CN116887242A - 一种基于智能穿戴设备的救援人员管理系统 - Google Patents

一种基于智能穿戴设备的救援人员管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及救援管理技术领域，具体公开了一种基于智能穿戴设备的救援人员管理系统，包括：单兵穿戴设备，包括定位模块、气瓶压力监测模块、环境参数监测模块及生命特征参数监测模块；定位模块基于智能CORS站及MEMS惯导单元实现单兵穿戴设备的空间定位信息；气瓶压力监测模块用于监测空呼机的气瓶压力；环境参数监测模块用于采集单兵穿戴设备所处位置的环境参数；生命特征参数监测模块，用于对配戴单兵穿戴设备人员的生命特征参数进行监测；集群调度中心，基于自组网基站的WIFI网络与单兵穿戴设备进行通讯，用于根据所有单兵穿戴设备获取的空间定位信息、气瓶压力、环境参数及生命特征参数进行分析，根据分析结果发送对应指令。

Description

一种基于智能穿戴设备的救援人员管理系统
技术领域
本发明涉及救援管理技术领域，具体为一种基于智能穿戴设备的救援人员管理系统。
背景技术
随着通讯技术的快速发展，在火灾救援过程中，通过MESH自组网+WI F I的非视距宽带通信技术，能够在救援过程中实现与救援人员的数据传输，通过救援人员佩戴的摄像装置，再通过影音数据的传输系统，能够实现指挥中心根据影像数据进行协同指挥的效果。
现有的救援管理系统，主要通过获取人员所处位置的影像数据，通过指挥人员根据影像数据进行判断，来对火势状况进行判断，进而向救援人员发出对应的指令，同时现有技术还会在救援人员穿戴装备上集成环境监测模块，对其所处的环境状态进行预警，进而辅助对救援人员进行管理。
然而，影响数据的判断过程存在一定的不确定性，同时，在救援人员穿戴装备上集成环境监测模块虽然能够对单个救援人员所处的环境状态进行实时判断，但无法对火势的整体变化趋势进行判断，进而在整体上其监测过程存在一定的滞后性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于智能穿戴设备的救援人员管理系统，解决以下技术问题：
如何全面的对整体火灾状态进行判断以实现对救援人员的管理过程。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于智能穿戴设备的救援人员管理系统，所述系统包括：
单兵穿戴设备，包括定位模块、气瓶压力监测模块、环境参数监测模块及生命特征参数监测模块；
所述定位模块基于智能CORS站及MEMS惯导单元实现单兵穿戴设备的空间定位信息；
所述气瓶压力监测模块用于监测空呼机的气瓶压力；
所述环境参数监测模块用于采集单兵穿戴设备所处位置的环境参数；
生命特征参数监测模块，用于对配戴单兵穿戴设备人员的生命特征参数进行监测；
集群调度中心，基于自组网基站的WI F I网络与单兵穿戴设备进行通讯，用于根据所有单兵穿戴设备获取的空间定位信息、气瓶压力、环境参数及生命特征参数进行分析，根据分析结果发送对应指令。
于一实施例中，所述环境参数包括温度及烟雾浓度；
所述集群调度中心分析的过程包括：
根据温度及烟雾浓度确定每个单兵穿戴设备位置点的安全值；
根据每个楼层平面建立空间坐标系，每个单兵穿戴设备位置点在空间坐标系XY平面上，以每个单兵穿戴设备位置点的安全值作为Z轴，获得分布点位；
将所有单兵穿戴设备对应的分布点位进行拟合，获取分布曲面；
根据不同时间点下分布曲面的变化状况对所有人员的安全状态进行监测预警，根据监测预警结果发出对应指令。
于一实施例中，所述安全值的获取过程包括：
通过公式计算获得第i个单兵穿戴设备的风险值Sfi；
其中，Ti为第i个单兵穿戴设备位置点的温度值；TE为Ti监测时间点的标准环境温度；Ci为第i个单兵穿戴设备位置点的烟雾浓度值；C0为烟雾浓度参考值；γ为调整系数。
于一实施例中，不同时间点下分布曲面比对的过程包括：
获取t、t+Δt时间点的分布曲面Cs(t)、Cs(t+Δt)；
获取分布曲面Cs(t)、Cs(t+Δt)与坐标系及临界面围成的模型model(t)、model(t+Δt)；
获取model(t+Δt)相对model(t)变化区域的体积Vj，且当增加时Vj＞0，当减少时Vj＜0；
通过公式计算获得绝对值变化总量Vs；
通过公式计算获得变化总量Vu；
将Vs、Vu分别与参考量l1(Δt)*Smodel、l2(Δt)*Smodel进行比对：
若Vs≥l1(Δt)*Smodel且Vu＜l2(Δt)*Smodel，则判断火势出现转移；
若Vs≥l1(Δt)*Smodel且Vu≥l2(Δt)*Smodel，则判断火势出现扩散；
若Vs＜l1(Δt)*Smodel且Vu＜l2(Δt)*Smodel，则判断火势出现衰减；
其中，m为变化区域的数量，且j∈[1，m]；Smodel为model(t)在XY平面的投影面积，l1(Δt)、l2(Δt)为与Δt相关联的误差量值。
于一实施例中，进行监测预警的过程包括：
当判断火势出现转移或扩散时，根据历史若干个时间点数据对转移或扩散速度进行监测，监测的过程为：
根据历史若干个时间点对应的Vs值拟合成曲线Vs(t)，获取历史时段的
若则向单兵穿戴设备发出撤退指令；
其中，Kthr为预警阈值；max{}为取最大值函数。
于一实施例中，所述生命特征参数包括心率、体温及呼吸频率；
所述集群调度中心分析的过程还包括：
通过公式 计算获得第i个单兵穿戴设备对应的人员风险值Ri(t)；
其中，tsi(t)为第i个单兵穿戴设备到当前时间点t的持续工作时长，t0为标准时长参考值，Sfi(t)为第i个单兵穿戴设备的实时风险值；z为预设系数；fy为调整比例函数；Hi(t)为第i个单兵穿戴设备监测人员的实时心率；Thi(t)为第i个单兵穿戴设备监测人员的实时体温；Bi(t)为第i个单兵穿戴设备监测人员的呼吸频率；p1、p2、p3分别为心率、体温及呼吸频率对应的评价函数；
将Ri(t)与预设风险预警值R1进行比对：
若Ri(t)≥R1，则向单兵穿戴设备发出更换救援人员指令。
于一实施例中，所述集群调度中心分析的过程还包括：
根据监测的实时气瓶压力变化状况及人员风险值进行分析，根据分析结果发送对应指令。
于一实施例中，根据监测的实时气瓶压力变化状况及人员风险值进行分析的过程包括：
获取实时气体压力变化曲线F(t)，获取F(t)的导函数F’(t)；
将导函数F’(t)分别与预设区间组(F’1，F’2]、(F’2，F’3]、(F’3，+∞)进行比对：
若F’(t)∈(F’3，+∞)，则直接发出撤退指令；
若F’(t)∈(F’2，F’3]，则判断是否F’(t)*fg(Sfi(t))是否属于(F′3，+∞)：
若为是，则发出撤退指令；
其中，fg为风险调整函数。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过能够集成所有单兵穿戴设备的位置信息及其所处位置的环境信息进行分析判断，实现对现场整体环境状态的判断监测过程，同时针对单个救援人员，能够结合多种因素对其状态进行判断，保证救援人员处于较为安全的救援状态。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明基于智能穿戴设备的救援人员管理系统的整体部署示意图；
图2是本发明基于智能穿戴设备的救援人员管理系统的逻辑框图。
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。
请参阅图1、图2所示，在一个实施例中，提供了一种基于智能穿戴设备的救援人员管理系统，该系统由若干组单兵穿戴设备及集群调度中心组成，其中，单兵穿戴设备由每个救援人员佩戴，其集成了定位模块、气瓶压力监测模块、环境参数监测模块及生命特征参数监测模块，其中，定位模块基于智能CORS站及MEMS惯导单元实现单兵穿戴设备的空间定位信息，由于手机的卫星定位精度为5-10m，无法作为单兵位置精确值，因此通过固定站+移动站的智能双CORS站技术，固定站建在指挥中心楼顶，移动站装在指挥车上，通过指挥中心—指挥车—单兵之间的通信链路，将差分信息广播给用户，MEMS惯导+卫星组合导航单兵定位方案，建立了高精度初始对准模型、“惯导+卫星”组合导航模型，通过信息融合与修正，提高惯导精度，实现单兵穿戴设备(救援人员)的准确定位过程；气瓶压力监测模块则用于监测空呼机的气瓶压力；环境参数监测模块用于采集单兵穿戴设备所处位置的环境参数；生命特征参数监测模块，用于对配戴单兵穿戴设备人员的生命特征参数进行监测；集群调度中心通过自组网基站的WI F I网络与单兵穿戴设备进行通讯，能够根据所有单兵穿戴设备获取的空间定位信息、气瓶压力、环境参数及生命特征参数进行分析，根据分析结果发送对应指令，此种方式，能够集成所有单兵穿戴设备的位置信息及其所处位置的环境信息进行分析判断，实现对现场整体环境状态的判断监测过程，同时针对单个救援人员，能够结合多种因素对其状态进行判断，保证救援人员处于较为安全的救援状态。
作为本发明的一种实施方式，针对火灾救援，环境参数包括温度及烟雾浓度；集群调度中心分析的过程包括：根据温度及烟雾浓度确定每个单兵穿戴设备位置点的安全值；根据每个楼层平面建立空间坐标系，每个单兵穿戴设备位置点在空间坐标系XY平面上，以每个单兵穿戴设备位置点的安全值作为Z轴，获得分布点位；将所有单兵穿戴设备对应的分布点位进行拟合，获取分布曲面；显然不同时段的分布曲面体现了当前火势的分布特征，因此根据不同时间点下分布曲面的变化状况对所有人员的安全状态进行监测预警，根据监测预警结果发出对应指令，进而能够整体性的对实时的火势变化趋势进行判断，进而协助救援人员进行调整救援策略。
作为本发明的一种实施方式，安全值的获取过程包括：通过公式计算获得第i个单兵穿戴设备的风险值Sfi；其中，Ti为第i个单兵穿戴设备位置点的温度值；TE为Ti监测时间点的标准环境温度；Ci为第i个单兵穿戴设备位置点的烟雾浓度值；C0为烟雾浓度参考值；γ为调整系数。
通过上述技术方案中安全值的计算过程，根据实时的环境温度及烟雾浓度，结合调整系数进行判断，其中调整系数γ根据因素影响程度的不同及量值的范围经经验数据拟合后获得，标准环境温度根据当前气象环境温度获得，烟雾浓度参考值根据经验数据选择获得；因此，通过风险值的计算过程，能够通过获得的风险值体现出对应点位的实际环境状态。
作为本发明的一种实施方式，本实施例给出了不同时间点下分布曲面比对的过程，具体包括：获取t、t+Δt时间点的分布曲面Cs(t)、Cs(t+Δt)；获取分布曲面Cs(t)、Cs(t+Δt)与坐标系及临界面围成的模型model(t)、model(t+Δt)；其中坐标系表示XY平面，而临界面则指分布曲面的边缘与其在XY平面投影所围成的竖直曲面，因此模型model(t)、model(t+Δt)均为封闭的结构，此时获取model(t+Δt)相对model(t)变化区域的体积Vj，且当增加时Vj为正数，当减少时Vj为负数；通过公式计算获得绝对值变化总量Vs；通过公式/>计算获得变化总量Vu；若火势出现转移时，变化区域的体积会有正的，有负的，因此，将Vs、Vu分别与参考量l1(Δt)*Smodel、l2(Δt)*Smodel进行比对：若Vs≥l1(Δt)*Smodel且Vu＜l2(Δt)*Smodel，则判断火势出现转移；若Vs≥l1(Δt)*Smodel且Vu≥l2(Δt)*Smodel，则判断火势出现扩散；若Vs＜l1(Δt)*Smodel且Vu＜l2(Δt)*Smodel，则判断火势出现衰减；其中，m为变化区域的数量，且j∈[1，m]；Smodel为model(t)在XY平面的投影面积，l1(Δt)、l2(Δt)为与Δt相关联的误差量值，其根据经验数据拟合后获得。
作为本发明的一种实施方式，本实施例中进行监测预警的过程还包括：当判断火势出现转移或扩散时，根据历史若干个时间点数据对转移或扩散速度进行监测，监测的过程为：根据历史若干个时间点对应的Vs值拟合成曲线Vs(t)，获取历史时段的 反映了一段时间内变化状态的极值状态，因此当/>时，说明火势扩散或转移速度超过预期，因此为了保证救援人员的安全，则向单兵穿戴设备发出撤退指令；其中，max{}为取最大值函数，Kthr为预警阈值，其根据测试数据拟合后获得。
作为本发明的一种实施方式，生命特征参数包括心率、体温及呼吸频率，其通过集成的相关监测装置实现，而集群调度中心分析的过程还包括：通过公式 计算获得第i个单兵穿戴设备对应的人员风险值Ri(t)；其中，tsi(t)为第i个单兵穿戴设备到当前时间点t的持续工作时长，t0为标准时长参考值，Sfi(t)为第i个单兵穿戴设备的实时风险值；z为预设系数，其根据经验数据拟合获得；fy为调整比例函数，其根据测试数据中所处区间对照表拟合获得；Hi(t)为第i个单兵穿戴设备监测人员的实时心率；Thi(t)为第i个单兵穿戴设备监测人员的实时体温；Bi(t)为第i个单兵穿戴设备监测人员的呼吸频率；p1、p2、p3分别为心率、体温及呼吸频率对应的评价函数，其分别根据Hi(t)、Thi(t)及Bi(t)的相对标准值的偏离状态设定对应的评价值，且偏离程度越大，对应的评价值越大，因此，人员风险值越大，则说明救援人员存在的安全风险越大，进而通过将Ri(t)与预设风险预警值R1进行比对，预设风险预警值R1根据测试数据拟合后获得，因此若Ri(t)≥R1，则向单兵穿戴设备发出更换救援人员指令。
作为本发明的一种实施方式，所述集群调度中心分析的过程还包括：根据监测的实时气瓶压力变化状况及人员风险值进行分析，根据分析结果发送对应指令，具体的包括：获取实时气体压力变化曲线F(t)，获取F(t)的导函数F’(t)；将导函数F’(t)分别与预设区间组(F’1，F’2]、(F’2，F’3]、(F’3，+∞)进行比对：若F’(t)∈(F’3，+∞)，则直接发出撤退指令；若F’(t)∈(F’2，F’3]，则判断是否F’(t)*fg(Sfi(t))是否属于(F’3，+∞)：若为是，则发出撤退指令；其中，fg为风险调整函数。
通过上述技术方案，本实施例还通过集群调度中心根据监测的实时气瓶压力变化状况及人员风险值进行分析，首先通过获取获取实时气体压力变化曲线F(t)的导函数F’(t)，并将其与预设区间组进行比对，其中，预设区间组根据测试数据拟合获得，(F’1，F’2]属于较为正常的区间，(F’3，+∞)属于异常的区间，(F’2，F’3]则数据存在风险的区间，因此，若F’(t)∈(F’3，+∞)，则直接发出撤退指令，若F’(t)∈(F’2，F’3]，则判断是否F’(t)*fg(Sfi(t))是否属于(F’3，+∞)，风险调整函数fg根据风险值的数值范围及其影响程度经验数据拟合后获得，因此若为是，则说明此时风险较大，因此发出撤退指令，否则说明风险较低，不发出撤退指令。
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)

1.一种基于智能穿戴设备的救援人员管理系统，其特征在于，所述系统包括：
单兵穿戴设备，包括定位模块、气瓶压力监测模块、环境参数监测模块及生命特征参数监测模块；
所述定位模块基于智能CORS站及MEMS惯导单元实现单兵穿戴设备的空间定位信息；
所述气瓶压力监测模块用于监测空呼机的气瓶压力；
所述环境参数监测模块用于采集单兵穿戴设备所处位置的环境参数；
生命特征参数监测模块，用于对配戴单兵穿戴设备人员的生命特征参数进行监测；
集群调度中心，基于自组网基站的WIFI网络与单兵穿戴设备进行通讯，用于根据所有单兵穿戴设备获取的空间定位信息、气瓶压力、环境参数及生命特征参数进行分析，根据分析结果发送对应指令。
2.根据权利要求1所述的一种基于智能穿戴设备的救援人员管理系统，其特征在于，所述环境参数包括温度及烟雾浓度；
所述集群调度中心分析的过程包括：
根据温度及烟雾浓度确定每个单兵穿戴设备位置点的安全值；
根据每个楼层平面建立空间坐标系，每个单兵穿戴设备位置点在空间坐标系XY平面上，以每个单兵穿戴设备位置点的安全值作为Z轴，获得分布点位；
将所有单兵穿戴设备对应的分布点位进行拟合，获取分布曲面；
根据不同时间点下分布曲面的变化状况对所有人员的安全状态进行监测预警，根据监测预警结果发出对应指令。
3.根据权利要求2所述的一种基于智能穿戴设备的救援人员管理系统，其特征在于，所述安全值的获取过程包括：
通过公式计算获得第i个单兵穿戴设备的风险值Sfi；
其中，Ti为第i个单兵穿戴设备位置点的温度值；TE为Ti监测时间点的标准环境温度；Ci为第i个单兵穿戴设备位置点的烟雾浓度值；C0为烟雾浓度参考值；γ为调整系数。
4.根据权利要求2所述的一种基于智能穿戴设备的救援人员管理系统，其特征在于，不同时间点下分布曲面比对的过程包括：
获取t、t+Δt时间点的分布曲面Cs(t)、Cs(t+Δt)；
获取分布曲面Cs(t)、Cs(t+Δt)与坐标系及临界面围成的模型model(t)、model(t+Δt)；
获取model(t+Δt)相对model(t)变化区域的体积Vj，且当增加时Vj＞0，当减少时Vj＜0；
通过公式计算获得绝对值变化总量Vs；
通过公式计算获得变化总量Vu；
将Vs、Vu分别与参考量l1(Δt)*Smodel、l2(Δt)*Smodel进行比对：
若Vs≥l1(Δt)*Smodel且Vu＜l2(Δt)*Smodel，则判断火势出现转移；
若Vs≥l1(Δt)*Smodel且Vu≥l2(Δt)*Smodel，则判断火势出现扩散；
若Vs＜l1(Δt)*Smodel且Vu＜l2(Δt)*Smodel，则判断火势出现衰减；
其中，m为变化区域的数量，且j∈[1，m]；Smodel为model(t)在XY平面的投影面积，l1(Δt)、l2(Δt)为与Δt相关联的误差量值。
5.根据权利要求4所述的一种基于智能穿戴设备的救援人员管理系统，其特征在于，进行监测预警的过程包括：
当判断火势出现转移或扩散时，根据历史若干个时间点数据对转移或扩散速度进行监测，监测的过程为：
根据历史若干个时间点对应的Vs值拟合成曲线Vs(t)，获取历史时段的
若则向单兵穿戴设备发出撤退指令；
其中，Kthr为预警阈值；max{}为取最大值函数。
6.根据权利要求3所述的一种基于智能穿戴设备的救援人员管理系统，其特征在于，所述生命特征参数包括心率、体温及呼吸频率；
所述集群调度中心分析的过程还包括：
通过公式 计算获得第i个单兵穿戴设备对应的人员风险值Ri(t)；
其中，tsi(t)为第i个单兵穿戴设备到当前时间点t的持续工作时长,t0为标准时长参考值，Sfi(t)为第i个单兵穿戴设备的实时风险值；z为预设系数；fy为调整比例函数；Hi(t)为第i个单兵穿戴设备监测人员的实时心率；Thi(t)为第i个单兵穿戴设备监测人员的实时体温；Bi(t)为第i个单兵穿戴设备监测人员的呼吸频率；p1、p2、p3分别为心率、体温及呼吸频率对应的评价函数；
将Ri(t)与预设风险预警值R1进行比对：
若Ri(t)≥R1，则向单兵穿戴设备发出更换救援人员指令。
7.根据权利要求6所述的一种基于智能穿戴设备的救援人员管理系统，其特征在于，所述集群调度中心分析的过程还包括：
根据监测的实时气瓶压力变化状况及人员风险值进行分析，根据分析结果发送对应指令。
8.根据权利要求7所述的一种基于智能穿戴设备的救援人员管理系统，其特征在于，根据监测的实时气瓶压力变化状况及人员风险值进行分析的过程包括：
获取实时气体压力变化曲线F(t)，获取F(t)的导函数F'(t)；
将导函数F'(t)分别与预设区间组(F'1，F'2]、(F'2，F'3]、(F'3，+∞)进行比对：
若F'(t)∈(F'3，+∞)，则直接发出撤退指令；
若F'(t)∈(F'2，F'3]，则判断是否F'(t)*fg(Sfi(t))是否属于(F'3，+∞)：
若为是，则发出撤退指令；
其中，fg为风险调整函数。
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