CN211705663U - 一种消防用ar单兵可视化面罩及智能作战指挥面罩系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种消防用AR单兵可视化面罩及智能作战指挥面罩系统，属于消防安全领域，解决了火灾现场消防员看不清现场状况，无法判别现场潜在的二次危害等问题。本实用新型在面罩外壳上设置观察窗、探测支耳和空气呼吸器接口；面罩外壳将人体呼吸器官与外界浓烟环境隔绝；观察窗为双层结构，包括防护层和显示屏，能够为消防员提供观察现场环境的视野；探测支耳上设置摄像头、红外热成像仪和雷达，够采集现场的图像、温度、位置信息，且处理后传输至显示屏显示；空气呼吸器为消防人员提供新鲜空气。本实用新型通过单眼AR虚拟图像显示和肉眼实际观测相结合，实现了消防员在浓烟环境依然能够看清现场环境，同时能够隔绝外部有害气体。

Description

一种消防用AR单兵可视化面罩及智能作战指挥面罩系统

技术领域

本实用新型涉及消防安全技术领域，尤其涉及一种消防用AR单兵可视化面罩及智能作战指挥面罩系统。

背景技术

《消防信息化“十三五”总体规划》中指出要贯彻落实创新社会消防管理会议精神，将消防大数据综合监管平台纳入当地指挥城市建设，采集汇聚各行业部门消防安全监管数据，为社会消防安全治理提供规范化、精细化数据支撑，各地按照当地政府要求，开展消防大数据总部和监管平台的分析论证，推进城市消防远程监控系统建设。

《公安部消防局2017年工作要点》强调推进“智慧消防”建设。加强顶层设计，制定“科技强消”实施方案，明确发展方向和任务目标。加快构建基于大数据，依托“智慧城市”、综治平台的社会化消防安全治理平台，推动智慧城市建设试点全部将智慧消防纳入建设内容。作为“智慧消防”体系建设的重要组成部分，未来的灭火作战指挥，将是一个以信息获取、存储、处理、传递为核心的信息系统。当前，大数据分析平台架构已经成型，因此，如何能够在应急救援现场采集到“绝对多的一手数据”，作为“智慧消防”分析处理的数据支撑，必将会对未来的灭火作战指挥以及后期的火灾事故认定起到决定性作用。

目前消防队伍在火场中遇到的问题主要是：1.火灾现场视线模糊，消防员看不清现场状况，且因为一些设备或环境等因素导致消防效率低，营救伤员不及时，增加了不必要的伤亡率等；2.消防人员无法判别现场潜在的二次危害，自身的生命体征等安全问题都得不到很好的预测；3.无法全程记录处置过程，提供不了有利的影像资料依据。因此，需要设计一种新型消防设备，能够适应上述需求，实现智慧消防。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种消防用AR单兵可视化面罩及智能作战指挥面罩系统，至少能够解决如下问题之一：1.火灾现场视线模糊，消防员看不清现场状况，且因为一些设备或环境等因素导致消防效率低，营救伤员不及时，增加了不必要的伤亡率等；2.消防人员无法判别现场潜在的二次危害，自身的生命体征等安全问题都得不到很好的预测；3.无法全程记录处置过程，提供不了有利的影像资料依据。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种消防用AR单兵可视化面罩，包括：面罩外壳、观察窗、探测支耳和空气呼吸器接口；面罩外壳用于将人体呼吸器官与外界浓烟环境隔绝；观察窗能够为消防员提供观察现场环境的视野；观察窗为双层结构，包括防护层和显示屏；探测支耳能够采集现场的图像、温度信息；空气呼吸器接口的出气端位于面罩外壳内侧，用于提供新鲜空气。

具体地，防护层为透明材质，且防护层为弧面形。

具体地，显示屏开启时显示探测支耳采集的现场环境信息图像，关闭时为透明状态。

具体地，显示屏设置在防护层的内侧。

具体地，显示屏与防护层的一半贴合。

具体地，探测支耳对称设置在面罩外壳的左右两端。

具体地，探测支耳上设置有：摄像头、红外热成像仪和雷达。

具体地，摄像头和红外热成像仪的朝向与消防员的视野方向一致；摄像头用于录制现场视频，红外热成像仪能够采集现场红外辐射信息，雷达能够探测物体方位、尺寸和距离。

一种智能作战指挥面罩系统，包括上述的消防用AR单兵可视化智能作战指挥面罩，还包括可穿戴的背托，背托上安装控制器，探测支耳采集到的信息通过无线信号传输到控制器，控制器能够将探测支耳采集到的信息发送至指挥中心；控制器将探测支耳采集到的信息进行处理后传输至显示屏显示。

具体地，面罩系统还包括中继台，中继台能够接收和发射无线信号。

本实用新型至少具有如下有益效果之一：

1.本实用新型的观察窗正对眼睛，便于消防员观察现场情况，显示屏常态为透明状态，不会干扰消防员的正常工作；在浓烟或黑暗环境下，显示屏能够提供的现场环境的准确信息图像，辅助消防员工作。探测支耳上设置红外热成像仪，红外热成像仪和雷达能够实时监控火场周围温度、建筑状态等环境数据，对火灾现场环境温度等信息进行监测，准确发现着火点以及探测隐藏的阴燃火点，判别现场潜在的二次危害，避免二次起火，记录消防过程，提供可参考的影像资料。

2.本实用新型通过AR单眼信息识别技术，空呼压传感，热敏成像，夜视，雷达测距等功能集成到消防头盔/面罩上，解放火场侦察员双手，为后续灭火作战展开奠定基础。显示屏仅占观察窗的一半，AR单眼信息识别与肉眼真实视角相结合，AR能够让消防员在漆黑一片、浓烟滚滚的环境里，仍能看清火灾现场的情况，同时削弱虚拟图像带来的不确定感。

3.本实用新型设置有中继台，能够实现小范围战斗员间的无障碍交流；能够同步将火场影音资料回传指挥平台，且上级指挥长下达指令也能第一时间传达到各特定小组。通过高效的信息覆盖技术，实现较为清晰的现场通讯和影音回传效果，提高单兵间信息通讯，小组内信息通讯以及多组间信息通讯能力，为指挥员部署作战任务提供有效支撑。

本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本实用新型的消防用AR单兵可视化面罩结构示意图一；

图2为本实用新型的消防用AR单兵可视化面罩结构示意图二；

图3为本实用新型的消防用AR单兵可视化面罩的观察窗；

图4为多点中转的信息传输模式示意图。

附图标记：

1-面罩外壳；2-观察窗；3-探测支耳；4-摄像头；5-红外热成像仪；6-空气呼吸器接口；7-中继台；8-起火处；21-防护层；22-AR显示屏。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例一

本实用新型的一个具体实施例，公开了一种消防用AR单兵可视化面罩，如图1所示，包括面罩外壳1、观测窗2、探测支耳3和空气呼吸器接口6。

具体地，本实用新型的消防面罩的面罩外壳1可以采用金属材质或者耐高温纤维材质制作，能够将消防员与现场浓烟、有毒气体等进行隔离，起到隔离保护消防人员的作用。

进一步地，面罩外壳1为弧形结构，与人体的面部贴合，且面罩壳体1的边缘设置密封层，密封层采用具有弹性的耐高温橡胶或者柔软的纤维材质制作，密封层与人体直接接触，能够将消防员与现场浓烟、有毒气体等进行隔离，具有密封作用同时具有隔震缓冲的作用，避免发生跌倒或碰撞时，面罩对人体造成伤害。

具体地，面罩外壳1上设置固定带，固定带为具有一定弹性的可穿戴材质，便于将面罩穿戴在人体头部。

具体地，观察窗2为透明材质，消防员能够透过观察窗2看清火灾现场的情况，观察窗2嵌套在面罩外壳1上，且位于消防员眼睛正前方，便于消防员对现场情况进行准确判断，同时观察窗2将火灾现场的浓烟、有毒气体等消防员进行隔离，保护消防人员的安全。

具体地，面罩外壳1的两侧对称设置两个探测支耳3，探测支耳3与面罩外壳1的两侧侧面贴合，且内部集成探测设备，能够对现场的环境信息进行探测和信息采集。

具体地，如图1、图2所示，探测支耳3上安装摄像头4、红外热成像仪5和雷达(图中未示出)。

摄像头4能够采集消防现场的实景，起到记录消防过程的作用，摄像头4拍摄到的现场图像通过无线信号传输到指挥中心，使指挥中心能够及时判断现场情况，依据现场情况下达指令，保证了指挥命令的及时、准确。同时，摄像头能够记录消防过程，为以后的消防任务提供真实及时的可供参考的资料，便于总结经验以及避免责任纠纷。

红外热成像仪5能够对现场温度进行探测，在浓烟环境下，消防员的视线受阻，无法准确判断起火点，红外热成像仪5能够对现场物体的温度进行探测并及时反馈，辅助消防员寻找起火点以及准确寻找建筑部件内部的阴燃火点，保证灭火完全。

雷达能够对现场环境进行探测，在浓烟环境下，消防员无法看清现场环境，前进困难，探测支耳3上安装雷达，能够探测建筑结构，并将现场结构以视频形式显示在观察窗2上。

进一步地，探测支耳3的摄像头4能够采集消防现场的图像视频；红外热成像仪5能够采集现场的温度情况，实现热敏成像；雷达能够探测建筑的形状、结构、尺寸、距离、高度等信息。

具体地，如图3所示，观察窗2为双层结构，包括防护层21和显示屏22。

防护层21为透明材质，采用高强度钢化玻璃或者PC板制作。PC板又称为聚碳酸酯板、卡普隆板，其耐弱酸，以聚碳酸酯为主要成分，具有耐高温、透明度高、质轻、抗冲击、隔音、隔热、难燃、抗老化等特点。防护层21用于为消防员提供良好的视野，便于观察现场环境，同时具有保护消防人员免受高温、冲击等伤害。

显示屏22为透明显示屏，在常态下为透明状态，在黑暗或浓烟条件消防员无法看清现场环境时，显示屏22用于以AR图像的形式显示探测支耳3采集到的环境信息。显示屏22能够以线框图像的形式显示现场环境的形状、结构、距离、高度等，同时采用不同颜色表示物体的温度高低，为消防员提供环境信息和火点信息。

显示屏22可以与防护层21紧密贴合，也可以与防护层21分离设置。显示屏22正对消防员的单侧眼睛，显示屏22的大小可根据实际应用情况确定。防护层21和显示屏22可以设置为弧面或平面。

进一步地，显示屏22的结构形状为防护层21的一半，设置在防护层21的内侧，且显示屏22与防护层21紧密贴合，实现了单眼AR视频图传，即显示屏22开启时，消防人员一半透过防护层21观察现场情况，一半视角通过显示屏22观测探测支耳3探测到的AR图像信息，使消防员能够结合实际观测视角和AR显示图形对现场情况进行判断，即能够在黑暗或浓烟情况下看清现场，又不至于完全失去肉眼观测到的实际场景。

进一步地，本实用新型的消防面罩的面罩外壳1的下方设置空气呼吸器接口6，空气呼吸器接口6与空气呼吸器连接，为消防员提供新鲜空气。空气呼吸器接口6的内部呼吸罩与人体吻合，外部通过管路连接气瓶。

实施例二

本实施例提供一种智能作战指挥面罩系统，包括实施例一中的消防用AR单兵可视化面罩、背托、控制器和中继台7。

消防员背托上安装控制器，探测支耳3检测到的视频、热敏成像和建筑形态信息均通过无线信号传输到消防员背托上的控制器，控制器将信息进行整合处理后，以AR图像的形式传输到观察窗2上进行显示，实现在黑暗、浓烟环境下对现场环境的准确判断。同时，控制器将采集到的现场信息也会实时发送到指挥中心，方便指挥中心的指挥人员及时、准确的获得准确的现场信息，对指挥人员及时下达命令提供强有力的信息支撑，指挥命令也会通过信息传输以文字或者图片的形式，定点发送回控制器，并显示在观察窗2上。

现有的消防设备由于指挥网信息传输带宽小，抗干扰能力弱，交互效率低，电台3G通讯不稳定，以及单兵装备落后等问题，各类侦检探测设备携带不便，火场内部各信息采集困难。当火情发生在地下几层或地下车库时，烟雾充满整个空间，视线模糊，无法判断方向和火点位置，逐层搜索前进搜救困难，且由于电台通讯嘈杂，信号弱甚至无法接受信号，导致无法准确收听上级指令，与指挥中心失去联络给消防工作带来极大不便。

进一步地，为了便于及时将消防现场的信号传输到指挥中心，在背托上安装用于接收和发射信号的中继台7，每一个消防员身上均配备一台中继台7，每个中继台7即作为信号的接收端也作为信号的发射端，在进行消防工作时，将单点信号传输转化为多点信号中转传送的模式，有效解决消防员深入地下后，与指挥中心失去联络的现象，保证消防员与指挥中心的及时信息反馈。

如图4所示，当地下四层起火时，消防员分布在各个楼层，信号从四层中继台7一层传递到三层、二层、一层，最终成功发送到地面的指挥中心，避免了消防员与指挥中心距离过远导致的信号中断的问题。

进一步地，为了便于消防员之间以及消防员与指挥中心之间的沟通，在面罩外壳的内部安装麦克风和耳麦，用于及时反馈现场情况和接收作战指令。

与现有技术相比，本实施例提供的技术方案至少具有以下有益效果之一：

1.本实用新型的观察窗2正对着眼睛，便于消防员观察现场情况，显示屏22常态为透明状态，不会干扰消防员的正常工作；探测支耳3上设置红外热成像仪5，能够对火灾现场环境温度等信息进行监测，准确发现着火点。

2.本实用新型通过AR单眼信息识别技术，空呼压传感，热敏成像，夜视，测距等功能集成到消防头盔/面罩上，解放火场侦察员双手，为后续灭火作战展开奠定基础。能够让消防员在漆黑一片、浓烟滚滚的环境里，仍能看清火灾现场的情况。能够实时监控火场周围温度、建筑状态等环境数据；

3.本实用新型能够实现小范围战斗员间的无障碍交流；能够同步将火场影音资料回传指挥平台，且上级指挥长下达指令也能第一时间传达到各特定小组。通过高效的信息覆盖技术，实现较为清晰的现场通讯和影音回传效果，提高单兵间信息通讯，小组内信息通讯以及多组间信息通讯能力，为指挥员部署作战任务提供有效支撑。

本实用新型改变了现有火场单兵信息采集接收、显示和协同作战方式，采用AR头显，实现了单兵灭火作战现场数据实时采集与数据回传、单兵身体状况与情绪波动监测、人机自然交互、周边环境实时感知与可视化、灭火作战部署和火势发展的实时把控，实现火场环境下单兵作战的智能化、协同化、数据化和可视化。

本实用新型基于多维火场环境的实时重构技术的AR火场增强现实技术等，设计针对应急救援环境不同，AR头盔，将AR系统集成在现有消防头盔让，适用于一般抢险救灾现场和火场外部监控，凸现视频实时交互功能；AR面罩，将AR系统内嵌在现有空气呼吸器接口的面罩上，凸显热成像、信息通讯和视频交互功能。

从消防应急救援的角度讲,专业指挥命令下达、事故现场信息精准收集以及消防装备应用,对火灾救援、事故调查都具有决定性作用。但由于现有消防机制及设备限制,救灾现场很难得到及时专业指挥,消防人员还在用肉眼直观判断现场环境,单方面决定救援方案。本实用新型的指挥面罩具备远程操控、即时成像定位、无线通讯及设备轻便的AR技术,开始应用于现代消防工作中,使得存在于救援工作中的难题迎刃而解,更加高效安全地实现救援工作成为可能。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种消防用AR单兵可视化面罩，其特征在于，包括：面罩外壳(1)、观察窗(2)、探测支耳(3)和空气呼吸器接口(6)；所述面罩外壳(1)用于将人体呼吸器官与外界浓烟环境隔绝；所述观察窗(2)能够为消防员提供观察现场环境的视野；所述观察窗(2)为双层结构，包括防护层(21)和显示屏(22)；所述探测支耳(3)能够采集现场的图像、温度信息；所述空气呼吸器接口(6)的出气端位于所述面罩外壳(1)内侧，用于提供新鲜空气。

2.根据权利要求1所述的消防用AR单兵可视化面罩，其特征在于，所述防护层(21)为透明材质。

3.根据权利要求1或2所述的消防用AR单兵可视化面罩，其特征在于，所述显示屏(22)开启时显示探测支耳(3)采集的现场环境信息图像，关闭时为透明状态。

4.根据权利要求3所述的消防用AR单兵可视化面罩，其特征在于，所述显示屏(22)设置在所述防护层(21)的内侧。

5.根据权利要求4所述的消防用AR单兵可视化面罩，其特征在于，所述显示屏(22)与所述防护层(21)的一半贴合。

6.根据权利要求1所述的消防用AR单兵可视化面罩，其特征在于，所述探测支耳(3)对称设置在所述面罩外壳(1)的左右两端。

7.根据权利要求1或6所述的消防用AR单兵可视化面罩，其特征在于，所述探测支耳(3)上设置有：摄像头(4)、红外热成像仪(5)和雷达。

8.根据权利要求7所述的消防用AR单兵可视化面罩，其特征在于，所述摄像头(4)和所述红外热成像仪(5)的朝向与消防员的视野方向一致；所述摄像头(4)用于录制现场视频，所述红外热成像仪(5)能够采集现场红外辐射信息，所述雷达能够探测物体方位、尺寸和距离。

9.一种智能作战指挥面罩系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的消防用AR单兵可视化智能作战指挥面罩，还包括可穿戴的背托，所述背托上安装控制器，所述探测支耳(3)采集到的信息通过无线信号传输到所述控制器，所述控制器能够将所述探测支耳(3)采集到的信息发送至指挥中心；所述控制器将所述探测支耳(3)采集到的信息进行处理后传输至显示屏(22)显示。

10.根据权利要求9所述的智能作战指挥面罩系统，其特征在于，所述面罩系统还包括中继台(7)，所述中继台(7)能够接收和发射无线信号。

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