裝甲車輛乘載員生命指標遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計

考希賓，孔　巍，萬　紅，王延琦，夏寶清，武海明，閆永平

裝甲車輛乘載員生命指標遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計

考希賓，孔巍，萬紅，王延琦，夏寶清，武海明，閆永平

目的：設計一種裝甲車輛乘載員生命指標遠程監(jiān)控系統(tǒng)。方法：運用傳感器測試技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、芯片技術(shù)等相關(guān)技術(shù)進行設計，系統(tǒng)包括生命指標參數(shù)測試傳感器、環(huán)境參數(shù)測試傳感器、士兵信息模塊、調(diào)制解調(diào)器、信息發(fā)送與接收系統(tǒng)等。系統(tǒng)硬件由單人設備、車載設備和監(jiān)控終端3個部分組成；軟件通過2級網(wǎng)絡實現(xiàn)人員生命體征及周邊環(huán)境條件的實時監(jiān)控。結(jié)果：該系統(tǒng)能夠滿足裝甲車輛乘載員生命體征和艙室微環(huán)境指標監(jiān)控的需要。結(jié)論：該系統(tǒng)對于評價戰(zhàn)士身體狀態(tài)和艙室微環(huán)境、提高戰(zhàn)傷救治水平、保護乘載員生命安全具有重要意義。

裝甲車輛；生命指標；遠程監(jiān)控

0　引言

裝甲車輛乘載員生命指標遠程監(jiān)控系統(tǒng)用于裝甲車輛乘載員身體健康狀況和周圍環(huán)境的遠程監(jiān)控，通過智能傳感器實時監(jiān)測人體主要生命指標參數(shù)和周邊環(huán)境參數(shù)。美軍早在10多年前就已運用生命體征監(jiān)測系統(tǒng)開展士兵動態(tài)生理參數(shù)測試及評估等工作。該系統(tǒng)由體溫傳感器、呼吸探測器、生命信號探測器、個人生命信息中心等部件構(gòu)成，監(jiān)測乘員的體溫、心率、呼吸等指標，并通過網(wǎng)絡上傳，指揮員和醫(yī)務人員通過生命體征來判斷人員的身體狀況，為戰(zhàn)場人員生命緊急救治提供依據(jù)，在感知戰(zhàn)場局勢、決策衛(wèi)勤保障方案以及兵力調(diào)動部署方面具有重要作用。國內(nèi)多運用實車測試對乘載員血壓、心率、脈搏、體溫等生理指標進行實時監(jiān)測，根據(jù)生理指標變化情況可以分析被監(jiān)測人員的疲勞及傷病狀態(tài)，有助于全面了解被監(jiān)測人員的生理狀態(tài)。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點

1.1總體結(jié)構(gòu)

裝甲車輛乘載員生命指標遠程監(jiān)控系統(tǒng)由單人設備、車載設備和監(jiān)控終端3個部分組成。運用傳感器測試技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、芯片技術(shù)、數(shù)據(jù)集成技術(shù)等，通過人體生命指標傳感器和環(huán)境參數(shù)傳感器采集人體的多項生命體征信息及相關(guān)環(huán)境參數(shù)，采集信息依次經(jīng)過調(diào)制解調(diào)器處理，集成到無線網(wǎng)絡中并傳輸至遠端醫(yī)療救援中心或/和指揮中心，中心人員可以通過實時監(jiān)測到的士兵訓練、演習、實戰(zhàn)及休息過程中各項生命指標參數(shù)及周邊環(huán)境參數(shù)的變化，了解并初步判斷士兵的生命狀況及環(huán)境影響因素狀況。該系統(tǒng)隨著衛(wèi)星導航、遠程醫(yī)療信息技術(shù)的逐步發(fā)展，將人員導航定位及遠程醫(yī)療救護等功能納入到整個系統(tǒng)中，最終實現(xiàn)全天候、全時段、全地域?qū)θ藛T生命體征及其周邊環(huán)境狀況的實時、定位監(jiān)控。整個系統(tǒng)的原理示意圖如圖1所示。

圖1　裝甲車輛乘載員生命指標遠程監(jiān)控系統(tǒng)原理示意圖

1.2系統(tǒng)硬件組成模塊

1.2.1單人設備

單人設備包括士兵信息模塊、生命指標參數(shù)測試傳感器、環(huán)境參數(shù)測試傳感器和單兵終端。士兵信息模塊存儲每位乘載員的健康狀況與基本情況等信息，可為救援人員提供必要指導，如姓名、性別、血型、傷病史、過敏史及其他有關(guān)情況；生命指標參數(shù)測試傳感器主要采集呼吸、心率、皮膚溫度、血壓、血氧飽和度、人體活動度和姿態(tài)等；環(huán)境參數(shù)測試傳感器主要采集溫濕度、風速、氣壓、氧氣、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、二氧化硫、二氧化氮、氨氣、X線、γ線、電磁輻射等；單兵終端的功能為士兵信息記錄、生命指標參數(shù)和環(huán)境參數(shù)采集、北斗授時、北斗定位及與車載設備的通信。

系統(tǒng)各項生命指標參數(shù)及環(huán)境參數(shù)的報警閾值可自行設定，當達到閾值時系統(tǒng)自動報警，同時兼有手動報警功能。指揮人員可以及時與乘載員進行溝通，在綜合分析這些信息后作出合理決策，并協(xié)助他們完成各項復雜危險的任務。系統(tǒng)具有自存儲功能，用于事后數(shù)據(jù)分析。

1.2.2車載設備

車載設備包括車內(nèi)控制器局域網(wǎng)絡（controller area network，CAN）總線鏈路、車載終端、備用終端、通信電臺和北斗通信收發(fā)信機。車載設備的功能為接收單兵信息、信息的顯示、信息的無線發(fā)送。

1.2.3監(jiān)控終端

監(jiān)控終端包括監(jiān)控計算機、無線通信電臺和北斗通信收發(fā)信機。監(jiān)控終端的功能為與車載設備通信，通過接收車載設備的信息，掌握各個乘載員的生命指標參數(shù)和環(huán)境參數(shù)以及乘載員的位置坐標。

1.3系統(tǒng)軟件及接口關(guān)系

系統(tǒng)軟件通過2級網(wǎng)絡實現(xiàn)人員生命體征及周邊環(huán)境條件的實時監(jiān)控。車內(nèi)信息傳輸采用有線方式或者ZigBee自組網(wǎng)無線方式，通過車載無線網(wǎng)絡并傳輸至遠端醫(yī)療救援中心或/和指揮中心。

第一級網(wǎng)絡是乘載員通過單人終端與車載設備的通信。乘載員在車內(nèi)，可以通過車內(nèi)CAN總線與車長終端進行有線通信；若乘載員離開車輛，可通過ZigBee無線通信接口與車長終端進行組網(wǎng)通信。

第二級網(wǎng)絡是車載設備與監(jiān)控終端的通信，其方式有2種：一種是通過車載電臺的方式與監(jiān)控終端電臺進行數(shù)據(jù)通信，另一種是通過衛(wèi)星通信模塊與監(jiān)控終端的衛(wèi)星通信模塊進行數(shù)據(jù)通信。

系統(tǒng)設備接口與連接關(guān)系框圖如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)設備接口與連接關(guān)系框圖

2　應用效果

我國在航空、航天領域人體生理及環(huán)境條件參數(shù)的測試傳輸監(jiān)測方面的研究已相對完善，在石油化工、抗震救災、醫(yī)療等領域也有初步應用，目前報道的可穿戴式無線多參數(shù)生命體征監(jiān)測系統(tǒng)等都可實現(xiàn)患者個體健康狀況的監(jiān)測[1-5]。美國未來戰(zhàn)士裝備研究中心運用單兵生命體征監(jiān)測系統(tǒng)開展了士兵動態(tài)生理參數(shù)測試及評估工作，可以掌握每個戰(zhàn)士的實時生理數(shù)據(jù)，美軍已將該項技術(shù)應用于海外部隊[6]。

該系統(tǒng)可廣泛應用于軍隊作訓、武警特警人員安全監(jiān)控、消防人員危險作業(yè)安全監(jiān)測、環(huán)保監(jiān)察應急能力建設、危險物質(zhì)監(jiān)測、工業(yè)污染清理、醫(yī)療救治、藥物研究、石油化工探測、反恐維和等領域，應用前景廣闊。

3　結(jié)語

裝甲車輛乘載員生命指標遠程監(jiān)控系統(tǒng)以人體生理參數(shù)監(jiān)測為基礎，以信息技術(shù)為平臺，通過小型化、智能化的傳感器測試技術(shù)，借助無線網(wǎng)絡的強大傳輸和兼容功能，實現(xiàn)乘載員生命指標和環(huán)境參數(shù)的遠程實時監(jiān)控[7-9]。該系統(tǒng)對于評價戰(zhàn)士身體狀態(tài)和艙室微環(huán)境、提高醫(yī)療救援水平、保護乘載員生命安全具有重要意義，主要適用于裝甲機械化部隊，特別適用于偵察分隊、醫(yī)療救護分隊、通信保障分隊、執(zhí)行特殊任務分隊以及各級指揮人員等在日常作訓

（????）（????）過程中和戰(zhàn)時的生命體征狀況的監(jiān)測。一方面可以及時掌握戰(zhàn)時士兵生命體征狀況及周邊環(huán)境條件，提高救治水平，并根據(jù)環(huán)境條件的變化采取合理有效的措施，保護人員生命及財產(chǎn)安全；另一方面可以監(jiān)測士兵日常訓練水平及強度，合理安排休息，以促進士兵體力恢復，提高作訓效率。另外，該系統(tǒng)可與通信衛(wèi)星互聯(lián)互通，實現(xiàn)作戰(zhàn)區(qū)域人員生命指標與戰(zhàn)場作戰(zhàn)信息的一體化，為戰(zhàn)場指揮人員和救援人員提供及時有效的信息。隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，該系統(tǒng)將不斷完善和拓展應用，逐步實現(xiàn)師（旅）、軍乃至整個戰(zhàn)區(qū)士兵生命指標的全程同步監(jiān)控。總之，該系統(tǒng)應用范圍廣、市場前景廣闊，不僅可以用于裝甲車輛乘載員等部隊作戰(zhàn)人員，還具有十分廣泛的民用前景。

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（收稿：2014-09-20修回：2015-03-24）

Design of remote vital signs monitoring device in armored vehicle

KAO Xi-bin1,2,KONG Wei1,WAN Hong1,WANG Yan-qi1,XIA Bao-qing1,WU Hai-ming1,YAN Yong-ping2
（1.Health Research Institute of Ordnance industry,Xi'an 710065,China; 2.The Fourth Military Medical University,Xi'an 710032,China）

Objective To develop a remote vital signs monitoring device for the crewman in the armed vehicle.Methods The device involved in the technologies of sensor,information transmission,array and etc,and consisted of vital signs sensor,environment sensor,soldier information module,modem,information sending and receiving system and etc.The hardware of the device was composed of three components of personal terminal,vehicle-mounted instrument and monitoring terminal.The software of the device realized real-time monitoring of vital signs and environment through a two-level network.Results The device could realize the monitoring of personnel vital signs and chamber micro environment in the armed vehicle.Conclusion The device facilitates the evaluation of soldier physical condition and chamber micro environment.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（10）：43-44，82]

armored vehicle;vital signs;remote monitoring

[中國圖書資料分類號]R318；TP311.1A

1003-8868（2015）10-0043-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.10.043

考希賓（1980—），男，高級工程師，主要從事人機工效及生命保障裝備方面的研究工作，E-mail：xbkao1980@163.com。

710065西安，兵器工業(yè)衛(wèi)生研究所（考希賓，孔巍，萬紅，王延琦，夏寶清，武海明）；710032西安，第四軍醫(yī)大學（考希賓，閆永平）

閆永平，E-mail：yanping@fmmu.edu.cn