CN110226797B - 带有综合通信装置的头盔及其通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带有综合通信装置的头盔、服装及其通信方法，该带有通信装置的头盔包括：头盔主体，及置于头盔主体上的如下装置：无线视频执法仪；无线电台；脑电控制模块，它通过集成在头盔内侧的干式传感电极采集使用者前额额叶处的原始脑电信号，经过滤波、放大和分析，对原始脑电信号进行AD转换，生成脑电生理数据，并传输到无线视频执法仪，并用于进一步通过无线网络传输到后方视频指挥调度平台展示。头盔主体和无线视频执法仪以及无线电台为基础的头盔式综合通信装置，通过在此基础上增加脑电控制模块，除了传输佩戴者的脑电生理数据外，佩戴者还可以通过咬牙操作触发集成在头盔上的无线电台和无线视频执法仪的通信，解放了使用者的双手。

Description

带有综合通信装置的头盔及其通信方法

技术领域

本发明涉及带有综合通信装置的头盔，是一种广泛应用于消防、公安、军事领域的安防装备，及其通信方法。

背景技术

带有综合通信装置的头盔是广泛应用于消防、公安、军事领域的一种安防装备。它一般包含整合在头盔上的无线电台或/和无线视频执法仪。无线电台和无线视频执法仪的功能一般通过快捷实体按键或者线控装置进行触发。虽然操作简单直接，但是在一些特殊情况下，如：双手握持武器或者救援装备，双手控制犯罪分子无法进行其它操作时，上肢受伤失能时。使用者将无法通过实体按键或者线控装置触发设备使其进入通信状态，汇报当前的军情、警情以及灾情和自身的安危，并接受后方指挥和队友的支援。同时传统头盔式综合通信装置无法向后方指挥机构传送使用者的基础生理信息，也使后方的指挥难度增加。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中在双手无法操作时通过实体按键或者线控装置无法触发设备的问题，提出带有综合通信装置的头盔及其通信方法。

本发明进一步解决传统带有综合通信装置的头盔无法向后方指挥机构传送使用者的基础生理信息，使后方的指挥难度增加的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种带有综合通信装置的头盔，包括：头盔主体，及置于头盔主体上的如下装置：无线视频执法仪；无线电台；脑电控制模块，它通过集成在头盔主体内侧的干式传感电极采集使用者的前额额叶处的原始脑电信号，经过滤波、放大和分析，对原始脑电信号进行AD转换，生成脑电生理数据，并传输到无线视频执法仪，并用于进一步传输到后方视频指挥调度平台获取及展示。

在本发明的一些实施例中，还包括如下技术特征：

所述脑电控制模块对原始脑电信号进行AD转换后进一步得到下述信息中的至少一者：放松度、专注度以及8种基础脑波的频谱能量信息。

脑电控制模块上集成有蓝牙模块，脑电生理数据通过该蓝牙模块经蓝牙串口发出到无线视频执法仪运行的指挥调度移动应用程序上，应用程序接收后将数据通过无线网络发送至云端服务器，后方指挥中心的应用程序可以访问云服务器，获取这些数据并在指挥调度台上进行展示。

所述脑电控制模块对原始脑电信号进行AD转换后进一步得到由咬牙动作触发的咬牙控制信号，所述咬牙控制信号通过接口传输到无线电台，控制无线电台对讲的开关动作；或者，所述咬牙控制信号通过接口传输到无线视频执法仪，控制无线视频执法仪视频流传输的开关动作。

所述咬牙动作包括如下可明确相互区分的动作中的至少一者：单次咬牙、两次咬牙、长咬牙后松开、长咬牙不松开。

该带有综合通信装置的头盔还设置有如下装置中的至少一种：火场温度探测装置、GPS或北斗定位系统、间歇式休眠与唤醒装置、目标物体运动侦测装置、咬牙信号控制的对讲机。

本发明还包括一种带有综合通信装置的头盔的通信方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、生成脑电生理数据；S2、将上述脑电生理数据上传到无线视频执法仪上运行的移动应用；S3、无线视频执法仪运行的移动应用进一步把脑电生理数据通过云服务器传输到视频指挥调度台。

在本发明的一些实施例中，还包括如下技术特征：

所述脑电生理数据包括下述中的至少一者：放松度、专注度以及8种基础脑波的频谱能量信息。

所述脑电控制模块对原始脑电信号进行AD转换后还进一步得到咬牙控制信号，所述咬牙控制信号通过接口传输到无线电台，控制无线电台的开关动作。或者，所述咬牙控制信号通过接口传输到无线视频执法仪，控制无线视频执法仪视频流传输的开关动作。

还包括如下步骤：通过专注度和放松度两种数据判断当前佩戴者执行任务的专注程度和紧张程度，或/和通过这两组数据的有无判断佩戴者是否已经丧失生命体征。

通过德尔塔脑波的频谱能量值的高低来判断前晚的睡眠质量；或/和通过脑波频谱能量判断佩戴者情绪波动、警觉情况。

咬牙动作包括如下可明确相互区分的动作中的至少一者：单次咬牙、两次咬牙、长咬牙后松开、长咬牙不松开，并且用它们中的至少一者所得到的咬牙信号分别作为如下控制信号中的其中一者：无线电台开关信号、无线视频执法仪开关信号、报警或求助信号。

在接收不到脑电生理数据的时候，检测信号质量值，根据信号质量值判断是否为干式传感电极没有佩戴好。

本发明还提出一种带有综合通信装置的服装，包括上述的脑电控制头盔。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

本发明提出的带有综合通信装置的头盔，通过在原有的头盔的基础上增加脑电控制模块，通过移动网络将使用者的脑电生理信息与视频语音信号一起发送至后方的指挥调度台，使后方的指挥人员在了解现场情况的同时还能够监控前方人员的专注度、放松度、情绪波动情况、是否有生命危险或是否已丧失生命体征等基本大脑活动状况。这些功能的升级将能够在抢险救灾、公安处突、军事对抗中起到降低前方人员操作难度、提升后方指挥效率的重要作用。

进一步地，还能使佩戴者可以通过“咬牙”这一简单的动作来触发集成在头盔主体上的无线电台和无线视频执法仪的通信，解放了使用者的双手

附图说明

图1为本发明实施例带有综合通信装置的头盔方框示意图。

图2为本发明实施例无线电台控制信号示意图。

图3为本发明实施例4G执法仪控制信号示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示为本实施例带有综合通信装置的头盔中所设置的综合通信装置的方框示意图，采用图1所示的综合通信装置的头盔上有常规设置的无线视频执法仪和无线电台，在其增设了图1所示综合通信装置后，该头盔可通过脑电控制模块发出的咬牙信号来控制无线电台对讲的打开和关闭，并用放松度或专注度的信号来控制视频执法记录仪的工作。

图1中，脑电控制模块为本系统的控制核心。它通过集成在头盔主体内侧的干式传感电极采集使用者的前额额叶处的原始脑电信号，经过滤波、放大和分析，可检测频率0.5-100Hz、幅值20-100μV范围的生理电信号，主要分析0.5-35Hz范围的脑电信号，并能够将原始脑电信号转换为易于理解的放松度、专注度以及8种基础脑波的频谱能量等信息，生成脑电生理数据，从而对佩戴者当前的脑部生理活动状态进行实时监测。其中专注度和放松度两种数据为0-100的取值范围，数值大小分别代表专注度和放松度的高低。可通过这两组数据判断当前佩戴者执行任务的专注程度和紧张程度，因为此两组数据必须在大脑有正常生理活动时才会产生，因此还可通过两组数据的有无判断佩戴者是否已经丧失生命体征。而通过脑波频谱能量则能够分析佩戴者前晚的睡眠质量：可通过德尔塔脑波的频谱能量值的高低来判断前晚的睡眠质量如何，如果前夜睡眠质量高则受测时的德尔塔波频谱能量会低于标称值，反之则会高于标称值；通过脑波频谱能量还能够分析佩戴者情绪波动、警觉等情况。脑波数据(脑电生理数据)通过集成在脑电控制模块上的蓝牙模块经蓝牙串口发出(也可通过耳机接口等其他接口发出)，由无线视频执法仪上的指挥调度移动应用程序接收，并发送至云端服务器，并存储所接收的视频流和脑电生理数据；后方视频指挥调度平台中的软件通过4G移动网络或其他网络登陆云端服务器获取数据并在软件UI上将数据进行可视化展示。其中无线视频执法仪也的无线数据通信方式可以为3G、4G、5G、WLAN或者配备未来新通讯技术。

咬牙控制信号实际为面部相关肌肉在牙齿咬合时产生的肌肉电，因为肌肉电信号强度较高，因此也能够被干式传感电极采集到，其本质是一种有别于脑电信号的干扰信号，但是因为其信号特征明显，且不存在大的个体差异，极易被识别和过滤。因此本发明将其用于作为开关控制量被应用于电子设备的开关控制中。咬牙控制信号通过耳机接口或蓝牙模块传送到无线视频执法仪中；同时通过Micro USB接口接至无线电台，控制无线电台收发广播模拟话音信号。咬牙信号的获取方法在本实施例的最后部分进行描述。

在带有综合通信装置的头盔中，定义单次咬牙(牙齿咬合后立即松开且数秒内不再咬牙)为电台开关信号，两次咬牙或者长咬牙(连续咬牙两次，两次间隔不超过1s或者咬牙超过1s后再松开)为执法仪视频传输开关信号。当佩戴者咬牙后，脑电控制模块会先判断这是单次咬牙还是两次咬牙或长咬牙。如果是单次咬牙，则会通过有线信号经无线电台的Micro USB接口发送负脉冲的GPIO开关信号，控制无线电台打开或关闭PTT(push to talk按键对讲开关)。图2为无线电台控制信号示意图。其中的脉冲是咬牙信号所产生的脉冲，第1个脉冲将会打开无线电台的PTT信号，第2个脉冲将会关闭无线电台的PTT信号。

如果控制模块判断这是两次咬牙或者长咬牙，则通过有线耳机接口(咬牙信号也可以通过蓝牙发送)向无线视频执法仪发送两次负脉冲信号，打开视频同传。图3为无线视频执法仪控制信号示意图。左边两个脉冲将会打开执法仪的视频流传输开关，右边两个脉冲将会关闭执法仪的视频流传输开关。

在某些情况下，尤其是对于比较危险的执法或者作业环境，还可以增加一个长咬牙信号，作业人员可以用长咬牙不松开来表示“报警”或者“求助”。这样，当作业人员遇到危险的时候，如果双手不方便发出求救信号，就可以通过长咬牙来启动相关设备发出求救信号。长咬牙可以定义为比如：咬牙3秒以上不松开。当然，长咬牙的阈值也可以让操作者进行自定义，比如可以设计为5秒或者10秒等等。

实施例2

本实施例是采用上述脑电控制头盔式综合通信装置的一款头盔，头盔上有常规设置的4G无线视频执法仪和无线电台，通过脑电控制装置模块发出的咬牙信号来控制头盔电台对讲的打开和关闭，并用放松度或专注度的信号来控制视频执法记录仪的工作。具体控制方式如下：

1、当带着上述头盔的工作人员处于专注而放松的状态时，解读为警情或敌情尚未出现，但该工作人员仍处于工作状态。视频指挥调度台不做干预。

2、当带着上述头盔的工作人员处于专注而紧张的状态时，解读为警情或敌情出现，且该工作人员仍处于工作状态。视频指挥调度台加强戒备，准备随时接应。

3、当带着上述头盔的工作人员处于不专注而紧张的状态时，解读为多点出现警情或敌情，且该工作人员仍处于疲于工作状态。视频指挥调度应考虑派出支援，准备随时接应。

4、当带着上述头盔的工作人员处于不专注而且放松的状态时，解读为该工作人员仍处于疲于休息状态。视频指挥调度应考虑发出提醒(如果是本应处于工作状态)，或者不做干预或者建议工作人员暂时关机或休眠(如果是休息时段)。

实施例3

本实施例是采用实施例2中的头盔，增加判断脑电控制模块所采集到的脑电信号的质量，并根据信号的质量判断干式传感电极是否有戴好，如果没有戴好，视频指挥调度台就给予提醒。

本例中，脑电波处理单元采用的脑波芯片TGAT还可检测接触不良的异常状态，并通过信号质量值“signal”或“poor signal”来表示。其中signal是一个字节的无符号整型变量，用来描述神念科技NeuroSky的ThinkGear测得的信号质量，它的取值范围为0～200。有外界噪声干扰信号引入的时候，信号值就会大于0，采集设备就会断开。信号值越高，意味着干扰越大，当值为200的时候，表示传感器触点电极完全离开了使用者的皮肤。只有在信号值为0的条件下，才能进行放松度、专注度等信号的采集、处理和运算。

信号质量值(signal)是脑电采集设备与大脑接触稳定性以及触点周围是否存在干扰信号的具体表象。MCU单元模块接收脑波采集模块通过采集传感器触点电极采集到的脑电信号及信号质量值，当信号质量值为0时，MCU读取传感器的数据，采集到有效的512个原始脑电数据。此处“512个原始脑电数据”是指512个RAW值，1秒内采集512个RAW值。

据此，本实施例设置为：视频指挥调度平台在接收不到放松度或专注的信号的时候，就检测signal值，如果signal值不为0，则判断为信号质量比较差，干式传感电极没有带好；从而对作业者发出提醒；与此同时，通过视频指挥调度台远程发出控制信号，启动4G无线视频执法仪进行视频拍摄，并远程启动无线电台发出广播模拟话音信号。

实施例4

本实施例提出一种利用实施例3中的头盔的一种消防服。该消防服上还增加有火场温度探测装置，并将探测的温度上传到云端并进一步传到视频指挥调度台，以便后台指挥人员远程了解现场的火情。

实施例5

本实施例提出一种利用实施例3中的头盔的一种作战服。该作战服增加有GPS或北斗定位系统，以便视频指挥调度台及时了解作战人员的位置。

实施例6

本实施例是对实施例3中的头盔进行进一步的改进，使其更加适合作为一种执法记录专用头盔。该头盔上增加有间歇式休眠与唤醒装置，以便在需要长时间蹲守执法时节约电量；并且增加有目标物体运动侦测装置，当发现目标物体运动时立即自动启动视频拍摄。

实施例7

本实施例是对实施例3中的头盔进行进一步的改进，使其更加适合作为一种高空作业专用头盔。该头盔上增加有通过咬牙信号控制的对讲机，当高空作业人员需要与地面人员或另一高空作用人员进行对讲的时候，就通过咬牙控制该对讲机打开，然后开始话音对讲，讲完后再通过咬牙将其关闭。此头盔可广泛适用于建筑工地作业、高压电力电线高空作业、和蜘蛛人高楼清洁作业、高层建筑空调安装作业等工作。

以上是实施例仅是为了对本发明进行举例说明，并非对本发明的保护范围进行限制。本领域的技术人员在本发明的指引下所做出的变通实施方式均应属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种带有综合通信装置的头盔，其特征在于，包括：

头盔主体，及置于头盔主体上的如下装置：

无线视频执法仪；

无线电台；

脑电控制模块，它通过集成在头盔主体内侧的干式传感电极采集使用者的前额额叶处的原始脑电信号，经过滤波、放大和分析，对原始脑电信号进行转换，生成脑电生理数据，并传输到无线视频执法仪，并用于进一步通过无线网络传输到后方视频指挥调度平台展示；

所述脑电控制模块对原始脑电信号进行转换后得到由咬牙动作触发的咬牙控制信号，所述咬牙控制信号通过接口传输到无线电台，控制无线电台对讲的开关动作；或者，所述咬牙控制信号通过接口传输到无线视频执法仪，控制无线视频执法仪视频流传输的开关动作。

2.如权利要求1所述的带有综合通信装置的头盔，其特征在于，所述脑电控制模块对原始脑电信号进行转换后得到下述信息中的至少一者：放松度、专注度以及基础脑波的频谱能量信息。

3.如权利要求1所述的带有综合通信装置的头盔，其特征在于，脑电控制模块上集成有蓝牙模块，脑电生理数据通过该蓝牙模块经蓝牙串口发出到无线视频执法仪运行的指挥调度的移动应用程序上，所述移动应用程序接收后将所述脑电生理数据通过无线网络发送至云端服务器，后方视频指挥调度平台的应用程序可以访问云端服务器，获取所述脑电生理数据并在视频指挥调度平台上进行展示。

4.如权利要求1所述的带有综合通信装置的头盔，其特征在于，所述咬牙动作包括如下可明确相互区分的动作中的至少一者：单次咬牙、两次咬牙、长咬牙后松开、长咬牙不松开。

5.如权利要求1-4中任一项所述的带有综合通信装置的头盔，其特征在于，还设置有如下装置中的至少一种：火场温度探测装置、GPS或北斗定位系统、间歇式休眠与唤醒装置、目标物体运动侦测装置。

6.一种带有综合通信装置的服装，其特征在于，包括如权利要求1-4中任一项所述的带有综合通信装置的头盔。

7.一种带有综合通信装置的头盔或服装的通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、生成脑电生理数据；

S2、将上述脑电生理数据上传到无线视频执法仪上运行的移动应用程序；

S3、无线视频执法仪上运行的移动应用程序进一步把脑电生理数据通过云服务器传输到视频指挥调度平台；

对原始脑电信号进行转换后还得到由咬牙动作触发的咬牙控制信号，所述咬牙控制信号通过接口传输到无线电台，控制无线电台的对讲开关动作；或者，所述咬牙控制信号通过接口传输到无线视频执法仪，控制无线视频执法仪视频流传输的开关动作。

8.如权利要求7所述的带有综合通信装置的头盔或服装的通信方法，其特征在于，所述脑电生理数据包括下述中的至少一者：放松度、专注度以及基础脑波的频谱能量信息。

9.如权利要求8所述的带有综合通信装置的头盔或服装的通信方法，其特征在于，还包括如下步骤：通过专注度和放松度两种数据判断当前佩戴者执行任务的专注程度和紧张程度，或/和通过所述两种数据的有无判断佩戴者是否已经丧失生命体征。

10.如权利要求8所述的带有综合通信装置的头盔或服装的通信方法，其特征在于，还包括如下步骤：通过德尔塔脑波的频谱能量值的高低来判断前晚的睡眠质量；或/和通过脑波频谱能量判断佩戴者情绪波动、警觉情况。

11.如权利要求7所述的带有综合通信装置的头盔或服装的通信方法，其特征在于，咬牙动作包括如下可明确相互区分的动作中的至少一者：单次咬牙、两次咬牙、长咬牙后松开、长咬牙不松开，并且用所述咬牙动作中的至少一者所得到的咬牙信号分别作为如下控制信号中的其中一者：无线电台对讲开关信号、无线视频执法仪视频流传输开关信号、报警或求助信号。

12.如权利要求7所述的带有综合通信装置的头盔或服装的通信方法，其特征在于，在接收不到脑电生理数据的时候，检测信号质量值，根据信号质量值判断是否为干式传感电极没有佩戴好。

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