CN207949044U - 一种基于燃爆事故感知与风险预测预警的智能消防头盔 - Google Patents

Abstract

一种基于燃爆事故感知与风险预测预警的智能消防头盔，头盔帽壳下端为帽托，帽托下端为披肩，头盔帽壳前端为面罩，在头盔帽壳内分别设有帽箍、硅胶蜂窝状减震层、缓冲层和两个耳机，头戴式近眼显示模块设置在面罩内面，远距离可燃气体探测器、热成像摄像模块、定位仪、数据通讯传输模块和嵌入式核心板分别设置在头盔帽壳内，热成像摄像模块的镜头和远距离可燃气体探测器的传感器分别设置在头盔帽壳前方。电路连接为，嵌入式核心板分别与头戴式近眼显示模块、数据通讯传输模块、远距离可燃气体探测器、定位仪、热成像摄像模块连接，数据通讯传输模块通过基站与消防指挥中心连接。本实用新型能快速预测事故现场爆炸事故风险，并可进行风险预警提示。

Description

一种基于燃爆事故感知与风险预测预警的智能消防头盔

技术领域

本实用新型涉及一种基于燃爆事故感知与风险预测预警的智能消防头盔，用于消防员火场侦察、火灾救援现场爆炸事故风险预测与预警，可为消防员灭火救援现场安全处置决策提供支持，也可为现场指挥中心深入了解火场状况，进行科学决策指挥提供支持。

背景技术

消防员在进入建筑空间开展灭火救援过程中，往往由于对火场信息掌握不清，对其中可能发生的次生火灾爆炸事故风险认识不足，使得消防员在灭火救援过程中承受巨大的风险。在建筑或受限空间灭火救援案例中，也发生了多起由于消防员贸然进入未知空间发生的次生爆燃导致消防员伤亡的事故。目前在智能消防头盔方面，现有技术与产品往往集成了热成像、气体探测报警、通讯对讲等设备，但其气体探测多采用吸气式气体探测器，主要是对消防员所在位置的气体浓度的探测分析，还无法实现对消防员远距离位置的环境进行探测，无法使消防员迅速掌握火场环境及建筑设施布局与相关信息，无法对环境火灾爆炸风险进行预测与预警，无法实现对事故现场火灾信息的综合智能分析与判断，并对消防员进行可视化的火场信息与事故风险预警显示，以及消防员救援路径导航引导等功能。

发明内容

鉴于现有技术的状况，本实用新型提供了基于燃爆事故感知与风险预测预警的智能消防头盔，本实用新型将消防员定位技术与建筑信息模型（BIM）、实景热像信息相结合，并通过头戴式近眼显示模块进行信息投射与展示，可为消防员展示其在建筑内的实时所在位置，对环境燃爆危险性及其风险进行实时预测。

本实用新型可为消防员进入未知环境场所时，对潜在的火灾爆炸事故风险进行快速有效预测与预警，并通过先进的视频与热成像技术、室内定位与通讯传输技术，可实现消防员对火灾事故现场的快速感知以及信息通讯，从而提高了消防员灭火救援科学水平与能力，本实用新型是一种具备智能感知与事故风险预测预警功能的智能消防头盔。

本实用新型为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种基于燃爆事故感知与风险预测预警的智能消防头盔，包括消防头盔、远距离可燃气体探测器、热成像摄像模块、头戴式近眼显示模块、定位仪、数据通讯传输模块、嵌入式核心板、耳机、基站、消防指挥中心；

所述消防头盔包括头盔帽壳、帽箍、帽托、缓冲层、面罩和披肩；头盔帽壳的下端为帽托，帽托的下端为披肩，头盔帽壳的前端为面罩，在头盔帽壳内分别设有帽箍和缓冲层，其特征在于：所述头盔帽壳内面设有一层硅胶蜂窝状减震层，缓冲层设置在硅胶蜂窝状减震层的下面，两个所述耳机对称的设置在头盔帽壳内的两侧壁上，所述头戴式近眼显示模块设置在面罩内面的一侧，所述远距离可燃气体探测器、热成像摄像模块、定位仪、数据通讯传输模块和嵌入式核心板分别设置在头盔帽壳内顶面，热成像摄像模块的镜头和远距离可燃气体探测器的传感器分别伸出头盔帽壳外设置在头盔帽壳的正前方；

所述嵌入式核心板由CPU、MIPI接口、USB接口Ⅰ、USB接口Ⅱ、SDIO接口、串行通信接口和SD卡组成，CPU分别与MIPI接口、USB接口Ⅰ、USB接口Ⅱ、SDIO接口和串行通信接口连接，SD卡插入SDIO接口中；

所述数据通讯传输模块由无线处理器CPU、射频模块、内置天线组成，射频模块分别与无线处理器CPU和内置天线连接；

所述热成像摄像模块由摄像芯片、视频模块、热成像传感器组成，摄像芯片分别与视频模块和热成像传感器连接；

所述远距离可燃气体探测器由激光/红外气体探测模块和接口芯片Ⅰ连接组成；

所述头戴式近眼显示模块由LCOS模块、显示芯片、棱镜组成，显示芯片分别与LCOS模块和棱镜连接；

所述定位仪由陀螺仪、无线模块、接口芯片Ⅱ组成，陀螺仪和无线模块分别与接口芯片Ⅱ连接；

电路连接为，嵌入式核心板的MIPI接口与头戴式近眼显示模块的显示芯片连接，USB接口Ⅰ与数据通讯传输模块的无线处理器CPU连接，USB接口Ⅱ和串行通信接口分别与热成像摄像模块的摄像芯片连接，串行通信接口分别与定位仪的接口芯片Ⅱ、远距离可燃气体探测器的接口芯片Ⅰ连接，数据通讯传输模块通过内置天线发送或接收基站的信号，基站与消防指挥中心连接；

远距离可燃气体探测器通过激光/红外气体探测模块可探测距离消防员不少于30m范围内的可燃有害气体浓度；

热成像摄像模块通过视频模块、热成像传感器探测救援环境及其物品温度分布情况；

头戴式近眼显示模块通过棱镜将实时图像、热像、BIM信息、人员位置信息及燃爆风险预警信息投射到人眼视网膜；

定位仪确定并传输消防员所处位置信息；

数据通讯传输模块通过基站与消防指挥中心实现通信；

嵌入式核心板实现对可燃气体浓度数据、热成像温度数据及人员位置信息、燃爆事故风险预测及预警信息的综合处理与传输。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种在火灾事故现场，具备智能感知、信息通讯处理和可视化显示功能的智能消防头盔，可对距离消防员30米范围内的可燃、有毒有害气体进行探测，快速预测事故现场爆炸事故风险，并可进行风险预警提示，属于集成式数字化智能单兵设备。

本实用新型采用激光/红外光谱气体浓度探测器、热成像摄像模块、室内陀螺定位仪、头戴式近眼微显示器模块以及无线组网信息通讯传输技术，集成应用于全护型或面罩式消防头盔中，可为消防员在火灾事故现场中，对火场环境温度、环境信息位置、火场中可燃、有毒有害气体浓度、事故现场爆炸事故风险等信息进行智能感知与判断，从而为消防员在进入未知火场环境之前，对其火灾危险性以及发生爆炸事故的风险进行充分的掌握，也为事故现场灭火救援指挥提供火场实时信息和救援指挥决策的依据。该头盔满足GA44相关要求，具备与灭火救援现场消防指挥车的互联互通，可为消防员提供现场消防指挥指令，救援现场环境地理信息、建筑BIM信息，同时可根据对事故现场环境温度、周边可燃气体浓度分布的测量与分析，提供对事故现场火灾、爆炸事故风险的预测预警判断，从而为消防员安全科学有效施救提供多信息数据支持。

本实用新型结合BIM与定位仪，在消防战士佩戴的智能消防头盔上显示当前所处位置的建筑信息模型包括相应设施所在的位置，并规划当前位置与目的地之间的所有可能路径与最佳行进路径，以利于消防战士在现场做出最佳的选择和判断。

（1）、利用激光/红外光谱探测技术，实现对30m范围内可燃气体、有毒有害气体浓度的探测，确定拟进入区域内发生次生燃爆事故的风险，并进行有效预警。

（2）、使用危害风险量化等级（1-5级）快速预测评估，在火场视频图像上进行不同色块标注的方式，通过头戴近眼显示模块以及语音提醒进行预警提醒，提示消防员注意救援现场发生燃爆事故的风险，可使得消防员能够快速评估区域的危险程度。

（3）、利用虚拟成像投影技术、无线通讯传输技术与中心服务器的支持，实现对建筑区域BIM信息在头盔面罩的投影成像，使得消防员能够更好了解所处位置建筑物的详细信息，并可为消防员开展救援进行导航指引。

（4）、通过虚拟成像投影技术与热成像技术的结合，采用增强现实的模式显示现场每个区域的温度分布情况。

（5）、通过热成像图像与中心平台基于深度学习的可视化算法结合，可以形象的描述火灾现场的安全区域与危险区域，划分温度危险等级。

（6）、结合不同可燃气体浓度、气体燃点温度与热成像温度数据，划分综合危险等级。

（7）、通过中心平台集成多个消防员数据，形成综合情况分析数据，并发送到每个消防员的虚拟成像投影系统，使得消防员能够了解火灾现场实时的整体情况。

（8）、通过消防员室内定位数据与BIM数据结合，可以以室内导航地图的方式指挥前端消防员执行指挥中心命令。

（9）、头盔内层减震层采用硅胶蜂窝状减震结构设计，有效提高智能消防头盔强度，并降低消防员头盔重量。

本实用新型作为消防员集成式数字化单兵设备，可广泛应用于消防员灭火救援处置与辅助决策指挥。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2 为本实用新型头盔帽壳内面设置的硅胶蜂窝状减震层的示意图；

图3为本实用新型的电路连接框图；

图4为本实用新型的燃爆事故风险分析与显示流程图；

图5为智能头盔数据调用显示流程图；

图6为本实用新型的气体探测处理流程图；

图7为本实用新型的热成像图像显示流程图；

图8为燃爆风险分析环境温度危险性RT的数学模型拟合曲线；

图9为燃爆风险分析的热辐射危险RH的数学模型拟合曲线图。

具体实施方式

如图1至图7所示，一种基于燃爆事故感知与风险预测预警的智能消防头盔，包括消防头盔1、远距离可燃气体探测器2、热成像摄像模块3、头戴式近眼显示模块4、定位仪5、数据通讯传输模块6、嵌入式核心板7、耳机8、基站9、消防指挥中心10。

消防头盔1包括头盔帽壳1-1、帽箍1-2、帽托1-3、缓冲层1-4、面罩1-5和披肩1-6。

头盔帽壳1-1的下端为帽托1-3，帽托1-3的下端为披肩1-6，头盔帽壳1-1的前端为面罩1-5，在头盔帽壳1-1内设有帽箍1-2，在头盔帽壳1-1内面粘接一层硅胶蜂窝状减震层1-7，在一层硅胶蜂窝状减震层1-7的下面设有一层缓冲层1-4，将两个耳机8对称的设置在头盔帽壳1-1内的两侧壁上，头戴式近眼显示模块4设置在面罩1-5内面的一侧，远距离可燃气体探测器2、热成像摄像模块3、定位仪5、数据通讯传输模块6和嵌入式核心板7分别设置在头盔帽壳1-1内顶面，热成像摄像模块3的镜头和远距离可燃气体探测器2的传感器分别伸出头盔帽壳1-1外设置在头盔帽壳1-1的正前方。

嵌入式核心板7由CPU、MIPI接口、USB接口Ⅰ、USB接口Ⅱ、SDIO接口、串行通信接口和SD卡组成，CPU分别与MIPI接口、USB接口Ⅰ、USB接口Ⅱ、SDIO接口和串行通信接口连接，SD卡插入SDIO接口中。

数据通讯传输模块6由无线处理器CPU、射频模块、内置天线组成，射频模块分别与无线处理器CPU和内置天线连接。

热成像摄像模块3由摄像芯片、视频模块、热成像传感器组成，摄像芯片分别与视频模块和热成像传感器连接。

远距离可燃气体探测器2由激光/红外气体探测模块和接口芯片Ⅰ连接组成。

头戴式近眼显示模块4由LCOS模块、显示芯片、棱镜组成，显示芯片分别与LCOS模块和棱镜连接。

定位仪5由陀螺仪、无线模块、接口芯片Ⅱ组成，陀螺仪和无线模块分别与接口芯片Ⅱ连接。

电路连接为，嵌入式核心板7的MIPI接口与头戴式近眼显示模块4的显示芯片连接，USB接口Ⅰ与数据通讯传输模块6的无线处理器CPU连接，USB接口Ⅱ和串行通信接口分别与热成像摄像模块3的摄像芯片连接，串行通信接口分别与定位仪5的接口芯片Ⅱ、远距离可燃气体探测器2的接口芯片Ⅰ连接，数据通讯传输模块6通过内置天线发送或接收基站9的信号，基站9与消防指挥中心10连接。

远距离可燃气体探测器2通过激光/红外气体探测模块3可探测距离消防员不少于30m范围内的可燃有害气体浓度。

热成像摄像模块3通过视频模块、热成像传感器探测救援环境及其物品温度分布情况。

头戴式近眼显示模块4通过棱镜将实时图像、热像、BIM信息、人员位置信息及燃爆风险预警信息投射到人眼视网膜。

定位仪5确定并传输消防员所处位置信息。

数据通讯传输模块6通过基站9与消防指挥中心10实现通信。

嵌入式核心板7实现对可燃气体浓度数据、热成像温度数据及人员位置信息、燃爆事故风险预测及预警信息的综合处理与传输。

一种基于燃爆事故感知与风险预测预警的智能消防头盔实现方法，如下：

将消防头盔1戴在消防战士的头上，帽托1-3固定人脸，盔帽壳1-1内的帽箍1-2根据人的头部大小可调整松紧度，硅胶蜂窝状减震层1-7用以防护头盔佩戴人员头部，降低外力对头盔撞击所产生的对佩戴人员头部的冲击力，缓冲层1-4进一步增加人佩戴头盔的舒适性及安全性，头盔帽壳1-1内两侧的耳机8置于消防员的两耳上，与耳机8连接的耳麦8-1置于消防战士嘴的前方，面罩1-5佩戴在消防战士脸的前方提供安全防护，面罩1-5内面的头戴式近眼显示模块4设置在消防战士眼睛前上方，将披肩1-6搭扣在肩上，披肩1-6保护消防战士的脖子。

在消防战士进入救援建筑前，消防指挥中心10将建筑BIM信息模型数据通过网络传输给消防头盔1嵌入式核心板7，嵌入式核心板7将BIM数据通过SDIO接口存在SD卡中，以减少消防战士进入建筑后通过网络传输的数据量，提高现场信息实时交换响应速度。

定位仪5通过串口通信接口定时发送定位信息数据到嵌入式核心板7，嵌入式核心板7接收数据后把定位信息通过数据通讯传输模块6的内置天线经基站9发送到消防指挥中心10，基站9根据定位数据与建筑物的BIM即建筑信息模型，结合消防战士的位置、方向信息及前端的有害气体探测数据和热成像数据，以三维地图的方式显示各个区域的危险程度，并通过嵌入式核心板7、头戴式近眼显示模块4显示，同时，基站9将信息发送给消防指挥中心10，消防指挥中心10控制终端计算机调用建筑BIM信息，生成包括建筑模型信息、事故现场燃爆危险性分布和消防员位置信息等内容的三维地图，在指挥中心显示屏幕上显示。

在需要导航的时候，消防战士可以与消防指挥中心10进行语音沟通，消防指挥中心10可以协助消防人员设定救援目的地、并选择优化救援规划路径，同时消防指挥中心10把导航路径信息通过基站9和数据通讯传输模块6发送到嵌入式核心板7，嵌入式核心板7调用SD卡存储的BIM信息，生成三维地图，并标注导航路径，通过MIPI接口发送到头戴式近眼显示模块4显示。

远距离可燃气体探测器2实时探测救援事故现场的气体或可燃蒸汽浓度，能够远距离探测的气体类别包括甲烷、丙烷、乙烯、乙醇或CO等易燃易爆危险气体。

远距离可燃气体探测器2将实时探测的危险气体浓度数据通过串口通信接口发送給嵌入式核心板7，嵌入式核心板7 CPU将接收到的气体的浓度数据与环境热像数据进行整合分析，采用预先设置的燃爆风险计算模型和方法，计算分析相应区域的燃爆风险等级，为消防员提供拟进入区域发生的燃爆事故的风险水平以及危险预警提示，并通过色块标注的方式由头戴式近眼显示模块4进行投射显示，消防战士能够看到显示的区域温度、易燃易爆气体组份与浓度分布、燃爆事故风险等级以及预警提示内容。

采用预先设置的燃爆风险计算模型和方法，对所采集的危险气体浓度和环境温度数据进行分析，计算探测区域的风险值，当风险值R<1时，为安全区域，以绿色标识；当风险值2＞R≥1时，提示为Ⅳ燃爆风险预警，区域以蓝色标识；当风险值3＞R≥2时，提示为Ⅲ燃爆风险预警，区域以黄色标识；当风险值4＞R≥3时，提示为Ⅱ风险预警，区域以橙色标识；当风险值R≥4时，提示为Ⅰ级风险预警，区域以深红色标识；基站9根据现场采集的危险气体浓度和环境热像、温度信息数据，计算得到现场不同区域的实时风险结果，并将分析计算后划分出的危险区域和安全区域发回嵌入式核心板7，并通过头戴式近眼显示模块4显示，消防战士能够看到不同区域风险显示的内容，同时，嵌入式核心板7把图像、温度以及危险气体浓度数据通过数据通讯传输模块6的内置天线经基站9发送到消防指挥中心10，消防指挥中心10根据现场探测数据与风险分析结果可做出相关救援处置决策，并将指挥决策指令实时返回嵌入式核心板7，并通过头戴式近眼显示模块4进行投射显示。

热成像摄像模块3将叠加温度数据的现场图像与温度数据发送到嵌入式核心板7，USB接口传输有摄像芯片合成的视频与温度数据叠加的视频数据，视频数据使用H.264标准压缩，串行通信接口传输热成像传感器获取的温度点阵数据，嵌入式核心板7的CPU收到视频数据后解码显示到头戴式近眼显示模块4，消防战士从中能够了解环境温度分布情况，嵌入式核心板7收集的可燃气体探测数据、热成像数据及消防战士位置信息，通过数据通讯传输模块6经基站9无线传输给指挥中心，基站9可以集中显示各个消防员采集到的数据，通过深度学习算法分析前端采集到的数据，供消防指挥中心10和前端消防战士决策使用。

燃爆风险等级确定方法如下：

事故现场燃爆风险主要从事故发生的可能性、人员暴露于危险环境中的频繁程度、发生事故可能造成的后果的角度，综合计算，分别与阈值比较，从而确定相关建筑区域中可燃气体浓度C、温度T、热辐射H三种因素对人体影响，并赋予不同的分值，再以三个分值相乘，确定该区域的危险性等级。

事故区域燃爆风险等级计算模型公式如下：

R=f(C₀,T,H)=Max(RC,RT,RH) ×K

=Max

式中：

RC为可燃气体浓度危险性数值，无量纲数值，RC= C₀/（LEL₂₅*0.25）；

RC= C₀/（LEL₂₅*0.25）表示因可燃气体浓度而出现发生火灾爆炸事故的可能性。

爆炸极限是爆炸下限和爆炸上限的总称，可燃气体在空气中的浓度只有在爆炸下限和爆炸上限之间才会发生爆炸，目前以爆炸气体浓度进行爆炸风险预警时，报警浓度一般设定在爆炸下限LEL的25%以下；

C₀为可燃气体体积浓度。

LEL₂₅表示常温常压下可燃气体爆炸下限，可通过查阅理化性质获知；

RT为温度危险性数值，无量纲数值， RT =| 0.7063e^0.0152*T-1|*K1*K2；

RT =| 0.7063e^0.0152*T-1|（T≥0℃）表示因环境高温、烟气温度、热对流对人体的相对风险值，高温对事故环境中救援人员生命可构成威胁，火焰产生的热空气能引起人体烧伤、热虚脱、脱水、呼吸不畅。

关于烟气温度对人体影响，综合已有文献表明：温度超过45度，会影响人体正常思维和行为；在60~65度时，人员可忍受一段时间，其疏散行为不受影响；95度以后，皮肤耐受温度急剧下降；人体生存极限气温是130度，超过这个温度，可以使血压下降，毛细血管破坏，以致血液不能循环，严重的会导致脑神经中枢破坏而死亡；根据GB14200-2008《高温作业分级》标准定义，在生产劳动中将25度以上作业定义为高温作业，故可设定25度为人体较舒适状态，60度为安全阈值，130度为最高风险阈值；人体可在低温行动较长时间，高温行动时间较短；故结合RT定义，采用指数函数取（25，0）、（60，1）、（130，4）进行曲线拟合，得到图8环境温度危险性RT数学模型拟合曲线，同时以（95，2）作为辅助点进行验证，通过该拟合曲线，对应热成像采集的区域温度数值，可快速确定温度危险值RT。

消防官兵经过一定的灭火救援训练和佩戴防护服，其高温耐受性、一定程度会得到提升，从而减少高温对消防员造成的生命威胁；参照ICI蒙德法、道化学关于补偿系数的要求，定义K1为防护系数，若救护人员穿着普通防护服，系数为0.90；穿着消防员灭火服，一般其耐火温度为200度以内，系数为0.67；高温防护服其耐火温度一般在800-1000度左右，系数为0.2；定义K2为训练系数，若消防救援人员训练有素、经验丰富，系数为0.95。

T为环境温度；

K1为防护系数；

K2为人员训练系数；

RH为热辐射危险性数值，无量纲数值， RH=0.1571*H+0.0952；

RH=0.1571*H+0.0952，表示因热辐射强度对人体造成的不可逆损伤。根据相关文献研究，环境热辐射通量达到37.5 KW/m²，人员10s内1%人员死亡、1min后100%死亡；达到25KW/m²，人员10s内烧伤、1min后100%死亡；达到12.5 KW/m²，人员10s内轻伤、1min后1%死亡；达到6.3KW/m²，无辐射屏蔽措施时人员可停留1min；达到4 KW/m²，20s以上感觉疼痛；故采用5 KW/m²作为安全阈值，25作为最高风险临界值采用线性关系以（0、0）、（5、1）、（25，4）进行曲线拟合，得到图9热辐射危险RH的数学模型拟合曲线，利用该拟合曲线通过测量环境中热辐射通量就可确定环境热辐射危性数值，拟合后公式当RH=1时，H=5.63，人员无生命危险。

H为环境中热辐射通量，KW/m²；

K为影响系数，表示温度对于爆炸气体极限的影响；

爆炸极限测试通常在标准温度和压力下进行，而在实际应用过程中，爆炸极限容易受初始温度和压力影响，一般探测环境其压力基本等同于常压状态，故重点考虑初始温度对可燃气体爆炸极限影响，即系数K。

由于初始环境温度会影响化学反应速度，故温度对于爆炸极限的影响其一般规律为随温度升高，爆炸下限降低，爆炸上限升高，根据Zabetakis等人给出的通用范围爆炸下限的修正公式：

LEL（T）=[1-0.000721 (T-25)]*LEL₂₅

简化定义温度影响系数：

K=1/[1-0.000721*(T-25)]；

Max为取大函数；

风险等级划分，根据综合风险得分R进行判定；

根据RC、RH、RT函数建立过程，其独立风险值取4时人员面临死亡风险、独立风险值取0时人员处于绝对安全，由于温度、热辐射、可燃气体极限对于人员风险的影响并行存在，故按照风险数值高低取最大值；

若R≥4，I级红色预警，人员面临高度死亡风险；

若4＞R≥3，Ⅱ橙色预警，人员面临中度死亡风险；

若3＞R≥2，Ⅲ黄色预警，人员面临轻度死亡风险；

若2＞R≥1，Ⅳ蓝色预警，人员长时间在此环境中潜在面临死亡风险；

若1＞R，绿色安全状态，人员长时间在此环境中无死亡风险。

BIM数据实现方法如下：

BIM数据相关流程分为BIM数据处理流程和智能头盔数据调用显示流程，BIM数据需要预先处理，因为：

⑴BIM数据包含建筑物的详细信息，一般一个建筑物的完整BIM数据在几百G左右，这样级别的数据在消防战士进入时直接调用需要大量的处理时间。

⑵BIM数据的存储标准IFC标准只是一个框架标准，每一家会有自己的细化格式，所以需要统一处理以便需要的时候调用。

消防部门根据需要，可建立城市建筑消防BIM数据库，主要包括建筑单元模型信息、消防设施数据信息等内容。

消防战士进入火灾事故现场时，可在智能消防头盔上显示该建筑BIM数据；具体流程如下：

第一步、指挥中心BIM处理服务器从消防BIM数据库下载大楼的消防专用BIM数据。

第二歩、指挥中心工作人员根据报警显示坐标标定起火位置。

第三步、消防战士进入后，智能头盔通过基站连接到BIM信息处理服务器，并将消防战士当前位置发送给BIM信息处理服务器。

第四步、BIM信息处理服务器根据消防战士的位置信息，将处理后的所在位置的矢量化BIM数据，（一般为几十K字节到几百K字节），通过基站发送到智能消防头盔，智能消防头盔内含的矢量数据解释程序将数据显示到头戴式近眼显示模块4显示；发送的BIM数据包括以下信息：

a).当前位置的建筑信息与周边消防设施的信息；

b).起火位置的标注；

c).从当前位置到目的地的安全交通空间路径；

d).到周边消防设施的最佳路径。

第五步、在消防战士移动后，更新位置信息到BIM信息处理服务器，跳转到第三步。

第六步、消防战士发现火情与标志不符，可以通过语音对讲与指挥中心工作人员沟通，跳转到第二步。

激光/红外气体探测模块的处理流程如下：

激光/红外气体探测模块能够远距离探测气体浓度，可以探测的范围不小于30米，嵌入式核心板通过调用激光/红外气体探测模块的功能来实现对周围环境的气体浓度探测，具体流程如下：

第一步、嵌入式核心板7通过串行通信接口发送指令给激光/红外气体探测模块，要求激光/红外气体探测模块启动气体探测功能。

第二歩、激光/红外气体探测模块开始探测周围的气体组份与浓度，探测完成后通过串行通信接口发送探测结果到嵌入式核心板7。

第三步、嵌入式核心板7收到数据后，根据双方约定的协议，解析数据，得到每种气体的浓度。

第四歩、嵌入式核心板7通过与预先设定的浓度危险等级对照表计算，得出危险等级。

第五步、如果危险等级大于设定值，通过声音与头戴式近眼显示模块进行报警。

第六步、如果需要继续探测，则跳转到第一步。

热成像摄像模块实现方法如下：

第一步、嵌入式核心板7通过USB接口Ⅱ启动热成像摄像模块3。

第二歩、热成像摄像模块3启动后通过热成像传感器获得周边温度与图像，并将图像处理成符合消防温度标注标准的图像。

第三步、热成像摄像模块通过USB接口Ⅱ发送数据到嵌入式核心板7的USB驱动。

第四歩、应用程序调用Android的MediaPlayer插件从USB驱动将数据发送到显卡驱动。

第五步、显卡驱动通过芯片硬件与MIPI接口发送数据到头戴式近眼显示模块4。

第六步、头戴式近眼显示模块4通过棱镜显示热成像图像。

Claims (1)

1.一种基于燃爆事故感知与风险预测预警的智能消防头盔，包括消防头盔（1）、远距离可燃气体探测器（2）、热成像摄像模块（3）、头戴式近眼显示模块（4）、定位仪（5）、数据通讯传输模块（6）、嵌入式核心板（7）、耳机（8）、基站（9）、消防指挥中心（10）；

所述消防头盔（1）包括头盔帽壳（1-1）、帽箍（1-2）、帽托（1-3）、缓冲层（1-4）、面罩（1-5）和披肩（1-6）；头盔帽壳（1-1）的下端为帽托（1-3），帽托（1-3）的下端为披肩（1-6），头盔帽壳（1-1）的前端为面罩（1-5），在头盔帽壳（1-1）内分别设有帽箍（1-2）和缓冲层（1-4），其特征在于：所述头盔帽壳（1-1）内面设有一层硅胶蜂窝状减震层（1-7），缓冲层（1-4）设置在硅胶蜂窝状减震层（1-7）的下面，两个所述耳机（8）对称的设置在头盔帽壳（1-1）内的两侧壁上，所述头戴式近眼显示模块（4）设置在面罩（1-5）内面的一侧，所述远距离可燃气体探测器（2）、热成像摄像模块（3）、定位仪（5）、数据通讯传输模块（6）和嵌入式核心板（7）分别设置在头盔帽壳（1-1）内顶面，热成像摄像模块（3）的镜头和远距离可燃气体探测器（2）的传感器分别伸出头盔帽壳（1-1）外设置在头盔帽壳（1-1）的正前方；

所述嵌入式核心板（7）由CPU、MIPI接口、USB接口Ⅰ、USB接口Ⅱ、SDIO接口、串行通信接口和SD卡组成，CPU分别与MIPI接口、USB接口Ⅰ、USB接口Ⅱ、SDIO接口和串行通信接口连接，SD卡插入SDIO接口中；

所述数据通讯传输模块（6）由无线处理器CPU、射频模块、内置天线组成，射频模块分别与无线处理器CPU和内置天线连接；

所述热成像摄像模块（3）由摄像芯片、视频模块、热成像传感器组成，摄像芯片分别与视频模块和热成像传感器连接；

所述远距离可燃气体探测器（2）由激光/红外气体探测模块和接口芯片Ⅰ连接组成；

所述头戴式近眼显示模块（4）由LCOS模块、显示芯片、棱镜组成，显示芯片分别与LCOS模块和棱镜连接；

所述定位仪（5）由陀螺仪、无线模块、接口芯片Ⅱ组成，陀螺仪和无线模块分别与接口芯片Ⅱ连接；

电路连接为，嵌入式核心板（7）的MIPI接口与头戴式近眼显示模块（4）的显示芯片连接，USB接口Ⅰ与数据通讯传输模块（6）的无线处理器CPU连接，USB接口Ⅱ和串行通信接口分别与热成像摄像模块（3）的摄像芯片连接，串行通信接口分别与定位仪（5）的接口芯片Ⅱ、远距离可燃气体探测器（2）的接口芯片Ⅰ连接，数据通讯传输模块（6）通过内置天线发送或接收基站（9）的信号，基站（9）与消防指挥中心（10）连接；

远距离可燃气体探测器（2）通过激光/红外气体探测模块可探测距离消防员不少于30m范围内的可燃有害气体浓度；

热成像摄像模块（3）通过视频模块、热成像传感器探测救援环境及其物品温度分布情况；

头戴式近眼显示模块（4）通过棱镜将实时图像、热像、BIM信息、人员位置信息及燃爆风险预警信息投射到人眼视网膜；

定位仪（5）确定并传输消防员所处位置信息；

数据通讯传输模块（6）通过基站（9）与消防指挥中心（10）实现通信；

嵌入式核心板（7）实现对可燃气体浓度数据、热成像温度数据及人员位置信息、燃爆事故风险预测及预警信息的综合处理与传输。