基于無線傳感網絡技術的消防救災環境監測系統的制作方法
【技術領域】
[0001]一種關于計算機領域中的無線傳感技術方面的領域。
【背景技術】
[0002]目前，國內市場上的腕式心率傳感器芯片已能夠在靜止狀態下采集相對準確的人體心率數據。但是當人體處于運動狀態時，所采集的心率數據誤差較大，無法滿足本項目對心率數。據準確性的要求。由于火災現場溫度變化大，煙霧濃度高，現有的溫度傳感器和煙霧濃度傳感器在這種惡劣的環境中工作狀態不穩定，易發生較大的誤差，而火災現場內的溫度變化情況和煙霧濃度是消防指揮人員的指揮調度所必須的參考依據。在室內定位技術方面，國內廠商大都采用了 ZigBee、紅外線、超聲波、藍牙、射頻識別和超寬帶以及GPS信號放大器等技術實現人員在室內的定位。其中，GPS方式實現的室內定位由于信號穩定，在復雜的室內環境中經常出現信號丟失現象，所以不適合用在火災消防等突發性高或復雜的室內環境。其它室內定位技術需要預先根據不同的建筑結構布置大量錨點作為定位參考并實現數據傳輸。然而，由于火災發生地往往都是無法預知的，在這種突發情況下，沒有預先布置錨點的場所將無法實現消防隊員的定位來提供人員的安全保障。目前采用預設錨點的方式只適合特定的高安保場所，實施成本較高，不易推廣。無線測距定位、慣性導航等技術在消防員的生命安全保障和消防救災現場人員定位方面的應用成為新的趨勢。通過對國內外同類項目詳細的調研和仔細分析高單兵裝備的整體性、靈活性以及功能的擴展性入手，對現有傳感器芯片和模塊進行改造、加強。使得我們所研發的裝備能夠方便攜帶、快速裝備，在任何火災場所中都能夠切實有效的記錄消防隊員運動軌跡，保障消防隊員生命安全。目前已有多家國內、國外機構投入大量人力與物力，研制無需預先布置錨點就能夠準確地采集消防隊員的生命體征數據，并實時記錄消防人員在火災現場的運動軌跡。如澳大利亞新南威爾士大學正在研發的Squad消防員室內定位系統，該系統是通過內置的聲納掃描大樓的結構，然后建立一個小型的地圖，從而顯示出整體環境以及小組成員的位置。法國航空公司下屬的泰雷茲(Thales)公司也進行了消防人員室內定位系統的研發工作，該系統將依靠超寬帶的無線電信號，利用無線電脈沖，確定建筑物內消防隊員彼此間的距離以及與外面消防車之間的距離，還增加全球定位系統(GP S)手機的功能，幫助用戶在商場和機場定位。2008年10月，由美國司法部和美國國土安全部的科技TechSolut1ns計劃資助500多萬美元的、由美國伍斯特理工學院(Worcester Polytechnic Institute)歷時五年研發的’ Mantenna?應急響應室內定位系統在由美國國家消防局(USFA)舉辦的第10屆芝加哥應急響應裝備展覽會上展出，該系統在2008年已經進行了現場模擬演練，并將提供給波士頓美國陸軍納提克(NATICK)士兵研究開發和工程中心(NSRDEC)進行測試。但是該系統提供的裝置代價昂貴，尚不適合投入生產實現產品化運作。從我國幾十年的消防裝備產業發展來看，我國消防裝備產業仍然是消防產業發展前景最薄弱的產業之一。消防裝備的核心意義是在事故已發生的情況下，為人類救援物資或受災人員生命起輔助作用；或者是為了充分保證救護人類的人身安全，避免危險情形下救援人員傷亡。
【發明內容】
[0003]本發明主要是:惡劣環境火災現場信息與消防員生命安全特征參數的實時獲取； 惡劣環境火災現場信息包括:
一、除了消防員所到之處的周圍溫度和煙霧濃度等級外，還有消防員所在位置的定位參數，如雷達傳感信號、超聲波傳感信號、電子羅盤傳感信號、加速度傳感信號和大氣氣壓(決定高度)傳感信號等。消防員生命安全特征參數包括:消防員空呼機壓力傳感信號、消防員自身的運動狀態和心率等。這些信息實時獲取的難點有兩個方面。
[0004](I)火災現場的環境非常惡劣，尤其是高溫和強噪聲的干擾；
(2)傳感信號多而復雜，如煙霧濃度，雖然要求檢測精度不高，但由于火災現場煙霧濃度特別高，尚無成熟的合適傳感器，必須根據火災現場情形進行相關的研究。
[0005]二、消防員運動過程中各傳感器信息無線傳輸與網絡構建；
研究數據采集模塊和無線收發模塊之間的接口，在處理器協調下組成無線傳感器網絡節點，由于消防員處于運動過程中，研究各節點之間的動態鏈接，以自組織方式形成無線傳感器網絡。其研究難點有兩個方面:
(I)節點之間動態鏈接時的變結構和自組織算法；
(2 )由于數據采集模塊以及傳感器功耗較大，這給無線傳感器網絡在一次充電情況下的延長其工作時間帶來很大的困難。
[0006]三、復雜環境的消防人員行動軌跡浮錨點跟蹤定位；
(O以移動的消防車為浮動錨點研究消防人員行動軌跡的無線傳感網絡定位信息。
[0007](2)以雷達、超聲波、電子羅盤等多種傳感器信息研究消防人員行動軌跡的跟蹤定位信息。
[0008](3)基于信息融合技術研究消防人員所處的位置。
[0009]4、消防現場監控平臺與城市消防中心控制系統的研發；
(O消防現場監控平臺實時顯示消防員生命體征和位置，接收并處理救災現場環境參數、消防員生命體征、空呼機壓力以及定位位置等數據，實現對整個救災現場的監控，進而協助火災現場的指揮調度。
[0010](2)消防現場監控平臺及時將信息傳送到城市消防控制中心，實現與現場聯動，及時掌握現場狀況進行遠程指揮，并對重要信息做歷史性的保存。
【主權項】
1.基于無線傳感網絡技術的消防救災環境監測系統其特征是惡劣環境火災現場信息與消防員生命安全特征參數的實時獲取與組網。
2.根據權利要求1其為通過TinaPro電路仿真分析軟件仿真分析各傳感器信號采集電路，優化信號采集電路的設計。
3.根據權利要求1其從節點設計到網絡協議設計，始終以一次充電情況下無線傳感網絡最長工作時間為目標，提高網絡的節能技術。
4.根據權利要求1則從硬軟件兩方面，對新產品進行可靠性設計，充分運用故障診斷和容錯技術，擔聞新廣品的可罪性。
5.消防人員行動軌跡跟蹤定位方法與積累誤差消除其特點是采用美國AnsoftHFSS三維結構電磁場仿真軟件分析仿真三維無源結構的高頻電磁場，分析特征阻抗、傳播常數、S參數及電磁場、輻射場、天線方向圖等無線傳感網絡定位信息。
6.根據權利要求5其采用人為錨點進行無線傳感網絡組網和定位實驗，進而實驗研究浮錨點無線傳感網絡定位。
7.根據權利要求5其為了解決消防人員行動軌跡跟蹤定位積累誤差，在必要時采用增加超聲波傳感器信息，通過信息融合與模式識別相結合的方法實現軌跡跟蹤定位積累誤差的減小和消除。
【專利摘要】消防員數字單兵裝備，主要用于保障消防員生命安全，是利用無線傳感網絡技術，實時監測消防隊員在救災現場的生命體征指標以及對現場煙霧濃度、溫度變化等環境參數的采集，實現對消防隊員進行實時軌跡跟蹤定位，并將上述數據遠程傳輸到指揮中心進行分析，為指揮人員指揮調度提供參考依據的系統裝置。
【IPC分類】G08B25-08, A61B5-0205, H04W84-18, H04L29-08
【公開號】CN104602365
【申請號】CN201310530280
【發明人】不公告發明人
【申請人】鎮江華揚信息科技有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2013年10月31日