集的图像信息、指纹信息和语音指令进行预处理；
步骤4，数据匹配模块根据所识别的图像、指纹、语音指令信息与后台数据库进行匹配，生成匹配结果；
步骤5，启动设备唤醒模块，与外围消防单兵装备建立连接；
步骤6，启动装备自检模块，获取已连接外围消防单兵装备的状态信息；
步骤7，装备自检模块通过通讯模块将匹配人员信息和外围消防单兵装备状态信息上报至后台指挥系统，并播报给使用者，完成消防单兵装备与人员的匹配；
所述外围消防单兵装备具有无线通讯模块，具有无线数据传输功能。
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Denomination of invention: Individual firefighter equipment and personnel fast matching system

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