一種基于光伏新能源的一鍵報(bào)警救助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

龔恒翔　朱新才

摘 要：戶外遇險(xiǎn)救助行為中，多種因素導(dǎo)致救援出現(xiàn)時(shí)間延遲，導(dǎo)致?lián)p失擴(kuò)大。文章設(shè)計(jì)里一種新的一鍵報(bào)警救助裝置，它由監(jiān)控后臺(tái)和多個(gè)報(bào)警柱構(gòu)成。報(bào)警柱采用光伏新能源供電，地埋蓄電池儲(chǔ)能，利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)或自組網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)現(xiàn)報(bào)警柱與監(jiān)控后臺(tái)的雙向交互通信。不僅可以進(jìn)行報(bào)警呼救，而且監(jiān)控后臺(tái)操作人員可以主動(dòng)查看報(bào)警柱周圍情況。在重慶北碚縉云山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)建立了一套測(cè)試系統(tǒng)，包括一個(gè)監(jiān)控后臺(tái)和四個(gè)報(bào)警柱，最遠(yuǎn)距離超過5km，試運(yùn)行效果良好。

關(guān)鍵詞：光伏新能源；報(bào)警；救助

中圖分類號(hào)：X43 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）04-0034-02

Abstract： In outdoor distress rescue， many factors lead to the delay of rescue time， resulting in the expansion of losses. In this paper， a new one-click alarm rescue device is designed， which is composed of monitoring backstage and multiple alarm columns. The alarm column uses photovoltaic new energy to supply power， buried battery to store energy， and the existing network or self-assembly network to achieve two-way interactive communication between alarm column and monitoring background， so that it can make the alarm call for help， and the monitoring background operators can actively check the situation around the alarm column. A test system has been established in Beibei Jinyun Mountain National Natural Reserve of Chongqing， including a monitoring background and four alarm columns， with a maximum distance of more than 5km.

Keywords： photovoltaic new energy； alarm； rescue

引言

突發(fā)事件在我們生活中時(shí)常出現(xiàn)，如自然災(zāi)害、交通事故、迷路走失、突發(fā)疾病等情況[1]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)與裝備水平的提高，特別是交通與通訊手段的提高，與十幾年前相比，無論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，處理突發(fā)事件的效率顯著提高[2]。政府的和民間自發(fā)形成的救援組織在處理突發(fā)事件中起到了非常重要的作用。但我們也應(yīng)該看到傳統(tǒng)的應(yīng)急救援模式存在的必然缺陷。首先是空間不重合導(dǎo)致的時(shí)間延遲，突發(fā)事件發(fā)生地與救援力量所在地往往是有一定的空間距離，即便是第一時(shí)間出發(fā)趕往事發(fā)點(diǎn)，也會(huì)存在時(shí)間的延遲，尤其是道路交通狀況不好，時(shí)間的延遲更加顯著。其次是通訊可靠性不高，目前手機(jī)使用較為普遍，但前提是網(wǎng)絡(luò)覆蓋和充足的供電。很多突發(fā)事件發(fā)生地可能沒有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，也沒有方便的充電設(shè)施[3]。國(guó)內(nèi)近年來報(bào)道的旅游戶外探險(xiǎn)走失事件就反映了普通手機(jī)通信的不可靠性[4，5]。再有就是被動(dòng)等待救援，不能積極自救。應(yīng)急救援雖然是專業(yè)性很強(qiáng)的工作，但如果有專業(yè)人員輔助和必要的器材用品，具有正常行為能力和理解能力的人，也可以開展救援工作。比如戶外心臟病突發(fā)，如果有應(yīng)急藥品供應(yīng)，完全可以避免不可逆轉(zhuǎn)情況發(fā)生，等待專業(yè)人員到達(dá)并處理。

本文設(shè)計(jì)研發(fā)了一種基于光伏新能源的一鍵報(bào)警救助系統(tǒng)，可以充分彌補(bǔ)目前救援模式導(dǎo)致的時(shí)間滯后、通信不可靠和被動(dòng)等待缺陷，有效提高應(yīng)急救援的時(shí)效性，最大程度地降低突發(fā)事件導(dǎo)致的損失。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一鍵報(bào)警救助系統(tǒng)由一個(gè)監(jiān)控后臺(tái)和若干個(gè)一鍵報(bào)警柱構(gòu)成。如圖1所示，一鍵報(bào)警柱與監(jiān)控后臺(tái)通過無線網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)有無線通信網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)自組網(wǎng)）建立通信聯(lián)系，可以實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)、語音數(shù)據(jù)雙向傳遞，可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警柱視頻數(shù)據(jù)傳向監(jiān)控后臺(tái)。報(bào)警柱與監(jiān)控后臺(tái)的距離理論上沒有限制，實(shí)際情況下需要考慮地形、天氣等因素，在自組網(wǎng)不加信號(hào)中繼裝置情況下，直視3km可以穩(wěn)定工作。

一鍵報(bào)警柱的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

一件報(bào)警柱包括蓄電池模塊、電源管理模塊、立柱、報(bào)警操作面板、信號(hào)發(fā)射接收器、光伏組件和避雷針等幾個(gè)主要組成部分。蓄電池和電源管理模塊采用地埋方式安裝在地表以下約50cm，用防水抗壓的專用箱體安放。蓄電池實(shí)現(xiàn)光伏電能的儲(chǔ)備，也釋放電能提供報(bào)警柱用電負(fù)載的工作。電源管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電能的轉(zhuǎn)化、配置及對(duì)其他用電負(fù)載的電能控制。立柱是整個(gè)報(bào)警柱的支撐結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部設(shè)計(jì)有可以電控開啟的倉(cāng)室，可以儲(chǔ)放應(yīng)急藥品、消防用品、飲用水等器材物資，儲(chǔ)放倉(cāng)室需要后臺(tái)監(jiān)控人員遠(yuǎn)程開啟。報(bào)警操作面板是報(bào)警柱的核心部件，它是一種支持雙向語音、單向視頻的一體化模塊器件，數(shù)據(jù)可以通過無線、有線方式實(shí)現(xiàn)傳輸。信號(hào)發(fā)射接收器是報(bào)警柱用于接受傳輸數(shù)據(jù)的模塊。光伏組件是把太陽光轉(zhuǎn)化為電能的裝置，根據(jù)報(bào)警柱用電負(fù)載的功率大小、安裝當(dāng)?shù)氐墓夥Y源狀況進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠ヅ溥x擇。壁壘針是報(bào)警柱的防雷擊附屬配件，在地形特殊的山區(qū)及平原地區(qū)避雷針設(shè)計(jì)是重要和不可缺少的。此外，可以在裝置頂部安裝夜間閃爍警示燈，便于遇險(xiǎn)人員在遠(yuǎn)處就可以看到報(bào)警柱的位置。endprint

2 試驗(yàn)系統(tǒng)

研究團(tuán)隊(duì)在重慶市縉云山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)安裝了一套包括一個(gè)監(jiān)控后臺(tái)和4個(gè)一鍵報(bào)警柱的試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)?？N云山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)是旅游勝地，每年都有大量游客登山游覽，發(fā)生過部分青少年游客和戶外探險(xiǎn)者違規(guī)進(jìn)入未開發(fā)區(qū)域，導(dǎo)致迷路、墜落等意外事件。此外，保護(hù)區(qū)內(nèi)植被豐富，森林火險(xiǎn)監(jiān)控壓力很大。監(jiān)控后臺(tái)主機(jī)由1臺(tái)Dell T 7500工作站構(gòu)成，配置有臺(tái)式麥克風(fēng)。蓄電池采用12v 65AH光伏專用膠體蓄電池，兩塊冗余。光伏組件選用200Wp單晶組件2塊（24V系統(tǒng)）。電源管理模塊自主設(shè)計(jì)調(diào)試，它的功能包括把光伏組件電能儲(chǔ)存到蓄電池、控制蓄電池的充放電過程、為報(bào)警操作面板提供電能、為儲(chǔ)物倉(cāng)門開啟提供電能和監(jiān)控倉(cāng)門的開啟關(guān)閉狀態(tài)，為信號(hào)發(fā)射接受器提供電能。信號(hào)接收發(fā)射器包括5口集線器（TL-SF1005）和網(wǎng)橋（ubnt LocoM5 5.8G），報(bào)警器選用成品視頻報(bào)警器（VS-930F 戶外型）。如圖3所示為報(bào)警柱現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物照片及調(diào)試場(chǎng)景。

在監(jiān)控后臺(tái)看到的多屏前端畫面如圖4所示。

報(bào)警柱靜態(tài)功耗20W，工作功耗24-30W，重慶光伏資源平均數(shù)據(jù)為年均日照時(shí)數(shù)1100小時(shí)，縉云山區(qū)由于地形和局域氣候因素，年有效日照時(shí)數(shù)小于800小時(shí)。報(bào)警柱配置400wp組件可以保證3-4天的連續(xù)陰雨天數(shù)（系統(tǒng)待機(jī)狀態(tài)）。整套一件報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)自建成后，連續(xù)運(yùn)行16個(gè)月。期間除一個(gè)報(bào)警柱由于降雨積水導(dǎo)致滲流外，其他均正常工作，取得了與預(yù)想符合的實(shí)際效果。

3 結(jié)束語

基于光伏新能源的一鍵式報(bào)警救助系統(tǒng)利用光伏新能源技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)改變了目前常規(guī)的突發(fā)事件應(yīng)急處理中必然存在的時(shí)間滯后、通訊保障能力差、被動(dòng)救援的不足，可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警與救援的零時(shí)間響應(yīng)，救援人員可以充分了解現(xiàn)場(chǎng)情況，遇險(xiǎn)人員可以在專業(yè)救援人員的協(xié)助下自助進(jìn)行自我施救。通過這種方式，可以提高突發(fā)時(shí)間救援的有效性，大幅度降低損失，對(duì)于偏遠(yuǎn)的農(nóng)村、山區(qū)、旅游景點(diǎn)等具有較高的使用價(jià)值和推廣意義。

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