基于智能可穿戴設(shè)備感知的消防員狀態(tài)監(jiān)測與分析系統(tǒng)設(shè)計

郁佳銘

摘要：基于智能可穿戴設(shè)備設(shè)計一種消防員狀態(tài)監(jiān)測與分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括智能可穿戴移動終端、遠(yuǎn)程信息傳輸和智能可穿戴控制平臺。智能可穿戴移動終端以智能手環(huán)的形式佩戴在消防員的手腕，實(shí)現(xiàn)消防員的生理信息、運(yùn)動狀態(tài)和位置信息的采集，同時具備實(shí)時通信功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的信息交流。遠(yuǎn)程信息傳輸主要采用無線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。智能可穿戴控制平臺負(fù)責(zé)現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)控、消防作戰(zhàn)規(guī)劃、專業(yè)技能導(dǎo)航和日常人員管理等功能。該系統(tǒng)以智能可穿戴移動終端為載體，以無線傳輸方式為主干，以智能可穿戴控制平臺為核心，旨在實(shí)現(xiàn)消防員狀態(tài)監(jiān)測、輔助決策信息推送、日常人員管理等功能，提升消防作戰(zhàn)水平。

關(guān)鍵詞：智能可穿戴移動終端;狀態(tài)監(jiān)測;消防作戰(zhàn)

隨著軟硬件的提升，越來越多的智能設(shè)備被開發(fā)出來，例如AR眼鏡、智能手環(huán)和智能頭盔等[1-4]。這些智能設(shè)備可以直接佩戴身上，或者配合服裝和配飾等嵌入在身體的某個部位，能夠提供便攜式的收集數(shù)據(jù)、信息反饋和移動計算服務(wù)。目前，可移動穿戴設(shè)備被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域[5-9]，其中包括在消防領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，但是相關(guān)的系統(tǒng)在現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)控、消防作戰(zhàn)規(guī)劃、專業(yè)技能導(dǎo)航和日常人員管理等方面存在較多問題[10-12]。文章針對消防領(lǐng)域，提出基于智能可穿戴設(shè)備感知的消防員狀態(tài)監(jiān)測與分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測消防員的生理健康、運(yùn)動狀態(tài)和位置信息，同時提供遠(yuǎn)程交互功能，便于指揮中心的指令下達(dá)和輔助決策信息的推送，實(shí)現(xiàn)消防員的智能化管理，提升消防員的作戰(zhàn)水平。

一、總體架構(gòu)

基于智能可穿戴設(shè)備感知的消防員狀態(tài)監(jiān)測與分析系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)共分為三個模塊，分別是智能可穿戴移動終端模塊、遠(yuǎn)程信息傳輸模塊和智能可穿戴控制平臺模塊。其中，智能可穿戴移動終端模塊主要基于智能手環(huán)實(shí)現(xiàn)消防員的生理監(jiān)測、位置定位以及日?？记诘热蝿?wù)。遠(yuǎn)程信息傳輸模塊主要基于遠(yuǎn)程無線的模式將智能手環(huán)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。智能可穿戴控制平臺模塊主要對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、處理以及給出相應(yīng)的應(yīng)急指揮決策。

二、系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)共包括智能可穿戴移動終端、遠(yuǎn)程信息傳輸和智能可穿戴控制平臺三個模塊實(shí)現(xiàn)消防員狀態(tài)的監(jiān)測與分析。

（一）智能可穿戴移動終端

智能可穿戴移動終端是本系統(tǒng)的載體，主要以智能手環(huán)為基礎(chǔ)，利用智能手表的智能監(jiān)測、GPS定位和離線上網(wǎng)功能對消防員進(jìn)行生理信息、運(yùn)動狀態(tài)、位置信息的采集，同時具有遠(yuǎn)程信息交互的功能。

1.生理信息采集

由于作戰(zhàn)現(xiàn)場復(fù)雜的環(huán)境，現(xiàn)場指揮員與遠(yuǎn)程指揮員無法觀察到消防員實(shí)時的作戰(zhàn)場景，無法根據(jù)消防一線的場景進(jìn)行指揮決策。同時缺乏對消防員工作的實(shí)時監(jiān)測，例如通過實(shí)時采集消防員在作戰(zhàn)時的生理特征，可以及時進(jìn)行作戰(zhàn)決策的更新?；诂F(xiàn)有智能手環(huán)的功能可以實(shí)時采集到消防員的體感溫度和心率跳動等生理信息，通過體感溫度和心率跳動可以判斷消防員在作戰(zhàn)現(xiàn)場的健康狀態(tài)。

2.運(yùn)動狀態(tài)采集

運(yùn)動狀態(tài)的監(jiān)測和采集對消防員的生命保障和日常訓(xùn)練具有重大意義。真實(shí)消防作戰(zhàn)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜且惡劣，消防員進(jìn)入作戰(zhàn)現(xiàn)場后可能會面臨危及生命安全的突發(fā)情況，而利用智能手環(huán)的功能可根據(jù)進(jìn)入作戰(zhàn)現(xiàn)場消防員的運(yùn)動狀態(tài)實(shí)時對消防員進(jìn)行監(jiān)測。例如針對地下消防作戰(zhàn)，當(dāng)消防員被困且無法與指揮中心取得聯(lián)系時，指揮中心會根據(jù)消防員的運(yùn)動狀態(tài)判斷是否處于危險處境，并及時進(jìn)行救援，確保消防員的自身生命安全。同時，監(jiān)測消防員的日?；顒涌梢詫?shí)時收集消防員的各項體能信息，做到消防員身體狀態(tài)的日常管理。此外，在日常訓(xùn)練的過程中，可根據(jù)收集的各項實(shí)時數(shù)據(jù)，有針對性地對消防員進(jìn)行訓(xùn)練指導(dǎo)。

3.位置信息采集

作戰(zhàn)消防員的位置信息采集能夠幫助指揮員實(shí)時掌握消防員的位置動向，及時做出相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)指導(dǎo)。位置信息的采集不僅可以指導(dǎo)消防員的作戰(zhàn)，而且對保障消防員的生命安全具有重要意義，例如面對復(fù)雜的作戰(zhàn)現(xiàn)場，當(dāng)消防員昏迷或者受傷時，利用位置信息能夠快速定位消防員的位置并進(jìn)行及時的搜救。同時，在日常的考核過程中，利用位置信息可以判斷消防員是否到崗，根據(jù)位置判斷消防員的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)日常的考勤。

4.遠(yuǎn)程信息交互

該系統(tǒng)的遠(yuǎn)程信息交互主要包括消防輔助決策信息推送和消防員與指揮中心的遠(yuǎn)程交流。消防輔助決策信息的推送主要根據(jù)現(xiàn)有災(zāi)情信息進(jìn)行消防預(yù)案的匹配，將智能輔助決策信息庫中的預(yù)案信息推送給前方作戰(zhàn)消防員。消防員通過智能可穿戴移動終端接收輔助決策信息，幫助消防員了解災(zāi)情并提供作戰(zhàn)注意事項。同時，通過移動終端中的即時通信軟件與指揮中心的指揮員進(jìn)行實(shí)時通訊，實(shí)時更新指揮中心的災(zāi)情信息，并根據(jù)更新的現(xiàn)場實(shí)際情況給前方作戰(zhàn)消防員提供安全警示和戰(zhàn)術(shù)指導(dǎo)意見，規(guī)范作戰(zhàn)操作，實(shí)現(xiàn)安全、有效的消防作戰(zhàn)。

（二）遠(yuǎn)程信息傳輸

智能可穿戴移動終端和控制平臺之間的數(shù)據(jù)交互主要基于無線的通信方式，數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)如圖2所示。作戰(zhàn)消防員進(jìn)行現(xiàn)場作戰(zhàn)時，通過智能可穿戴移動終端將現(xiàn)場的實(shí)時情況及操作流程以數(shù)據(jù)流的形式通過無線電的形式上傳到控制平臺，讓控制中心的人員能夠?qū)崟r了解和分析現(xiàn)場狀況?？刂破脚_將消防預(yù)案信息和各種指令通過無線通信的方式進(jìn)行下達(dá)，實(shí)現(xiàn)消防員與指揮中心的無線實(shí)時互動。

（三）智能可穿戴控制平臺

智能可穿戴控制平臺通過智能可穿戴移動終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集、整理和分析。通過控制平臺與作戰(zhàn)消防員的信息交互，實(shí)現(xiàn)消防救援的指揮管理。該平臺不僅能夠?qū)崿F(xiàn)消防現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)控，同時具備消防作戰(zhàn)規(guī)劃、專業(yè)技能導(dǎo)航和日常人員管理等功能。

1.消防現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)控

本系統(tǒng)的智能可穿戴控制平臺可以通過智能移動終端與消防員進(jìn)行交流，及時了解消防現(xiàn)場動態(tài)情況，實(shí)現(xiàn)消防現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)控。同時，該平臺還可以實(shí)時監(jiān)測消防員的工作動態(tài)，當(dāng)消防員出現(xiàn)違規(guī)和操作不當(dāng)?shù)男袨闀r，系統(tǒng)平臺將通過移動終端發(fā)出警告信息，并通過后臺管理人員給出規(guī)范化的消防作戰(zhàn)操作。

2.消防作戰(zhàn)規(guī)劃

智能可穿戴控制平臺能夠通過警情信息將消防預(yù)案信息庫中的預(yù)案信息推送給前方作戰(zhàn)消防員，同時通過消防員反饋的信息在數(shù)據(jù)庫中搜索預(yù)案信息，實(shí)現(xiàn)正向反饋。此外，該智能可穿戴控制平臺還可以將控制中心的消防指令下達(dá)到每名消防員，為進(jìn)行不同任務(wù)的消防員定做個性化的作戰(zhàn)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)個性化的作戰(zhàn)規(guī)劃推送。

3.專業(yè)技能導(dǎo)航

智能可穿戴控制平臺能夠通過遠(yuǎn)程的交互實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)消防員與相關(guān)專業(yè)人員的交互，通過專業(yè)人員發(fā)出的指令進(jìn)行科學(xué)的操作，以便消防員在不熟悉的領(lǐng)域快速完成作業(yè)任務(wù)，同時提升任務(wù)的效率以及縮短作業(yè)的時間，并且當(dāng)消防員與制定的操作有偏差時，能夠?qū)崟r發(fā)出提醒并給予糾正，實(shí)現(xiàn)提供專業(yè)技能導(dǎo)航的功能。

4.日常人員管理

本系統(tǒng)通過智能可穿戴控制平臺實(shí)現(xiàn)人員的日常考勤、訓(xùn)練和作戰(zhàn)等任務(wù)的管理，以移動終端為載體，利用定位功能替代日常的打卡考勤?？刂浦行哪軌蛲ㄟ^在各支隊范圍內(nèi)的人員定位了解消防員到崗人數(shù)和姓名等信息，實(shí)現(xiàn)消防員的考勤管理。同時，通過移動終端的通訊功能實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練任務(wù)的傳遞和作戰(zhàn)指令的下達(dá)，極大地減輕管理人員的工作負(fù)擔(dān)。

三、結(jié)語

基于智能可穿戴設(shè)備感知的消防員狀態(tài)監(jiān)測與分析系統(tǒng)在消防作戰(zhàn)中可用于消防員的生理信息采集、位置定位，現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)控，專業(yè)技能導(dǎo)航等，同時負(fù)責(zé)消防員與控制中心的實(shí)時交流。在日常訓(xùn)練中可用于消防員訓(xùn)練數(shù)據(jù)的收集、應(yīng)急演練的規(guī)劃和人員的信息管理等。該系統(tǒng)符合消防隊伍的實(shí)際需求，對消防隊伍的作戰(zhàn)與訓(xùn)練具有重要的應(yīng)用價值。

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