基于自組網(wǎng)技術(shù)的消防現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)

劉萬柱

【摘要】? ? 本文簡(jiǎn)略闡述了基于自組網(wǎng)技術(shù)的消防現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用、部署、功能、特點(diǎn)、設(shè)計(jì)、架構(gòu)等，并分別闡明了各個(gè)組件模塊的功能、設(shè)計(jì)、相互協(xié)作等。各個(gè)組件不僅具有自身的任務(wù)角色，而且彼此之間又要實(shí)現(xiàn)無縫銜接，組合成一個(gè)完整系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】? ? 調(diào)度主機(jī)? ? 調(diào)度平臺(tái)? ? 自組網(wǎng)單兵組件? ? 傳感器組件

一、系統(tǒng)背景

隨著城市不斷快速的發(fā)展，市區(qū)的建筑越發(fā)多樣，城市的環(huán)境越發(fā)突出，居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)等結(jié)合的也越發(fā)緊密。在這復(fù)雜多變的城區(qū)發(fā)生重大災(zāi)害或火災(zāi)時(shí)往往需要后方本部領(lǐng)導(dǎo)或?qū)＜铱焖僮龀鲇行?、科學(xué)、合理的決策，在這樣緊急及特殊的情況下，通過怎樣的技術(shù)手段來建立災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)和后方本部全方位、可視化、實(shí)時(shí)性的信息傳輸就顯得尤為重要和關(guān)鍵。設(shè)計(jì)以自組網(wǎng)為信息傳輸技術(shù)的消防現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)可以順利的保證前方現(xiàn)場(chǎng)與后方本部的可靠通信，實(shí)現(xiàn)消防調(diào)度、指揮、現(xiàn)場(chǎng)管理緊密結(jié)合，建立多角色消防現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)，協(xié)同相關(guān)職能小隊(duì)進(jìn)行火災(zāi)撲救、人員救助、災(zāi)害處置、信息匯報(bào)等任務(wù)。

二、系統(tǒng)簡(jiǎn)述

2.1 系統(tǒng)的應(yīng)用

前方消防人員與現(xiàn)場(chǎng)指揮人員通信采用無線自組網(wǎng)技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)指揮人員與后方本部領(lǐng)導(dǎo)或?qū)＜彝ㄐ挪捎?G/4G、微波或衛(wèi)星等標(biāo)準(zhǔn)通信技術(shù)，運(yùn)用級(jí)聯(lián)方式設(shè)計(jì)消防現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的多種情況應(yīng)用，如低危人員活動(dòng)區(qū)域、高危工業(yè)生產(chǎn)區(qū)域、密集樓宇區(qū)域等，也可應(yīng)用重大災(zāi)害后的現(xiàn)場(chǎng)指揮協(xié)調(diào)。

2.2 系統(tǒng)的部署

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的調(diào)度主機(jī)加入無線自組網(wǎng)功能裝置，使其不僅具備公網(wǎng)調(diào)度平臺(tái)的屬性也具有無線自組網(wǎng)通信的功能，可實(shí)現(xiàn)消防火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的快速部署，消防人員的快速佩戴，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)建立消防員與指揮員的實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、可靠的無線通信渠道。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)融合無線自組網(wǎng)功能的調(diào)度主機(jī)放置在指揮車或消防車內(nèi)，本身自帶鋰電池，無需外接電源供電。具備自組網(wǎng)功能的單兵終端等外設(shè)由需要進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的消防人員佩戴。部署完畢后，就會(huì)形成由多個(gè)消防人員個(gè)體為通信節(jié)點(diǎn)，通過無線自組網(wǎng)技術(shù)，自動(dòng)與消防現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度平臺(tái)進(jìn)行連接，形成一個(gè)前方小區(qū)域的通信網(wǎng)絡(luò)。

2.3 系統(tǒng)的功能

當(dāng)消防人員需要進(jìn)入到前方火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，利用自身攜帶的圖像采集裝置及相關(guān)傳感器等會(huì)把前方火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的可見光圖像、熱成像圖像、消防人員的生命體征數(shù)據(jù)、消防人員的位置信息等通過自組網(wǎng)建立的無線傳輸通道實(shí)時(shí)回傳給現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度平臺(tái)，同時(shí)也通過公網(wǎng)技術(shù)同步給后方本部領(lǐng)導(dǎo)或?qū)＜?，為現(xiàn)場(chǎng)指揮人員及后方本部領(lǐng)導(dǎo)或?qū)＜姨峁┛梢暬那胺角榫凹叭娴娜藛T信息情況，便于現(xiàn)場(chǎng)指揮人員做出合理的、有充分依據(jù)的指令決策。

2.4 系統(tǒng)的特點(diǎn)

調(diào)度主機(jī)集成無線自組網(wǎng)功能，以寬帶無線自組網(wǎng)為核心通信方式，突破了傳統(tǒng)消防救援現(xiàn)場(chǎng)窄帶通信方法，為可視化、綜合化、智能化消防現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度的實(shí)現(xiàn)提供了新的方向。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的無線通信節(jié)點(diǎn)具備自組織、自修復(fù)、自動(dòng)中繼、自主組網(wǎng)的能力，無需現(xiàn)有公共網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支撐，也無需復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃配置，切實(shí)做到即開即用，快捷方便。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 系統(tǒng)的組成

本系統(tǒng)主要由融合自組網(wǎng)功能的調(diào)度主機(jī)、可視化調(diào)度平臺(tái)、自組網(wǎng)單兵組件、語音編解碼組件、可見光圖像采集組件、熱成像圖像采集組件、生命體征傳感器組件、人員定位傳感器組件等八部分組成。

3.2 系統(tǒng)內(nèi)各組件功能

1、自組網(wǎng)調(diào)度主機(jī)。利于消防火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境工作，自組網(wǎng)調(diào)度主機(jī)具備防水、防潮、防鹽霧、防霉菌的功能。自組網(wǎng)調(diào)度主機(jī)不僅人機(jī)界面友好，還要支撐調(diào)度平臺(tái)的有效部署、確保調(diào)度平臺(tái)的穩(wěn)定運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)調(diào)度平臺(tái)的合理分配。通過標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議與無線自組網(wǎng)單元進(jìn)行信息交互，保證前方消防人員通過自組網(wǎng)技術(shù)回傳的數(shù)據(jù)、語音、圖像等信息的實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)指揮人員獲取前方信息的準(zhǔn)確性。2、可視化調(diào)度平臺(tái)。基于Windows系統(tǒng)研發(fā)的可視化調(diào)度平臺(tái)，不僅具有前方現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)可見光圖像、熱成像圖像界面，也具有前方消防人員生命體征數(shù)據(jù)、位置信息數(shù)據(jù)，還具有與前方消防人員語音交互的調(diào)度功能。3、自組網(wǎng)單兵組件。前方消防人員佩戴具有自組網(wǎng)功能模塊的單兵組件，以便消防現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過自組網(wǎng)技術(shù)快速組建臨時(shí)應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度平臺(tái)與前方消防人員的信息無線傳輸，起到搭建無線信息通信鏈路的重要組成部件，不可或缺。4、語音編解碼組件。使用語音來對(duì)前方消防人員執(zhí)行信息的下達(dá)和現(xiàn)場(chǎng)信息的反饋，前方消防人員通過骨傳導(dǎo)聲音裝置進(jìn)行語音的拾取，并匯報(bào)給指揮調(diào)度平臺(tái)，保證在吵雜喧囂的環(huán)境中做到消防人員與指揮人員的清晰準(zhǔn)確溝通。5、可見光圖像采集組件。前方消防人員佩戴具有可見光成像裝置，并集成到消防頭盔中，減少消防人員的承重負(fù)擔(dān)，在有自然光照的條件下采集消防現(xiàn)場(chǎng)圖像信息，擁有視頻信號(hào)的編解碼功能。6、熱成像圖像采集組件。前方消防人員佩戴具有熱成像裝置，同時(shí)安裝在消防頭盔上，在昏暗無光的環(huán)境中可以觀看到待救援人員的大致身體狀態(tài)情況，生成熱圖像，以偽彩色的形式來顯現(xiàn)。7、生命體征傳感器組件。消防人員在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)救援時(shí)，不僅要確保待救援人員的生命安全，也要保障消防人員的人身安全。消防人員佩戴生命體征傳感器后，可以采集消防人員的生命體征信息并發(fā)送給指揮調(diào)度平臺(tái)，供現(xiàn)場(chǎng)指揮人員查看。8、人員定位傳感器組件。人員定位傳感器組件集成到消防靴中，不額外增加消防裝備。此傳感器可以把消防人員在現(xiàn)場(chǎng)的位置信息實(shí)時(shí)回傳給指揮調(diào)度平臺(tái)，供現(xiàn)場(chǎng)指揮人員參考。

3.3? 系統(tǒng)內(nèi)各組件的設(shè)計(jì)

1、自組網(wǎng)調(diào)度主機(jī)。主要包含供電管理模塊、數(shù)據(jù)處理運(yùn)算模塊、自組網(wǎng)功能模塊、射頻功放模塊、對(duì)外接口模塊等構(gòu)成。設(shè)計(jì)供電管理模塊將外部輸入的DC19V經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)化后，輸出穩(wěn)定的多種低紋波電壓值，如DC16V、DC12V和DC5V等，輸出電壓的時(shí)序受到本模塊相關(guān)IC控制，使調(diào)度主機(jī)內(nèi)各個(gè)模塊在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間點(diǎn)獲得符合要求的供電電壓。以X86架構(gòu)來設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理運(yùn)算模塊，實(shí)現(xiàn)調(diào)度主機(jī)的數(shù)據(jù)處理的穩(wěn)定可靠，各驅(qū)動(dòng)IC以相關(guān)總線的形式橋接，如VESA、EISA和PCI等，來完成控制、運(yùn)算和存儲(chǔ)。自組網(wǎng)功能模塊處理射頻信號(hào)發(fā)射接收的調(diào)制解調(diào)、分頻、鑒相、路由算法等，射頻功放模塊完成射頻信號(hào)的放大，并通過MIMO天線實(shí)現(xiàn)與各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的空中接口相互連接，形成基于自組網(wǎng)技術(shù)的專用通信網(wǎng)絡(luò)。對(duì)外接口模塊主要完成內(nèi)部與外部標(biāo)準(zhǔn)通信的對(duì)接，如USB、MIC、Speaker和有線網(wǎng)絡(luò)等，設(shè)計(jì)集成簡(jiǎn)化的方法匯總到一個(gè)功能模塊上，減少內(nèi)部走線，保持內(nèi)部散熱通道合理有效。2、可視化調(diào)度平臺(tái)?？梢暬{(diào)度平臺(tái)核心為流媒體管理、數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)管理、客戶端管理等四部分。設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的圖像/語音/數(shù)據(jù)信息由流媒體服務(wù)/數(shù)據(jù)服務(wù)接收流，轉(zhuǎn)換編碼，建立連接池，輸出視頻流/數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)存至數(shù)據(jù)庫(kù)，操作人員需要查看相關(guān)信息時(shí)，由客戶端向流媒體管理端/數(shù)據(jù)管理端進(jìn)行取流/數(shù)據(jù)操作。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的賬戶、權(quán)限和授權(quán)等由業(yè)務(wù)管理完成，客戶端經(jīng)鑒權(quán)后以人性化的界面形式呈現(xiàn)給操作人員。3、自組網(wǎng)單兵組件。自組網(wǎng)單兵組件運(yùn)用FPGA技術(shù)，對(duì)輸入的電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和輸出。應(yīng)用ATP（自適應(yīng)控制傳輸協(xié)議）和MSR（網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展路由）等技術(shù)保證系統(tǒng)中各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)與調(diào)度主機(jī)迅速組建無線專用局域網(wǎng)絡(luò)及可靠穩(wěn)定傳輸通訊數(shù)據(jù)。4、語音編解碼組件。消防現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境噪音會(huì)非常突出，設(shè)計(jì)有較好能力抑制噪音源的產(chǎn)生、降低噪音輸入過程的耦合形成具有DSP數(shù)字降噪功能的編解碼組件，并通過骨傳導(dǎo)的方式識(shí)別消防人員發(fā)出的聲音。5、可見光圖像采集組件。采用低功耗的CMOS成像傳感器，把經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的圖像信號(hào)輸入給數(shù)字信號(hào)處理中心，最終以無線射頻信號(hào)的方式發(fā)送給自組網(wǎng)單兵組件，實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào)、電信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、射頻信號(hào)的轉(zhuǎn)變。6、熱成像圖像采集組件。選用氧化釩（VOx） 非制冷熱成像機(jī)芯，把采集到的現(xiàn)場(chǎng)熱輻射圖分解成熱輻射信號(hào)，經(jīng)過視頻處理系統(tǒng)后轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)，并經(jīng)過有線的形式接入到自組網(wǎng)單兵組件。7、生命體征傳感器組件。設(shè)計(jì)可監(jiān)測(cè)消防人員生命體征信息的裝置，放置在消防頭盔內(nèi)部，使傳感器與頭部有效接觸，并測(cè)量佩戴人員的表皮溫度、心率、血氧濃度等數(shù)據(jù)，通過藍(lán)牙技術(shù)把數(shù)據(jù)傳輸給自組網(wǎng)單兵組件。8、人員定位傳感器組件。選擇MEMS傳感器來計(jì)算消防人員在室內(nèi)時(shí)的位置信息，消防人員在室外時(shí)的位置信息以BD/GPS技術(shù)為主，位置信息數(shù)據(jù)仍然是通過藍(lán)牙技術(shù)發(fā)送給自組網(wǎng)單兵組件。

四、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

設(shè)計(jì)極簡(jiǎn)的扁平式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，為平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)的調(diào)用更直接、高效、順暢，在提高系統(tǒng)效率的同時(shí)也要保證系統(tǒng)的技術(shù)延伸性，總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖所示：

五、結(jié)束語

本系統(tǒng)以實(shí)際需求為出發(fā)點(diǎn)，充分做到系統(tǒng)的實(shí)用性和可操作性有機(jī)結(jié)合。運(yùn)用無線自組網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)消防現(xiàn)場(chǎng)的指揮調(diào)度在國(guó)內(nèi)外都具有一定的新穎性、先進(jìn)性。借助此文為消防現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度提供一種新方法、新思路，也為相關(guān)人員高效、便利工作的同時(shí)，更好的保護(hù)有關(guān)人員的人身安全。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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