CN116824804A - 一种用于灾害救援的人员生命体征监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及消防应急救援技术领域，公开了一种用于灾害救援的人员生命体征监测方法及系统，包括：建立无线数据传输系统；基于所述无线数据传输系统，扫描预设范围内的生命体征监测手环，所述生命体征监测手环用于实时监测灾害被埋人员的生命体征参数；采集各个所述生命体征监测手环的生命体征参数数据，并根据所述生命体征参数数据建立生命体征参数的数据监测预警模型，然后根据所述数据监测预警模型对所述生命体征参数数据进行判断并发出预警信号；获取发出预警信号的各个所述生命体征监测手环的位置信息，并根据所述位置信息进行搜救。实现了灾害被埋人员生命体征测量数据的无线传输，可提前判定人员生命体征的危险状况，提前发出预警信号。
Description
技术领域
本发明涉及消防应急救援技术领域，具体涉及一种用于灾害救援的人员生命体征监测方法及系统。
背景技术
每年的自然灾害造成了大量人员和财产损伤，灾害救援现场具有如下问题：
(1)公用网络和通讯设备被破坏，灾害被埋人员的生命体征数据不能及时传输于后场平台和应急指挥中心，因此有必要建立应急通讯网络；
(2)灾害现场破坏严重，废墟杂乱无章，很难建立有线连接方式的生命体征监测数据传输系统，同时有线连接方式的应用便携性极差，因此需要建立无线的数据连接方式；
(3)目前生命体征监测设备仅能测量被埋人员的体温、心率、呼吸和脉搏等参数，并不能监测生命体征参数的动态变化规律，对于生命危险的被埋人员，并不能提前发出预警信号，供救援和指挥人员判断分析。
为解决以上难点，本发明公开了一种用于灾害救援的人员生命体征监测方法及系统，该发明可以较好的服务于救灾现场的应急指挥和灾害救援。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于灾害救援的人员生命体征监测方法及系统，用以解决以下技术问题：
如何提供一种能够更加准确的监测人员生命体征的监测方法及系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于灾害救援的人员生命体征监测方法，包括：
建立无线数据传输系统；
基于所述无线数据传输系统，扫描预设范围内的生命体征监测手环，所述生命体征监测手环用于实时监测灾害被埋人员的生命体征参数；
采集各个所述生命体征监测手环的生命体征参数数据，并根据所述生命体征参数数据建立生命体征参数的数据监测预警模型，然后根据所述数据监测预警模型对所述生命体征参数数据进行判断并发出预警信号；
获取发出预警信号的各个所述生命体征监测手环的位置信息，并根据所述位置信息进行搜救。
优选地，所述无线数据传输系统包括无线自组网终端，所述无线自组网终端包括无线自组网模块、单片机、蓝牙模组和电池，所述蓝牙模组用于接收所述生命体征参数并将所述生命体征参数传输至单片机，所述单片机接收所述生命体征参数并将所述生命体征参数传输至无线自组网模块，且所述单片机分别为所述无线自组网模块和蓝牙模组供电。
优选地，根据所述生命体征参数数据建立生命体征参数的数据监测预警模型的过程为：
实时采集所述生命体征参数数据，并实时拟合所述生命体征参数数据，所述数据的拟合公式为：
y＝a0+a1·x1+a2·x2+a3·x3
对所述拟合公式求二阶导数，得到所述生命体征参数的变化率曲线：
其中，x为生命体征参数的测量时间，y为对应的生命体征参数，a0、a1、a2和a3为拟合参数。
优选地，根据所述数据监测预警模型对所述生命体征参数数据进行判断并发出预警信号的过程为：
当测量参数的变化率时，报警时间为t1＝(tf-t0)/4；
当测量参数的变化率时，报警时间为t1＝(tf-t0)/2；
当测量参数的变化率时，报警时间为t1＝3(tf-t0)/4；
其中，t0为开始获取正常的所述生命体征参数值时的测量时间，tf为计算得到的所述生命体征参数值达到预设参数报警限值对应的时间。
优选地，还包括：
根据发出预警信号的生命体征监测手环，即目标手环，根据所述目标手环的位置信息获取所述目标手环边缘的各个边缘手环的位置信息；
根据各个所述边缘手环的位置信息对所述边缘手环对应的被埋人员进行救援，并通过各个所述边缘手环对所述目标手环发送特定的入射信号；
所述目标手环接收所述入射信号并对对应的边缘手环发出特定的反射信号；
获取所述边缘手环接收所述反射信号的接收时间，根据所述接收时间以及所述入射信号和反射信号的预设速度计算所述边缘手环与所述目标手环之间的距离；
根据各个所述边缘手环与所述目标手环之间的距离计算所述目标手环的重点探查区域。
优选地，根据各个所述边缘手环与所述目标手环之间的距离计算所述目标手环的重点探查区域的过程为：
以所述边缘手环为圆心，所述距离为半径建立各个所述边缘手环的救援探查区域；
将三个所述救援探查区域的重叠区域作为所述目标手环的重点探查区域进行救援。
优选地，所述生命体征参数包括体温、脉搏、呼吸和血压，所述生命体征监测手环包括：
温度传感器，用于获取被埋人员的体温；
脉搏传感器，用于获取被埋人员的脉搏；
血压监测模块，用于测量被埋人员的血压；
血氧饱和度监测模块，用于测量被埋人员的血氧值即检测被埋人员的呼吸；
信号接收和发射模块，用于接收所述边缘手环发出的入射信号并对对应的边缘手环发出反射信号。
一种用于灾害救援的人员生命体征监测系统，包括：
无线数据传输模块，用于灾害被埋人员生命体征参数数据的无线传输；
采集模块，用于采集各个生命体征监测手环的生命体征参数数据；
处理模块，用于根据所述生命体征参数数据建立生命体征参数的数据监测预警模型，然后根据所述数据监测预警模型对所述生命体征参数数据进行判断；
预警模块，用于在所述生命体征参数数据达到预设参数报警限值发出预警信号；
计算模块，用于根据边缘手环接收反射信号的接收时间以及入射信号和反射信号的预设速度计算边缘手环与目标手环之间的距离；并根据各个边缘手环与目标手环之间的距离计算目标手环的重点探查区域。
本发明的有益效果：
1.基于蜂窝自组网原理，建立无线数据传输系统，实现灾害被埋人员生命体征测量数据的无线传输；建立被埋人员生命体征参数的数据监测预警模型，可提前判定人员生命体征的危险状况，提前发出预警信号；
2.通过获取边缘手环接收反射信号的接收时间以及入射信号和反射信号的预设速度可计算边缘手环与目标手环之间的距离，以边缘手环为圆心，该距离为半径建立各个边缘手环的救援探查区域，该救援探查区域确定了该目标手环的大致范围，并综合三个救援探查区域的重叠区域作为目标手环的重点探查区域进行救援，通过该重叠区域较准确的确定了该目标手环的位置，并根据该重叠区域可计算可得出该目标手环的深度，通过重叠区域和深度可帮助救援队快速展开救援行动，对处于废墟内下层区域的发出预警信号的生命体征监测手环对应的伤员进行救治行动，提高了救援速度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的人员生命体征监测方法流程图；
图2为本发明的报警时间取值原则的理论模型图；
图3为本发明的无线自组网终端(FQ-T)连接图；
图4为本发明的无线自组网模块(FQ-B)的串口通讯电路图；
图5为本发明的无线数据传输系统实施流程图；
图6为本发明的监测系统的结构示意图；
图7为本发明的各设备的实物图：其中，(a)为3S1P电池，(b)为单片机，(c)为窄带模块，(d)为蓝牙模组，(e)为生命体征监测手环；
图8为本发明的目标手环的重点探查区域确定原理示意图；
图9为本发明的无线自组网终端(FQ-T)的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-9所示，本发明公开一种用于灾害救援的人员生命体征监测方法及系统，可用于实时监测灾害被埋人员的体温、呼吸、脉搏和血压等重要的生命体征参数，并开发监测参数限值的数据监测预警模型，及时向后场平台或指挥中心发出预警信号。
一种用于灾害救援的人员生命体征监测方法，包括：
建立无线数据传输系统；
基于无线数据传输系统，扫描预设范围内的生命体征监测手环，生命体征监测手环用于实时监测灾害被埋人员的生命体征参数；
采集各个生命体征监测手环的生命体征参数数据，并根据生命体征参数数据建立生命体征参数的数据监测预警模型，然后根据数据监测预警模型对生命体征参数数据进行判断并发出预警信号；
获取发出预警信号的各个生命体征监测手环的位置信息，并根据位置信息进行搜救。
无线数据传输系统包括无线自组网终端，无线自组网终端包括无线自组网模块、单片机、蓝牙模组和电池，蓝牙模组用于接收生命体征参数并将生命体征参数传输至单片机，单片机接收生命体征参数并将生命体征参数传输至无线自组网模块，且单片机分别为无线自组网模块和蓝牙模组供电。
基于蜂窝自组网原理，建立无线数据传输系统，实现灾害被埋人员生命体征设备测量数据的无线传输，如图3所示，该无线数据传输系统包括无线自组网终端(FQ-T)，无线自组网终端(FQ-T)包括无线自组网模块(FQ-B)、单片机、蓝牙模组和电池。单片机负责蓝牙模组、无线自组网模块(FQ-B)、上位机之间的数据转发，同时为蓝牙模组、无线自组网模块(FQ-B)进行供电。蓝牙模组负责接收和发送手环的数据，FQ-B作为主链路连接各传感器、模块和控制端。整机采用防水防尘设计，满足IP67防护等级。
无线自组网模块(FQ-B)的电源设计为DC9～48V宽电压输入，以满足多种场景的使用。电源输出为12V、5V、3.3V，可以为自组网、蓝牙模组、定位等多个模块提供供电。电源接口采用防浪涌、防插反设计，保证模块的可靠性。无线自组网终端内置3串1并18650电池，电池容量3400mAh。
无线自组网模块(FQ-B)设有通信网口，通信速率为100Mbps，网口采用防静电设计，满足电磁兼容性要求。网口主要用于外接电脑等上位机设备。模块同时设有通信串口三个(TTL*2、RS232)，波特率为115200。串口主要用于对接自组网、蓝牙模组和上位机等，用于参数设置和数据传输，如图4所示。
无线自组网终端(FQ-T)可实现双向的数据转发。生命体征监测手环的传感器和模块通过TTL将数据发送给无线自组网模块(FQ-B)，数据将通过自组网方式转发至附近的节点。PC端可通过RS232接口接收所有生命体征监测手环的传感器的数据，并通过帧头来区分不同的设备类型和设备编号。
该无线自组网模块集成设计，结构精巧，外形尺寸较小化。结构内部可集成供电电池、单片机、窄带模块和蓝牙模组，该结构具有防摔、抗震、防水和携带方便等优点，非常适用于应急灾害救援现场。同时结构表面反光，可及时发现于杂乱无章的灾害现场。
根据生命体征参数数据建立生命体征参数的数据监测预警模型的过程为：
实时采集生命体征参数数据，并实时拟合生命体征参数数据，数据的拟合公式为：
y＝a0+a1·x1+a2·x2+a3·x3
对拟合公式求二阶导数，得到生命体征参数的变化率曲线：
其中，x为生命体征参数的测量时间，y为对应的生命体征参数，a0、a1、a2和a3为拟合参数。
根据数据监测预警模型对生命体征参数数据进行判断并发出预警信号的过程为：
当测量参数的变化率时，报警时间为t1＝(tf-t0)/4；
当测量参数的变化率时，报警时间为t1＝(tf-t0)/2；
当测量参数的变化率时，报警时间为t1＝3(tf-t0)/4；
其中，t0为开始获取正常的生命体征参数值时的测量时间，tf为计算得到的生命体征参数值达到预设参数报警限值对应的时间。
报警时间的取值原则如图2所示，以体温监测参数为例，以体温的正常高值T0为起点，获取T0值对应的测量时间t0，查文献获取体温的极限高值Tf。实时显示得到的体温数据，并实时拟合监测数据结果，数据的拟合公式如公式(1)所示：
y＝a0+a1·x1+a2·x2+a3·x3 (1)
式中x为体温参数的测量时间，y为体温参数，a0、a1、a2和a3为拟合参数。由公式(1)计算得到体温极限高值Tf对应的时间tf。基于此，对公式(1)求二阶导数，进而得到体温参数的变化率曲线，如公式(2)所示：
体温参数报警限值的取值包括三种情况，如下所述：
(1)当测量参数的变化率时，报警时间为t1＝(tf-t0)/4；
(2)当测量参数的变化率时，报警时间为t1＝(tf-t0)/2；
(3)当测量参数的变化率时，报警时间为t1＝3(tf-t0)/4；
当各生命体征监测手环监测的生命体征参数数据达到报警限值时，发出具有提示信息的报警指令。
系统平台的结构图如图6所示，对于两个不同的区域，以FQ-T为中心的30m范围内，生命体征监测手环可以任意布置，两个区域至后场平台之间的距离大于800m，但两个区域之间的距离不作要求。所有设备测量得到的数据全部汇集至FQ-T，并有线传输(网口或串口)至后场平台。
如图5所示，无线数据传输系统的部分实施方式如下：
(1)在S01中，3S1P电池首先为单片机供电；
(2)在S02中，单片机发出指令信号，控制蓝牙模组工作；
(3)在S03中，蓝牙模组启动无线自动数据扫描程序，扫描30米范围内的生命体征监测手环和生命体征参数，包括手环的IP地址和设备测量得到的体温、脉搏、呼吸和血压等参数；
(4)在S04中，依据蓝牙模组的指令，生命体征监测手环测量被救人员的体温、脉搏、呼吸和血压等参数；
(5)在S05中，蓝牙模组将S04中的4项生命体征参数发送至FQ-B窄带模块，窄带模块将测量数据以接力的方式无线传输至后场平台或指挥中心；
(6)在S06中，后场平台和指挥中心汇集各生命体征监测手环的生命体征参数的测量数据，结合监测参数限值的数据监测预警模型，及时监控被埋人员的生命体征状况，合理安排伤员的救援流程，最大限度保障伤员的生命安全。
该方法还包括：
根据发出预警信号的生命体征监测手环，即目标手环，根据目标手环的位置信息获取目标手环边缘的各个边缘手环的位置信息；
根据各个边缘手环的位置信息对边缘手环对应的被埋人员进行救援，并通过各个边缘手环对目标手环发送特定的入射信号；
目标手环接收入射信号并对对应的边缘手环发出特定的反射信号；
获取边缘手环接收反射信号的接收时间，根据接收时间以及入射信号和反射信号的预设速度计算边缘手环与目标手环之间的距离；
根据各个边缘手环与目标手环之间的距离计算目标手环的重点探查区域。
根据各个边缘手环与目标手环之间的距离计算目标手环的重点探查区域的过程为：
以边缘手环为圆心，距离为半径建立各个边缘手环的救援探查区域；
将三个救援探查区域的重叠区域作为目标手环的重点探查区域进行救援。
通过上述技术方案，当接收到生命体征监测手环发出的预警信号时，根据生命体征监测手环的IP地址可得出被埋人员的大致位置，当被埋人员处于废墟表面或废墟内上层区域时，很快就能对被埋人员展开救援；
但当被埋人员处于废墟内下层区域时，即被埋的比较深时，被埋人员的位置不好确定，此时，根据该发出预警信号的生命体征监测手环的位置信息获取该目标手环边缘的各个边缘手环的位置信息，即根据各个边缘手环的位置信息对边缘手环对应的被埋人员进行救援，然后再通过各个边缘手环对该目标手环发送特定的入射信号，该特定的入射信号只能被对该目标手环接收，同时该目标手环接收该特定的入射信号后对对应的边缘手环发出特定的反射信号，该特定的反射信号也只能被对对应的边缘手环接收，然后获取边缘手环接收反射信号的接收时间，根据接收时间以及入射信号和反射信号的预设速度可计算边缘手环与目标手环之间的距离，其中，该预设速度为设定的已知速度；
然后，以边缘手环为圆心，距离为半径建立各个边缘手环的救援探查区域，如图8所示的R1、R2和R3，获得的救援探查区域为一个圆球，该救援探查区域确定了该目标手环的大致范围，综合三个救援探查区域的重叠区域作为目标手环的重点探查区域进行救援，通过该重叠区域较准确的确定了该目标手环的位置，并根据该重叠区域可计算可得出该目标手环的深度，通过重叠区域和深度可帮助救援队快速展开救援行动，对处于废墟内下层区域的发出预警信号的生命体征监测手环对应的伤员进行救治行动，提高了救援速度。
需要说明的是，该特定的入射信号和反射信号的传输方式并不作任何特殊，任何能够进行的传输的方式均可；计算该目标手环的深度的具体方法并不作任何特殊，任何能够进行的计算方式均可。
生命体征参数包括体温、脉搏、呼吸和血压，生命体征监测手环包括：
温度传感器，用于获取被埋人员的体温；
脉搏传感器，用于获取被埋人员的脉搏；
血压监测模块，用于测量被埋人员的血压；
血氧饱和度监测模块，用于测量被埋人员的血氧值即检测被埋人员的呼吸；
信号接收和发射模块，用于接收边缘手环发出的入射信号并对对应的边缘手环发出反射信号。
一种用于灾害救援的人员生命体征监测系统，包括：
无线数据传输模块，用于灾害被埋人员生命体征参数数据的无线传输；
采集模块，用于采集各个生命体征监测手环的生命体征参数数据；
处理模块，用于根据生命体征参数数据建立生命体征参数的数据监测预警模型，然后根据数据监测预警模型对生命体征参数数据进行判断；
预警模块，用于在生命体征参数数据达到预设参数报警限值发出预警信号；
计算模块，用于根据边缘手环接收反射信号的接收时间以及入射信号和反射信号的预设速度计算边缘手环与目标手环之间的距离；并根据各个边缘手环与目标手环之间的距离计算目标手环的重点探查区域。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种用于灾害救援的人员生命体征监测方法，其特征在于，包括：
建立无线数据传输系统；
基于所述无线数据传输系统，扫描预设范围内的生命体征监测手环，所述生命体征监测手环用于实时监测灾害被埋人员的生命体征参数；
采集各个所述生命体征监测手环的生命体征参数数据，并根据所述生命体征参数数据建立生命体征参数的数据监测预警模型，然后根据所述数据监测预警模型对所述生命体征参数数据进行判断并发出预警信号；
获取发出预警信号的各个所述生命体征监测手环的位置信息，并根据所述位置信息进行搜救。
2.根据权利要求1所述的用于灾害救援的人员生命体征监测方法，其特征在于，所述无线数据传输系统包括无线自组网终端，所述无线自组网终端包括无线自组网模块、单片机、蓝牙模组和电池，所述蓝牙模组用于接收所述生命体征参数并将所述生命体征参数传输至单片机，所述单片机接收所述生命体征参数并将所述生命体征参数传输至无线自组网模块，且所述单片机分别为所述无线自组网模块和蓝牙模组供电。
3.根据权利要求1所述的用于灾害救援的人员生命体征监测方法，其特征在于，根据所述生命体征参数数据建立生命体征参数的数据监测预警模型的过程为：
实时采集所述生命体征参数数据，并实时拟合所述生命体征参数数据，所述数据的拟合公式为：
y＝a0+a1·x1+a2·x2+a3·x3
对所述拟合公式求二阶导数，得到所述生命体征参数的变化率曲线：
其中，x为生命体征参数的测量时间，y为对应的生命体征参数，a0、a1、a2和a3为拟合参数。
4.根据权利要求3所述的用于灾害救援的人员生命体征监测方法，其特征在于，根据所述数据监测预警模型对所述生命体征参数数据进行判断并发出预警信号的过程为：
当测量参数的变化率时，报警时间为t1＝(tf-t0)/4；
当测量参数的变化率时，报警时间为t1＝(tf-t0)/2；
当测量参数的变化率时，报警时间为t1＝3(tf-t0)/4；
其中，t0为开始获取正常的所述生命体征参数值时的测量时间，tf为计算得到的所述生命体征参数值达到预设参数报警限值对应的时间。
5.根据权利要求1所述的用于灾害救援的人员生命体征监测方法，其特征在于，还包括：
根据发出预警信号的生命体征监测手环，即目标手环，根据所述目标手环的位置信息获取所述目标手环边缘的各个边缘手环的位置信息；
根据各个所述边缘手环的位置信息对所述边缘手环对应的被埋人员进行救援，并通过各个所述边缘手环对所述目标手环发送特定的入射信号；
所述目标手环接收所述入射信号并对对应的边缘手环发出特定的反射信号；
获取所述边缘手环接收所述反射信号的接收时间，根据所述接收时间以及所述入射信号和反射信号的预设速度计算所述边缘手环与所述目标手环之间的距离；
根据各个所述边缘手环与所述目标手环之间的距离计算所述目标手环的重点探查区域。
6.根据权利要求5所述的用于灾害救援的人员生命体征监测方法及系统，其特征在于，根据各个所述边缘手环与所述目标手环之间的距离计算所述目标手环的重点探查区域的过程为：
以所述边缘手环为圆心，所述距离为半径建立各个所述边缘手环的救援探查区域；
将三个所述救援探查区域的重叠区域作为所述目标手环的重点探查区域进行救援。
7.根据权利要求6所述的用于灾害救援的人员生命体征监测方法，其特征在于，所述生命体征参数包括体温、脉搏、呼吸和血压，所述生命体征监测手环包括：
温度传感器，用于获取被埋人员的体温；
脉搏传感器，用于获取被埋人员的脉搏；
血压监测模块，用于测量被埋人员的血压；
血氧饱和度监测模块，用于测量被埋人员的血氧值即检测被埋人员的呼吸；
信号接收和发射模块，用于接收所述边缘手环发出的入射信号并对对应的边缘手环发出反射信号。
8.一种用于灾害救援的人员生命体征监测系统，其特征在于，包括：
无线数据传输模块，用于灾害被埋人员生命体征参数数据的无线传输；
采集模块，用于采集各个生命体征监测手环的生命体征参数数据；
处理模块，用于根据所述生命体征参数数据建立生命体征参数的数据监测预警模型，然后根据所述数据监测预警模型对所述生命体征参数数据进行判断；
预警模块，用于在所述生命体征参数数据达到预设参数报警限值发出预警信号；
计算模块，用于根据边缘手环接收反射信号的接收时间以及入射信号和反射信号的预设速度计算边缘手环与目标手环之间的距离；并根据各个边缘手环与目标手环之间的距离计算目标手环的重点探查区域。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117457204A (zh) * | 2023-10-31 | 2024-01-26 | 国网山东省电力公司应急管理中心 | 一种在应急态下用于监测应急抢修救援队伍健康状态的方法、系统和存储介质 |
| CN117457204B (zh) * | 2023-10-31 | 2024-10-29 | 国网山东省电力公司应急管理中心 | 一种在应急态下用于监测应急抢修救援队伍健康状态的方法、系统和存储介质 |
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2023
- 2023-06-28 CN CN202310778941.7A patent/CN116824804A/zh active Pending
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