CN113447969A - 一种多功能应急救援定位信标及其管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能应急救援定位信标及其管理系统，属于应急救援设备技术领域；本发明的特点在于利用物联网技术提升户外活动中安全保障的创新应用及其技术实现；本发明包括多功能应急救援定位信标及管理系统两个部分；多功能应急救援定位信标及其管理系统主要由信标终端、信标网关及救援管理平台组成，信标终端在有公共网络的情况下通过公有网络与云端救援管理平台进行数据交互，在没有公共网络的情况可通过信标网关与救援管理平台进行本地局域网通信，再由本地救援平台代理传输至云端救援管理平台；信标终端、信标网关、本地救援管理平台和救援搜救终端间可实现自主网络，可扩大本地救援网络覆盖。

Description

一种多功能应急救援定位信标及其管理系统

技术领域

本发明属于应急救援设备技术领域，特别涉及一种多功能应急救援定位信标及其管理系统。

背景技术

声光报警器又叫声光警号，是为了满足客户对报警响度和安装位置的特殊要求而设置。同时发出声、光二种警报信号。专用领域：钢铁冶金、电信铁塔、起重机械、工程机械、港口码头、交通运输、风力发电、远洋船舶等行业；属于工业报警系统中的一个配件产品。目前市面上带有声光求救器主要用于“防狼器”，产品主要触发方式为使用者按键触发和插销拔出触发，设备本身不具备监测用户动态，主动触发求救信号功能，也不具备定位及远程通信功能；所以亟待开发一种多功能应急救援定位信标及其管理系统。

发明内容

(一)要解决的技术问题

1、解决户外运动中，用户在突发情况下失去意识的状态下，主动触发声光求救信号及主动向救援管理平台发送遇险求救信息；

2、解决户外救援活动中，救援人员无法及时发现和定位遇险人员；

3、解决户外运动中，运动员需要同时携带多种应急装备，例如求生哨、充电宝、GPS定位器等不便携问题；

4、解决户外运动中，无法跟踪记录人员轨迹问题。

(二)技术方案

一种多功能应急救援定位信标，所述定位信标包括以下各部分：高亮度LED灯、高分贝喇叭、第一功能按键、第二功能按键、开关按键、电源指示灯、线槽、一分多数据线、输出接口、输入接口、定位信标检测及控制电路；所述定位信标检测及控制电路包括主控芯片模块、充放电电路模块、内部电源转换电路模块、姿态检测电路模块、北斗卫星定位模块、433M无线通信模块、4G无线通信模块、电池模块、发声电路模块、发光电路模块。

作为上述方案的进一步说明，所述定位信标具体的高亮度LED灯安装于定位信标顶部；所述定位信标前侧设有高分贝喇叭及电源指示灯；所述定位信标两侧中的一侧设有三个第一功能按键、第二功能按键、开关按键，另一侧设有线槽；所述线槽用于收纳一分多数据线；所述一分多数据线尾部连接于定位信标底部；定位信标底部设有输出接口、输入接口。

作为上述方案的进一步说明，所述定位信标内部设有定位信标检测及控制电路；所述姿态检测电路模块通过IIC与主控芯片模块通讯连接；所述主控芯片模块通过PWM与发声电路模块、发光电路模块通讯连接；所述主控芯片模块通过UART分别与北斗卫星定位模块、433M无线通信模块、 4G无线通信模块通讯连接。

作为上述方案的进一步说明，所述充放电路模块与电池模块、内部电源转换电路模块相连接；所述充放电路模块与输出接口、输入接口相连接；所述主控芯片通过IO接口与第一功能按键、第二功能按键、开关按键相连接。

本发明还提出一种多功能应急救援定位信标管理系统，所述系统包括：

定位信标：由活动人员身上携带，可由活动人员手动触发求救信号或者在无意识情况下终端自动触发求救信号；

定位信标网关：主要为信标终端和救援平台提供临时通信网络和固定信标工作；

救援管理平台：包括远程救援管理平台及本地救援管理平台，远程救援管理平台承担全区域户外救援活动的调度工作；本地救援管理平台，承担本地救援和监测工作；

应急通讯基站：由公共网络营运商提供，主要为户外活动场地提供公共网络覆盖；

搜救终端：由救援人员携带，可实时接收<2公里范围内的求救信号并将求救人员的坐标显示在终端上。

作为上述方案的进一步说明，所述定位信标网关包括锂电池模块及太阳能充电模块、无线通信模块、多模卫星定位模块、高亮度指示灯、气象传感模块。

作为上述方案的进一步说明，所述太阳能充电模块用于在无电的情况下持续工作；所述无线通信模块包括433M无线通信模块及4G无线通信模块，433M无线通信模块在无公有网络的情况下，为救援平台提供本地网络；4G无线通信模块用于放大公有网络信号，并将信标终端的信息传送至云端救援平台。

作为上述方案的进一步说明，所述多模卫星定位模块用于对信标进行定位，避免信标由于特殊原因被移动；所述高亮度指示灯用于夜间提供固定的信号标识和方向指示；所述气象传感模块用于采集环境气象，实时采集周围环境气象信息，为搜救人员提供环境气象信息。

作为上述方案的进一步说明，所述救援管理平台用于远程和本地运行管理、关联终端设备和人员、现场配置对网关、通过公共网络通信信标终端及信标网关、通过433M本地网络通信信标终端、信标网关。

作为上述方案的进一步说明，所述救援管理平台具有GIS功能及可视化功能，可实时显示求救信号和信标终端移动轨距、环境气象信息、预警功能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明定位信标结构示意图；

图2为本发明定位信标电路连接示意图；

图3为本发明多功能应急救援定位管理系统通讯图；

图4为本发明定位信标电源部分电路线路图；

图5为本发明定位信标主控芯片部分电路线路图；

图6为本发明定位信标通信部分电路线路图；

图7为本发明定位信标定位部分电路线路图；

图8为本发明定位信标姿态检测部分电路线路图。

图中：高亮度LED灯(1)、高分贝喇叭(2)、第一功能按键 (3)、第二功能按键(4)、开关按键(5)、电源指示灯(6)、线槽 (7)、一分多数据线(8)、输出接口(9)、输入接口(10)。

具体实施方式

请参阅图1至图8，一种多功能应急救援定位信标，所述定位信标包括以下各部分：高亮度LED灯、高分贝喇叭、第一功能按键、第二功能按键、开关按键、电源指示灯、线槽、一分多数据线、输出接口、输入接口、定位信标检测及控制电路；所述定位信标检测及控制电路包括主控芯片模块、充放电电路模块、内部电源转换电路模块、姿态检测电路模块、北斗卫星定位模块、433M无线通信模块、4G无线通信模块、电池模块、发声电路模块、发光电路模块。

其中，所述定位信标具体的高亮度LED灯安装于定位信标顶部；所述定位信标前侧设有高分贝喇叭及电源指示灯；所述定位信标两侧中的一侧设有三个第一功能按键、第二功能按键、开关按键，另一侧设有线槽；所述线槽用于收纳一分多数据线；所述一分多数据线尾部连接于定位信标底部；定位信标底部设有输出接口、输入接口。

其中，所述定位信标内部设有定位信标检测及控制电路；所述姿态检测电路模块通过IIC与主控芯片模块通讯连接；所述主控芯片模块通过 PWM与发声电路模块、发光电路模块通讯连接；所述主控芯片模块通过 UART分别与北斗卫星定位模块、433M无线通信模块、4G无线通信模块通讯连接。

其中，所述充放电路模块与电池模块、内部电源转换电路模块相连接；所述充放电路模块与输出接口、输入接口相连接；所述主控芯片通过 IO接口与第一功能按键、第二功能按键、开关按键相连接。

一种多功能应急救援定位信标管理系统，所述系统包括：

定位信标：由活动人员身上携带，可由活动人员手动触发求救信号或者在无意识情况下终端自动触发求救信号；

定位信标网关：主要为信标终端和救援平台提供临时通信网络和固定信标工作；

救援管理平台：包括远程救援管理平台及本地救援管理平台，远程救援管理平台承担全区域户外救援活动的调度工作；本地救援管理平台，承担本地救援和监测工作；

应急通讯基站：由公共网络营运商提供，主要为户外活动场地提供公共网络覆盖；

搜救终端：由救援人员携带，可实时接收<2公里范围内的求救信号并将求救人员的坐标显示在终端上。

其中，所述定位信标网关包括锂电池模块及太阳能充电模块、无线通信模块、多模卫星定位模块、高亮度指示灯、气象传感模块。

其中，所述太阳能充电模块用于在无电的情况下持续工作；所述无线通信模块包括433M无线通信模块及4G无线通信模块，433M无线通信模块在无公有网络的情况下，为救援平台提供本地网络；4G无线通信模块用于放大公有网络信号，并将信标终端的信息传送至云端救援平台。

其中，所述多模卫星定位模块用于对信标进行定位，避免信标由于特殊原因被移动；所述高亮度指示灯用于夜间提供固定的信号标识和方向指示；所述气象传感模块用于采集环境气象，实时采集周围环境气象信息，为搜救人员提供环境气象信息。

其中，所述救援管理平台用于远程和本地运行管理、关联终端设备和人员、现场配置对网关、通过公共网络通信信标终端及信标网关、通过 433M本地网络通信信标终端、信标网关。

其中，所述救援管理平台具有GIS功能及可视化功能，可实时显示求救信号和信标终端移动轨距、环境气象信息、预警功能。

定位信标电路图具体如下：

定位信标检测及控制电路电源部分如图4所示，定位信标具体的通过充放电端口，即输出接口、输入接口对设备进行充放电，外部电源通过输出接口、输入接口和充放电电路模块对定位信标的电池模块进行充电；其中给外部充电时电池模块通过充放电电路模块，经由输出接口给外部设备进行充电；给内部供电时电池模块提供一个5-7.2V的直流电源，再经过内部电源转换电路模块转换出一个3.3V的直流电源给信标内部电路供电。

主控芯片电路如图5所示，主控电路包含主控定位信标检测及控制电路及其配套的外围电路，包含有U1主控芯片、P1嵌入式程序下载端口、 P2程序日志输出端口、Y1低频时钟晶振、Y2高频时钟晶振、R7/C6组成的芯片复位电路。

通讯部分电路如图6所示，U2为4G全网通通信模块， Q1/Q2/Q3/R5/R8/R9组成一个4G通信模块的软开关电路，可通过主控芯片对其进行开关操作；P3为433M通信模组，主要用于在433M无线频段发送信标信息。

定位部分电路如图7所示，U4为卫星定位接收模组，P4为卫星定位信号接收天线，BT1为定位系统的后备电池，主要用于热启动后提升搜星速度，其他的为基础的外围电路。

姿态检测模块电路如图8所示，P5为MPU6050姿态检测芯片，其主要提供了3轴加速度信号和3轴角速度信号，主控芯片通过查询接收信号加以计算，从而确定信标的姿态信息。

工作原理：

(1)整体工作原理；多功能应急救援定位信标及其管理系统主要由信标终端、信标网关及救援管理平台组成，信标终端在有公共网络的网络通过公有网络与平台进行数据交互，在没有公共网络的情概况可通过信标网关与救援管理平台进行本地局域网通信，再由本地救援平台代理传输至云端救援管理平台。信标终端、信标网关、本地救援管理平台和救援搜救终端间可实现自主网络，可扩大本地救援网络覆盖。

(2)定位信标主要功能；定位信标主要提供单点的信号告警功能其主要功能如下：1)锂电池充放电技术，此部分电路是对锂电池进行充电、放电的管理及对锂电池充放电提供保护，其主要作用是在户外为运动员提供应急电源及为整个应急定位信标提供电能；2)电源转换电路，此部分电路是将锂电池输出电源，转换成应急定位信标中各个模块可用的电源；3)主控芯片电路，此部分电路作为整个应急定位信标的核心，除了对电池进行监控，还提供北斗定位坐标转换、坐标记录，通信数据的收发，声光求救信号的产生等功能；4)4G无线通信电路，此部分电路主要功能是在应急定位信标和平台间建立通信通道；5)433M无线通信电路，此部分电路主要功能是将信标设备、网关基站组成本地局域网，本地信标在无4G网络的情况下，可通过局域网与本地搜救平台通信，及时发现人员信息；6)卫星定位电路，此部分电路采用多合一卫星导航定位芯片，主要对应急定位信标进行空间定位、移动监测、设备授时功能；7)姿态检测电路，此电路主要用于检测应急定位信标的姿态，配合空间定位电路在卫星信号较差的情况下，可组合惯性导航；8)求救发声电路，主要由主控芯片产生国际常用求救信号驱动高分贝喇叭，为救援人员提供一个声音方位参照；9)求救发光电路，主要由主控芯片产生国际常用求救信号驱动高亮度LED发光二极管，加上聚光透镜，在夜间为救援人员提供一个方位参照。

(3)定位信标网关主要功能；定位信标网关主要功能是为信标终端和救援平台提供一个通信桥梁；其主要功能如下：1)具有大容量锂电池及太阳能充电技术，在无电的情况下持续工作；2)具有433M无线通信技术，在无公有网络的情况下，为救援平台提供本地网络；3)具有4G无线通信技术，可放大公有网络信号，并将信标终端的信息传送至云端救援平台；4)具有多模卫星定位功能，对信标进行定位，避免信标由于特殊原因被移动；5)具有高亮度指示灯，在夜间为提供一个固定的信号标识和方向指示；6)具有环境气象采集功能，实时采集周围环境气象信息，为现场人员提供环境气象信息；

(4)搜救平台功能；平台主要对信标终端、信标网关进行远程监控管理；其主要功能如下：1)支持远程和本地运行功能；2)可现场对终端设备和人员进行关联；3)可现场对网关设备进行配置；4)可通过连接公共网络与信标终端、信标网关通信；5)可通过433M本地网络与信标终端、信标网关通信；6)具有GIS功能，可实时显示求救信号和信标终端移动轨距；7)具备环境气象信息实时显示、预警功能。

本发明的特点在于：本发明结合“山地马拉松越野赛”、“户外救援行动”等户外活动场景定制，将用于普通声光警示设备进行应用升级，通过增加物联网技术使求救定位信标更加智能。主要不同有以下几点：1、增加4G通信技术；2、增加433M短距离通信技术；3、增加多模卫星定位技术；4、增加姿态监测技术；触发方法5、增加SOS求救信号灯语和声音功能；6、改变发声模式，改变声腔结构使其更适合于户外救援；7、改变灯光透镜，从而增加灯光穿透力，让信号灯有更远传播距离；8、结合充电宝技术；9、通过嵌入式软件技术和算法技术，可以实现信标主动触发各种求救信号；

本发明利用物联网技术提升户外活动中安全保障的创新应用及其技术实现；利用物联网技术结合传统声光报警器针对“山地马拉松越野赛”

“户外救援行动”等户外活动场景设计的应急求救智能硬件。

本发明的控制方式是通过人工启动和关闭开关来控制，动力元件的接线图与电源的提供属于本领域的公知常识，并且本发明主要用来保护机械装置，所以本发明不再详细解释控制方式和接线布置。

本发明的控制方式是通过控制器来自动控制，控制器的控制电路通过本领域的技术人员简单编程即可实现，电源的提供也属于本领域的公知常识，并且本发明主要用来保护机械装置，所以本发明不再详细解释控制方式和电路连接。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种多功能应急救援定位信标，其特征在于，所述定位信标包括以下各部分：高亮度LED灯(1)、高分贝喇叭(2)、第一功能按键(3)、第二功能按键(4)、开关按键(5)、电源指示灯(6)、线槽(7)、一分多数据线(8)、输出接口(9)、输入接口(10)、定位信标检测及控制电路；所述定位信标检测及控制电路包括主控芯片模块、充放电电路模块、内部电源转换电路模块、姿态检测电路模块、北斗卫星定位模块、433M无线通信模块、4G无线通信模块、电池模块、发声电路模块、发光电路模块。

2.根据权利要求1所述的一种多功能应急救援定位信标，其特征在于：所述定位信标具体的高亮度LED灯(1)安装于定位信标顶部；所述定位信标前侧设有高分贝喇叭(2)及电源指示灯(6)；所述定位信标两侧中的一侧设有三个第一功能按键(3)、第二功能按键(4)、开关按键(5)，另一侧设有线槽(7)；所述线槽(7)用于收纳一分多数据线(8)；所述一分多数据线(8)尾部连接于定位信标底部；定位信标底部设有输出接口(9)、输入接口(10)。

3.根据权利要求1所述的一种多功能应急救援定位信标，其特征在于：所述定位信标内部设有定位信标检测及控制电路；所述姿态检测电路模块通过IIC与主控芯片模块通讯连接；所述主控芯片模块通过PWM与发声电路模块、发光电路模块通讯连接；所述主控芯片模块通过UART分别与北斗卫星定位模块、433M无线通信模块、4G无线通信模块通讯连接。

4.根据权利要求1所述的一种多功能应急救援定位信标，其特征在于：所述充放电路模块与电池模块、内部电源转换电路模块相连接；所述充放电路模块与输出接口(9)、输入接口(10)相连接；所述主控芯片通过IO接口与第一功能按键(3)、第二功能按键(4)、开关按键(5)相连接。

5.一种多功能应急救援定位信标管理系统，其特征在于，所述系统包括：

定位信标：由活动人员身上携带，可由活动人员手动触发求救信号或者在无意识情况下终端自动触发求救信号；

定位信标网关：主要为信标终端和救援平台提供临时通信网络和固定信标工作；

救援管理平台：包括远程救援管理平台及本地救援管理平台，远程救援管理平台承担全区域户外救援活动的调度工作；本地救援管理平台，承担本地救援和监测工作；

应急通讯基站：由公共网络营运商提供，主要为户外活动场地提供公共网络覆盖；

搜救终端：由救援人员携带，可实时接收<2公里范围内的求救信号并将求救人员的坐标显示在终端上。

6.根据权利要求5所述的一种多功能应急救援定位信标管理系统，其特征在于：所述定位信标网关包括锂电池模块及太阳能充电模块、无线通信模块、多模卫星定位模块、高亮度指示灯、气象传感模块。

7.根据权利要求6所述的一种多功能应急救援定位信标管理系统，其特征在于：所述太阳能充电模块用于在无电的情况下持续工作；所述无线通信模块包括433M无线通信模块及4G无线通信模块，433M无线通信模块在无公有网络的情况下，为救援平台提供本地网络；4G无线通信模块用于放大公有网络信号，并将信标终端的信息传送至云端救援平台。

8.根据权利要求6所述的一种多功能应急救援定位信标管理系统，其特征在于：所述多模卫星定位模块用于对信标进行定位，避免信标由于特殊原因被移动；所述高亮度指示灯用于夜间提供固定的信号标识和方向指示；所述气象传感模块用于采集环境气象，实时采集周围环境气象信息，为搜救人员提供环境气象信息。

9.根据权利要求5所述的一种多功能应急救援定位信标管理系统，其特征在于：所述救援管理平台用于远程和本地运行管理、关联终端设备和人员、现场配置对网关、通过公共网络通信信标终端及信标网关、通过433M本地网络通信信标终端、信标网关。

10.根据权利要求5所述的一种多功能应急救援定位信标管理系统，其特征在于：所述救援管理平台具有GIS功能及可视化功能，可实时显示求救信号和信标终端移动轨距、环境气象信息、预警功能。

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