CN114205385A - 多功能安全监控系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多功能安全监控系统及其工作方法，监控系统包括位于近端的多功能便携设备以及位于远端的现场指挥中心和云端服务器，所述的多功能便携设备设置有传感器探头、视频采集摄像头、语音对讲按键、声光报警器、一键呼救装置，多功能便携设备内部包括cpu以及内置电池、感应开关、自组网通信模块、远程通信模块、短距离通信模块、无线信标模块、卫星定位模块、各种传感器模块。本发明具有实时数据采集、主动报警、实时定位的功能，适用于应急救援、矿井作业现场安全监控，特别适用于消防，根据需要可以将其中的多功能便携设备佩戴在使用者身上或者加装到需要使用的防护服上。
Description
技术领域
本发明涉及应急救援领域，具体是一种多功能安全监控系统及其工作方法。
背景技术
消防服是保护活跃在消防第一线的消防队员人身安全的重要装备品之一，它不仅是火灾救助现场不可或缺的必备品，也是保护消防队员身体免受伤害的防火用具。因此，适应火灾现场救助活动的消防服就显得尤为重要。
随着城市构造的变化、建筑物的高层、深层以及大规模化、高度情报化社会的发展、惊人的技术革新的出现，火灾的发生原因也一度呈复杂多样化的趋势。在这种复杂的局面下，作为消防用个人装备品的消防服采用高科技技术来协助火灾救援更好地保护消防员的生命安全已成为必然。
由于火灾救援现场外部指挥人员无法准确和快速把握火场内消防员的真实状态，很可能对火灾现场真实情况判断错误，加上对火灾现场环境潜在危险因素不易观察，实施协调救援任务时难免具有一定的误导性。特别是指挥人员无法实时掌握火场内火灾的实际情形和消防员救援进度，从而错失及时调整救援行动部署的机会，以致火灾意外事故给消防员带来沉重的伤害。
消防服是消防员在火灾救援时的必备设备，随着电子信息科学的快速发展，电子信息科学技术在各个领域都发挥着越来越重要的作用。而将电子信息技术应用到我们的消防服中，从而提高消防员的作业效率，增强对火场环境的控制以及保护消防员的生命安全都有重要的意义。因此，智慧消防服正是为了应对这种需求而出现的。
目前消防员使用当地消防服主要功能是防火、隔热、防水透气、抗撕扯等。因此一般消防服由表面层、防水透气层、阻燃隔热层和舒适层四层构成。
公开号为CN112471634A的中国专利提供了“一种能识别身份信息的消防服”。本发明通过防服本体、上衣、下衣、收纳袋、芯片外壳、控制器、定位模块、存储模块、通讯模块、监控模块和供电模块的配合使用，具备识别身份信息和定位的优点，解决了现有的智能消防服不具备识别身份信息和定位的功能。
公开号为CN212160881U的中国专利提供了一种“智能消防服装置”。本实用新型实现在无需使用手持式设备的情况下实现数据通信、视频传输和语音通话的功能，便于消防员作业和后台管理指挥。
公开号为CN208283748U的中国专利提供了“一种智能消防服系统”。本实用新型专利通过获取消防服的心跳、脉搏等生物信息来获取消防员的安全信息，及时调整指挥策略，保证消防员安全；通过消防服上的通信单元与指挥系统的通信可以快速的将指挥命令下达，提高指挥效率，而且可以通过指挥系统的下达命令来及时指挥各消防员的营救任务。
公开号为CN101791457A的中国专利提供了一种“智能消防服装”。相对于传统的在消防服，在服装内部嵌入了电子功能模块，能够实现免提通话、GPS定位，进而提升消防员作业效率，保障消防员的生命安全。
公开号为CN212789479U的中国专利提供了“一种智能消防服装”。本专利所述消防服主体内嵌设有免提通话模块、GPS定位模块、环境监测模块、生理监测模块、通信模块和单片机。通过环境监测模块、生理监测模块、免提通话模块和GPS定位模块的设置，能够实现实时消防现场环境信息和消防人员生理信息的实时获取，能够免提通话、实时定位，进而提升消防员作业效率，保障消防员的生命安全。
现有技术存在的问题和缺点如下：
目前消防员使用的消防服不具备现场环境实时感知、消防员生命特征实时监测、险情报警、火灾方位判断、一键呼救以及数据通信的能力。
1、公开号为CN112471634A的中国专利提供了“一种能识别身份信息的消防服”，仅提供识别身份信息和定位的功能。
2、公开号为CN212160881U的中国专利提供了一种“智能消防服装置”，仅实现数据通信、视频传输和语音通话的功能。
3、公开号为CN208283748U的中国专利提供了“一种智能消防服系统”，仅获取消防员的心跳、脉搏等信息来调整指挥策略。
4、公开号为CN101791457A 的中国专利提供了一种“智能消防服装”，仅能够实现免提通话、GPS定位功能。
5、公开号为CN212789479U的中国专利提供了“一种智能消防服装”，本专利综合了上诉几个专利的功能，提供免提通话、GPS定位、环境监测、生理监测、通信等功能。然而该专利只对温度、烟雾和毒气现场的环境信息进行监测，对可燃气体这个会重要的环境因素没有进行监测；消防人员的生理健康状况也仅对心率进行监测，对于消防员长时间跌倒可能出于危险之中的状态没有进行监测；同时该发明也没有涉及在监测到危险情况是向消防员提示报警的功能；该发明使用WIFI进行通信，WIFI在通信距离上受到限制，而且容易受干扰，对于遮挡物的穿透力比较弱，在火灾救援的复杂情况下不太适合；该发明也不具备消防员在遇到极端危险的情况下进行一键呼救的功能。该发明的GPS定位在室内没有卫星信号覆盖的环境下起不到对消防员定位的作用。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种多功能安全监控系统及其工作方法，具有实时数据采集、主动报警、实时定位的功能，适用于应急救援、矿井作业等工业防护服，特别适用于消防服，根据需要可以将其中的多功能便携设备佩戴在使用者身上或者加装到需要使用的防护服上。
本发明包括位于近端的多功能便携设备以及位于远端的现场指挥中心和云端服务器，所述的多功能便携设备设置有若干传感器探头、视频采集摄像头、语音对讲按键、声光报警器、一键呼救装置、心率血氧传感器，多功能便携设备内部包括cpu以及内置电池、感应开关、自组网通信模块、远程通信模块、短距离通信模块、无线信标模块、卫星定位模块、环境传感器，其中，自组网通信模块通过窄带或宽带无线自组网实现与现场指挥中心进行数据通信；远程通信模块通过4G/5G模块或者卫星通信进行远程通信与云端服务器进行数据通信；短距离通信模块通过蓝牙或WIFI或Zigbee实现多功能便携设备与心率血氧传感器之间的通信。
进一步改进，所述的多功能便携设备包括多个独立子设备，各个独立子设备之间通过无线通信进行数据交互。
进一步改进，所述的环境传感器包括温湿度环境传感器、姿态传感器、可燃气体传感器、有害气体传感器、空气质量传感器、人体感应传感器，人体感应传感器控制多功能便携设备的开启与关闭。
进一步改进，所述的多功能便携设备包括摄像头模块、语音对讲模块。
本发明还提供了一种多功能消防服的工作方法，包括实时数据采集、主动报警、实时定位；
实时数据采集：
多功能便携设备通过传感器实时采集现场环境数据同时将数据上传到现场指挥中心或云端服务器，根据设定的阈值数据进行对比，当采集数据高于设定的阈值时发出撤退警报；
多功能便携设备通过短距离通信模块实时接收其它穿戴设备的数据，并将数据上传到现场指挥中心或云端服务器；
实时定位：卫星定位模块实时定位当前位置同时通过无线信标模块发射无线信号被动定位；
主动报警：包括人工报警和自动报警；
遇到危险时，人工按下报警按钮，将个人信息、卫星定位信息和报警信息上传到现场指挥中心或云端服务器，同时持续发射求救无线信号和声光求救信号，搜救人员根据卫星定位信息和无线信标模块发射的无线信号以及声光求救信号对人员进行定位；
姿态传感器在间隔一定时间未发生姿态变化时，主动将个人信息、卫星定位信息和报警信息上传到现场指挥中心或云端服务器，同时持续发射求救无线信号和声光求救信号，搜救人员根据卫星定位信息和无线新表模块发射的无线信号以及声光求救信号对消防员进行定位。
进一步改进，所述的现场环境数据包括温湿度数据、可燃气体数据、有害气体数据、空气质量数据、人体生命特征数据、摄像头模块录制信息。
进一步改进，所述的其它穿戴设备上的装置包括扩音器、话筒、心率血氧传感器、氧气瓶上的气压传感器等。
本发明还提供了一种使用多功能安全监控系统的消防服，所述的多功能便携设备设置在消防服内部，多功能便携设备上的传感器探头、视频采集摄像头与语音对讲按键穿过消防服外层外露；所述的声光报警器、一键呼救装置与语音对讲按键设置在消防服外层与多功能便携设备相连为一体；所述的心率传感器镶嵌在消防服的内层接触消防员手腕处，消防服手腕处袖口为压紧心率传感器的松紧收缩结构，心率传感器和多功能便携设备通过无线传输连接。
消防服穿上时人体感应传感器触发，自动通电开启多功能便携设备，消防服脱下时人体感应传感器自动关闭多功能便携设备。
消防服镶嵌的电子设备，包括多功能便携设备、心率传感器，也可以将多功能便携设备分解成更多模块来实现同样的功能。总体重量在1000克以下；电子设备采用低功耗，电池容量大，能够满足6小时以上；消防服电子设备在消防服报废后可以重复利用，电子设备满足IP66防护等级要求；考虑到现场的温度可能比较高，设计时采用防爆电池。
本发明有益效果在于：
1、该发明实时采集现场环境信息包括温度、可燃气体、有害气体、空气质量数据，并根据设定的门限报警提示使用者撤离，以保障使用者的生命安全；
2、该发明对使用者的生命特征进行监测，并根据设定的门限报警以便采取相应措施保护使用者；
3、该发明对使用者发生意外没有运动迹象进行监测并上报以便对消防进行施救；
4、该发明具有在使用者在遇到极端危险的情况下进行一键呼救的功能；
5、该发明带有无线信标的功能，当使用者发生意外后，该信标发射信号，供搜救时对使用者进行定位。
6、该发明具有视频采集与语音对讲功能，视频采集可以本地保存或实时上传到指挥中心。
7、该发明多功能便携设备可以与其它穿戴设备如消防头盔内的扩音器和话筒通过蓝牙收发语音。也可与使用者身上的其它消防设备如氧气瓶上的传感器等通过短距离通信如蓝牙、WIFI、Zigbee等接收数据。
8、该发明使用无线自组网、4G/5G或卫星通信来确保数据通信的可靠；
9、该发明镶嵌的电子设备体积小、重量轻、耗电小、方便充电，防爆本安，适合使用者现场使用。
10、该发明不局限于消防服，其中的多功能便携设备可以同样适用于应急救援、矿井作业等其它工业防护服，根据需要可以将多功能便携设备佩戴在使用者身上或者加装到需要使用的防护服上。
附图说明
图1为本发明信号连接示意图。
图2为多功能便携设备内部结构示意图。
图3为短距离通信示意图。
图4为远程信号传输示意图。
图5为无线自组网示意图。
图6为使用多功能安全监控系统的消防服示意图。
图7为用多功能安全监控系统的消防服采用主从机结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明结构如图1和图2所示，包括位于近端的多功能便携设备1以及位于远端的现场指挥中心和云端服务器，所述的多功能便携设备1设置有多个传感器、视频采集摄像头2、语音对讲按键4、声光报警器5、一键呼救装置3、心率血氧传感器6，多功能便携设备内部包括cpu以及内置电池、感应开关、自组网通信模块、远程通信模块、短距离通信模块、无线信标模块、卫星定位模块、环境传感器，其中，自组网通信模块如图5所示，通过窄带或宽带无线自组网实现与现场指挥中心进行数据通信；远程通信模块如图4所示，通过4G/5G模块或者卫星通信进行远程通信与云端服务器进行数据通信；短距离通信模块如图3所示，通过蓝牙或WIFI或Zigbee实现多功能便携设备与心率血氧传感器之间的通信。
多功能便携设备如图2所示，由以下部分组成：
1.自组网通信模块：通过窄带或宽带无线自组网实现与现场指挥中心进行数据通信；
2.远程通信模块：通过4G/5G模块或卫星通信模块进行远程通信与云端服务器进行数据通信；
3.短距离通信模块:蓝牙、WIFI或Zigbee实现多功能便携设备与心跳血氧传感器之间的通信;
4.声光报警和一键呼救模块：由喇叭、闪灯与呼救键组成；
5.无线信标模块：遇事故后搜救消防员定位；
6.卫星定位模块：在有卫星定位信号的情况下对消防员进行定位；
7.视频多功能处理模块；
8.语音对讲模块；
9.感应开关模块；
10. 跌倒传感器：探测消防员长时间无运动迹象；
11. 温湿度传感器；
12. 可燃气体传感器：探测可燃气体，防止爆炸；
13. 有害气体传感器：探测有害气体，防止人体中毒；
14. 空气质量传感器。
所述的多功能便携设备设置有人体感应传感器，人体感应传感器控制多功能便携设备的开启与关闭。
本发明还提供了一种多功能消防服的工作方法，包括实时数据采集、主动报警、实时定位；
实时数据采集：
多功能便携设备通过传感器实时采集现场环境数据同时将数据上传到现场指挥中心或云端服务器，根据设定的阈值数据进行对比，当采集数据高于设定的阈值时发出撤退警报；
多功能便携设备通过短距离通信模块实时接收其它穿戴设备的数据，并将数据上传到现场指挥中心或云端服务器；
实时定位：卫星定位模块实时定位当前位置同时通过无线信标模块发射无线信号被动定位；
主动报警：包括人工报警和自动报警；
遇到危险时，人工按下报警按钮，将个人信息、卫星定位信息和报警信息上传到现场指挥中心或云端服务器，同时持续发射求救无线信号和声光求救信号，搜救人员根据卫星定位信息和无线信标模块发射的无线信号以及声光求救信号对人员进行定位；
姿态传感器在间隔一定时间未发生姿态变化时，主动将个人信息、卫星定位信息和报警信息上传到现场指挥中心或云端服务器，同时持续发射求救无线信号和声光求救信号，搜救人员根据卫星定位信息和无线新表模块发射的无线信号以及声光求救信号对消防员进行定位。
进一步改进，所述的现场环境数据包括温湿度数据、可燃气体数据、有害气体数据、空气质量数据、人体生命特征数据、摄像头模块录制信息。
进一步改进，所述的其它穿戴设备上的装置包括扩音器、话筒、心率血氧传感器、氧气瓶上的气压传感器。
本发明还提供了一种使用多功能安全监控系统的消防服，如图6所示，所述的多功能便携设备设置在消防服内部，多功能便携设备上的传感器探头、视频采集摄像头与语音对讲按键穿过消防服外层7外露；所述的声光报警器、一键呼救装置与语音对讲按键设置在消防服外层与多功能便携设备相连为一体；所述的心率传感器镶嵌在消防服的内层接触消防员手腕处，消防服手腕处袖口为压紧心率传感器的松紧收缩结构，心率传感器和多功能便携设备通过无线传输连接。
消防服穿上时人体感应传感器触发，自动开启各多功能便携设备，消防服脱下时人体感应传感器自动关闭多功能便携设备。
消防服镶嵌的多功能便携设备，可以分解成如图7所示主机和从机8模式，也可以将主机从机分解成更多模块来实现同样的功能。总体重量在1000克以下；电子设备采用低功耗，电池容量大，能够满足6小时以上；消防服电子设备在消防服报废后可以重复利用，电子设备满足IP66防护等级要求；考虑到现场的温度可能比较高，设计时采用防爆电池。
应用场景：
我们需要设计一套智慧消防服，把各个传感器穿戴在衣服上，通过传感器对环境的条件进行监测，然后再通过多功能便携设备将信息集中上传到监控指挥中心。
方案设计
1）考虑到设备穿戴在衣服上，设计时传感器尽量要轻。
2）考虑到火灾或其它救援现场无法使用外部电源供电，所以只能使用电池供电，并且要求模块尽量低功耗，电池容量大，能够满足6小时以上。
3）使用人员与多功能便携设备的绑定通过指挥中心进行点名的方式来实现。
4）考虑到衣服可能会坏，但是设备还需要继续使用，所以多功能便携设备以及心率采集器相互独立，并且可以进行重新设置配对。
5）考虑到现场的恶劣环境，传感器至少要满足IP66防护等级，通过空气过滤器对传感器进行保护，核心的硬件电路要进行胶装。
6）考虑到现场的温度可能比较高，设备达到防爆本安要求。
7）通信机制：
本地通信：本地通过窄带或宽带无线自组网实现近距离数据通讯，在现场指挥中心监控主机侧安装一台无线自组网网关；在每个多功能便携设备上集成一块无线自组网低功耗自组网模块。
远程通信：本地无线自组网模块优先通信，当本地通信超时后再打开4G/5G模块或者卫星通信模块，进行远程通信，数据通过云端服务器转发后再传输给监控主机。
8）低功耗机制：为了降低多功能便携设备的功耗，延长运行时间，在本地无线自组网网络正常的情况下，将4G/5G/卫星通信模块断电。
9）多功能便携设备具有根据温度可以智能判别火灾方向并给出相应提示的功能。
10）多功能便携设备具有一键主动（SOS）/被动求救（跌倒自动报警，心率异常自动报警）功能。
11多功能便携设备具有声光报警功能（可以播放哪种类型的危险源）。
12该发明带有无线信标的功能，当消防员发生意外后，该信标发射信号，供搜救时对消防员进行定位。
13该发明具有视频采集与语音对讲功能，采集的视频可以本地保存也可以实时上传到指挥中心。
14多功能便携设备也可以与其它穿戴设备包括消防头盔内的扩音器或话筒以及消防员身上的消防设备如氧气瓶上的传感器等通过短距离通信如蓝牙、WIFI、Zigbee等收发数据。
本发明具体应用途径很多，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，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种多功能安全监控系统，其特征在于：包括位于近端的多功能便携设备以及位于远端的现场指挥中心和云端服务器，所述的多功能便携设备设置有传感器探头、视频采集摄像头、语音对讲按键、声光报警器、一键呼救装置，多功能便携设备内部包括cpu以及内置电池、感应开关、自组网通信模块、远程通信模块、短距离通信模块、无线信标模块、卫星定位模块、传感器，其中，自组网通信模块通过窄带或宽带无线自组网实现与现场指挥中心进行数据通信；远程通信模块通过4G/5G模块或者卫星通信进行远程通信与云端服务器进行数据通信；短距离通信模块通过蓝牙或WIFI或Zigbee实现多功能便携设备与心率血氧传感器之间的通信。
2.根据权利要求1所述的多功能安全监控系统，其特征在于：所述的多功能便携设备包括多个独立子设备，各个独立子设备之间通过无线通信进行数据交互。
3.根据权利要求1所述的多功能安全监控系统，其特征在于：所述的传感器包括温湿度环境传感器、姿态传感器、可燃气体传感器、有害气体传感器、空气质量传感器、人体感应传感器。
4.根据权利要求1所述的多功能安全监控系统，其特征在于：所述的多功能便携设备包括摄像头模块、语音对讲模块。
5.一种多功能安全监控系统的工作方法，其特征在于：包括实时数据采集、主动报警、实时定位；
实时数据采集：
多功能便携设备通过传感器实时采集现场环境数据同时将数据上传到现场指挥中心或云端服务器，根据设定的阈值数据进行对比，当采集数据高于设定的阈值时发出撤退警报；
多功能便携设备通过短距离通信模块实时接收其它穿戴设备的数据，并将数据上传到现场指挥中心或云端服务器；
实时定位：卫星定位模块实时定位当前位置同时通过无线信标模块发射无线信号被动定位；
主动报警：包括人工报警和自动报警；
遇到危险时，人工按下报警按钮，将个人信息、卫星定位信息和报警信息上传到现场指挥中心或云端服务器，同时持续发射求救无线信号和声光求救信号，搜救人员根据卫星定位信息和无线信标模块发射的无线信号以及声光求救信号对人员进行定位；
姿态传感器在间隔一定时间未发生姿态变化时，主动将个人信息、卫星定位信息和报警信息上传到现场指挥中心或云端服务器，同时持续发射求救无线信号和声光求救信号，搜救人员根据卫星定位信息和无线新表模块发射的无线信号以及声光求救信号对消防员进行定位。
6.根据权利要求5所述的多功能消防服的工作方法，其特征在于：所述的现场环境数据包括温湿度数据、可燃气体数据、有害气体数据、空气质量数据、人体生命特征数据、摄像头模块录制信息。
7.根据权利要求5所述的多功能消防服的工作方法，其特征在于：所述的其它穿戴设备上的装置包括扩音器、话筒、心率血氧传感器、氧气瓶上的气压传感器。
8.一种使用权利要求1所述多功能安全监控系统的消防服，其特征在于：所述的多功能便携设备设置在消防服内部，多功能便携设备上的传感器探头、视频采集摄像头与语音对讲按键穿过消防服外层外露；所述的声光报警器、一键呼救装置与语音对讲按键设置在消防服外层与多功能便携设备相连为一体；所述的心率传感器镶嵌在消防服的内层接触消防员手腕处，消防服手腕处袖口为压紧心率传感器的松紧收缩结构，心率传感器和多功能便携设备通过无线传输连接。
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