基于自組網(wǎng)技術(shù)的消防指揮調(diào)度系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

陳盛宣 曹佳順

摘要：消防指揮調(diào)度系統(tǒng)中各個組件不僅具有自身的任務角色，而且彼此之間還能實現(xiàn)無縫銜接，組成一個完整系統(tǒng)?，F(xiàn)對消防指揮調(diào)度系統(tǒng)中自組網(wǎng)技術(shù)的應用、設計、部署、架構(gòu)等方面進行研究，并對消防指揮調(diào)度系統(tǒng)中各個模塊的功能、協(xié)作進行闡述。

關(guān)鍵詞：消防指揮調(diào)度系統(tǒng)；自組網(wǎng)技術(shù)；調(diào)度主機；

1 系統(tǒng)背景

隨著城市化進程的加快，城市中建筑建設的復雜程度也越來越高，比如原本單獨存在的居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)，都逐漸演變得相互交織、錯綜復雜，且各個區(qū)域之間的聯(lián)系也越來越密切。在這種環(huán)境中，一旦發(fā)生消防事故，需要消防部門能夠快速進行救援行動，并在行動前做出合理的決策[1]。但是在如此復雜的緊急狀況下，單純依靠人工很難完成復雜度高的消防作業(yè)，需要借助科技的手段來輔助完成消防作業(yè)工作的決策、監(jiān)控和救援活動，通過信息化的救援管理實現(xiàn)消防調(diào)度、指揮等動作，通過建立救援活動中不同的調(diào)度角色來完成消防調(diào)度指揮系統(tǒng)的設計[2]。以此來保證消防救援活動中各個要素之間的高度協(xié)調(diào)性，保證救援的有效性和高效性。

2 系統(tǒng)簡述

2.1? 系統(tǒng)的應用

基于自組網(wǎng)技術(shù)完成消防救援活動中消防人員與指揮人員之間的通信，通常采用4G/5G的通信標準來完成整個通信活動[3]，必要時也會采用衛(wèi)星微波通信技術(shù)來完成[4]，其中通信需求的實現(xiàn)通常采用級聯(lián)的方式來完成整個消防調(diào)度指揮系統(tǒng)的設計，從而實現(xiàn)系統(tǒng)能夠面對復雜的消防救災環(huán)境，比如低危人員的活動區(qū)域、高危的工業(yè)區(qū)域、人口密集的居民區(qū)等環(huán)境中都可以使用消防調(diào)度指揮系統(tǒng)完成重大災害的現(xiàn)場調(diào)度和指揮[5]。

2.2? 系統(tǒng)的部署

在整個消防調(diào)度指揮系統(tǒng)的設計中，通常采用調(diào)度主機的方式來完成整個系統(tǒng)核心部件的部署，使其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)公域網(wǎng)絡的調(diào)度，還能夠通過無線信息傳輸?shù)姆绞絹斫档托畔鞒鲞^程中的延遲，提升消防救援現(xiàn)場的信息反饋速度，有助于指揮人員及時作出合理的救援決策。在硬件方面每一個消防人員都需要佩戴相應的救援信息拍攝設備，盡可能實現(xiàn)救援人員與指揮人員之間現(xiàn)場信息的傳輸穩(wěn)定性和高效性[6]。在系統(tǒng)的設計中將具備自組網(wǎng)功能的調(diào)度主機通過配置鋰電池供電功能，并將其放置在消防車或者指揮車內(nèi)。對每一個進入救援現(xiàn)場的人員配備終端設備，通過自組網(wǎng)技術(shù)建立由多個消防人員組成的信息通信節(jié)點，從而實現(xiàn)消防人員與消防救援指揮系統(tǒng)之間的鏈接，形成以“現(xiàn)場救援人員—現(xiàn)場指揮人員—后方指揮現(xiàn)場”為核心的區(qū)域通信網(wǎng)絡[7]。

2.3? 系統(tǒng)的功能

進入救援一線的消防人員都要佩戴圖像采集裝置，通過傳感器進行信息采集從而實時地將救援一線現(xiàn)場圖像與救援人員體征數(shù)據(jù)、位置等信息通過區(qū)域通信網(wǎng)絡快速回傳給一線指揮人員和后方的消防指揮調(diào)度系統(tǒng)，使其能夠快速掌握救援現(xiàn)場信息，及時作出合理的決策，通過公網(wǎng)的技術(shù)標準將信息回傳給后臺指揮系統(tǒng)，從而使后方領(lǐng)導專家、一線指揮人員都能夠通過現(xiàn)場的場景信息及時作出合理的救援決策[8]。

2.4? 系統(tǒng)的特點

消防調(diào)度系統(tǒng)主機是整個區(qū)域網(wǎng)絡中的核心，采用無線網(wǎng)絡的方式在很大程度上實現(xiàn)了救援現(xiàn)場信息可視化，消防調(diào)度系統(tǒng)的設計提供不再需要通過公域網(wǎng)絡來實現(xiàn)消防救援一線現(xiàn)場數(shù)據(jù)的傳輸，整個網(wǎng)絡系統(tǒng)也不需要配置復雜的網(wǎng)絡，做到消防調(diào)度系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)即開即用。

3 系統(tǒng)設計方案

3.1? 系統(tǒng)的組成

本系統(tǒng)的設計核心是調(diào)度主機和調(diào)度系統(tǒng)，并且借助自組網(wǎng)技術(shù)的單兵配置、語言解碼、可見光采集、熱成像組件、生命體征監(jiān)測系統(tǒng)、救援人員定位等8個部分組成。

3.2? 系統(tǒng)內(nèi)各組件的功能

3.2.1? 自組網(wǎng)調(diào)度主機

能夠適應環(huán)境復雜的救災環(huán)境，具備防水、防潮、防霉菌、防煙霧等功能。自組網(wǎng)調(diào)度主機不僅需要簡潔的人機交互，還需要對調(diào)度主機進行有效的部署、穩(wěn)定運行進行規(guī)劃，實現(xiàn)調(diào)度平臺的合理分配。通過TCO/IP協(xié)議[9]與無線自組網(wǎng)中的單元進行即時的信息交互，保證前方消防作戰(zhàn)人員回傳的數(shù)據(jù)具備高度的時效性，從而保證現(xiàn)場和后方本部的指揮人員、領(lǐng)導能夠獲取準確的信息。

3.2.2? 可視化調(diào)度平臺

通過Windows系統(tǒng)完成對調(diào)度平臺可視化界面的研發(fā)，使得該系統(tǒng)能夠傳輸前方現(xiàn)場實時的圖像信息，比如可見光圖像[10]、熱成像儀圖像[11]，并且能夠接收現(xiàn)場傳來的關(guān)于前方救援人員的生命體征數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可以實時圖表的方式進行動態(tài)變化，該數(shù)據(jù)可以坐標的方式在界面中顯示位置信息，同時具備語音交互功能。

3.2.3? 自組網(wǎng)單兵組件

一線的救援人員進入現(xiàn)場之前，需要為每位救援人員配備專業(yè)的單兵作戰(zhàn)裝置，以保證每位一線消防人員能夠在救援過程中保持穩(wěn)定且安全的數(shù)據(jù)傳輸，以每位消防救援人員作為信息傳輸?shù)墓?jié)點，建立起臨時的應急區(qū)域網(wǎng)絡系統(tǒng)，從而實現(xiàn)消防救援調(diào)度平臺與指揮人員、救援人員之間的聯(lián)系，在搭建無線通信鏈路的環(huán)境中有著非常重要的意義。

3.2.4? 語音編譯解碼組件

在整個消防救援過程中，需要通過語言信息來完成現(xiàn)場信息的及時反饋。該裝置通常配備于消防人員的頭盔中，由于消防救援現(xiàn)場比較嘈雜，采用骨傳導的方式來完成對于語言信息的傳輸和收集，以此來保證消防人員和指揮人員保持持續(xù)穩(wěn)定的溝通，語言信息不受現(xiàn)場嘈雜的影響。

3.2.5? 可見光圖像采集組件

可見光圖像采集裝置能夠幫助指揮人員通過指揮調(diào)度救援系統(tǒng)及時掌握一線的救援現(xiàn)場信息，該裝置通常配備于消防人員的頭盔中，頭盔不僅擁有信息的編譯功能，還擁有相對應信息的解碼功能，對于消防人員負重方面不會產(chǎn)生太大的負擔。

3.2.6? 熱成像圖像采集組件

消防人員佩戴熱成像裝置并且將此裝置集成在消防人員頭盔中，能夠讓救援現(xiàn)場信息在無光的環(huán)境下依然能夠生成熱圖像，觀察現(xiàn)場消防人員大致的救災情況，通過偽彩色的方式來進行呈現(xiàn)。

3.2.7? 生命體征傳感器組件

對于消防救援而言，不僅要保證人民生命財產(chǎn)安全，也要保證消防人員的生命安全，需要為每一位現(xiàn)場救援人員配給生命體征傳感器，實時傳輸消防人員的生命體征信息，通過救援指揮調(diào)度系統(tǒng)，實時掌握每一位救援人員的生命體征健康情況。

3.2.8? 人員定位傳感器組件

該裝置通常配備于消防人員的救援靴中，通過為每一位救援人員配備定位傳感器，將消防人員在現(xiàn)場的位置信息實時通過救援調(diào)度指揮系統(tǒng)進行傳輸，供指揮人員進行合理調(diào)度并及時了解一線的救援情況。

3.3? 系統(tǒng)內(nèi)部各組件設計

3.3.1? 自組網(wǎng)調(diào)度主機

自組網(wǎng)調(diào)度主機系統(tǒng)通常包含5個模塊，分別為供電模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、自組網(wǎng)功能模塊、射頻功放功能模塊、對外接口組件模塊。在供電模塊將外部的DC19V經(jīng)DC/CD裝置轉(zhuǎn)化后，輸出穩(wěn)定的電壓，其中電壓輸出的時序由供電模塊的IC組件進行控制，使得自組網(wǎng)調(diào)度主機各個部件都能夠在恰當?shù)臅r間點獲得對應的電壓。數(shù)據(jù)處理模塊采用X86架構(gòu)來完成，其優(yōu)勢在于能夠保持穩(wěn)定的數(shù)據(jù)處理能力，自組網(wǎng)調(diào)度主機系統(tǒng)中各個驅(qū)動IC通過總線的形式進行連接，比如VESA主要完成數(shù)據(jù)的控制、存儲和運算功能；其他各個功能模塊主要完成射頻信號的發(fā)送與接收功能，對信號進行調(diào)制解調(diào)。射頻功放功能模塊主要完成各個信號的放大功能，通過MIMO天線完成信號在各個節(jié)點中的傳輸，從而形成自組網(wǎng)內(nèi)部調(diào)度通信網(wǎng)絡系統(tǒng)。對外接口模塊主要通過內(nèi)外部通信標準的對接，將各個網(wǎng)絡的通信對接集成到一個模塊中，降低內(nèi)部線路的復雜性，保持散熱通道的有效性。

3.3.2? 可視化調(diào)度平臺

可視化調(diào)度系統(tǒng)主要完成對于流媒體模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、業(yè)務管理模塊、客戶端4個模塊的設計。對系統(tǒng)中各個圖像信息、語音信息、其他數(shù)據(jù)信息通過流媒體模塊進行呈現(xiàn)，而后通過數(shù)據(jù)模塊進行對于數(shù)據(jù)資源的管理工作，最終完成對于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)碼工作，通過建立與各個節(jié)點之間的連接，輸出可視化的數(shù)據(jù)信息，后臺人員可以完成對數(shù)據(jù)信息的調(diào)閱，相關(guān)角色的人員可以通過客戶端完成對于數(shù)據(jù)的調(diào)閱操作。在整個系統(tǒng)的設計中，設置了不同的賬戶角色，其擁有不同的管理權(quán)限和調(diào)閱權(quán)限，通過后臺可視化的登錄界面完成角色的相關(guān)認證。

3.3.3? 自組網(wǎng)單兵組件

通過FPGA技術(shù)完成對于電信號的實時處理功能，采用ATP/MSR協(xié)議來完成系統(tǒng)中各個通信節(jié)點的局域網(wǎng)絡搭建，使整個系統(tǒng)中各個角色都能夠在局域網(wǎng)中保持穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸效果。

3.3.4? 語音編譯解碼組件

在一線的消防救援現(xiàn)場中由于環(huán)境比較嘈雜，語音信號中會摻雜明顯的噪聲影響語音信號的傳輸，通過設計抑制噪音功能的數(shù)字化降噪功能組件，以骨傳導的方式完成對于語音信息的傳輸和采集。

3.3.5? 可見光圖像采集組件

采用低功率DSP成像傳感器，將圖像信息通過A/D轉(zhuǎn)換后傳輸給自組網(wǎng)系統(tǒng)，由自組網(wǎng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信號處理模塊完成對于圖像信號的處理，而后經(jīng)過射頻信號功放模塊將實時的圖像信息傳輸給各個單兵組件中。

3.3.6? 熱成像圖像采集組件

通過采用氧化釩非制冷熱成像芯片完成對于熱成像圖像的采集和處理，而后通過射頻信號功放模塊完成對于視頻信號的傳輸和處理，最終通過有線的形式完成數(shù)據(jù)信號在單兵組件中的傳輸。

3.3.7? 生命體征傳感器組件

給每一位救援人員配備生命體征設備，將該設備放置在消防救援人員的頭盔中，由頭盔中的生命體征傳感器完成對于消防人員生命體征相關(guān)數(shù)據(jù)，通過藍牙技術(shù)將數(shù)據(jù)傳入給自組網(wǎng)單兵組件中。

3.3.8? 人員定位傳感器組件

通過MEMS傳感器來完成對于消防人員實時定位信息的處理，對于室外作業(yè)的消防人員采用GPRS的方式來完成實時定位功能，位置信息先傳輸給自組網(wǎng)單兵組件中，而后再在自組網(wǎng)系統(tǒng)中進行處理和傳輸。

4 系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)

采用扁平化的網(wǎng)絡架構(gòu)，使得平臺與數(shù)據(jù)能夠更直接、高效地進行傳輸，在提升工作效率的同時也需要保證系統(tǒng)的可延伸性，系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)見圖1。

5 結(jié)語

基于自組網(wǎng)的消防指揮調(diào)度系統(tǒng)以實際的消防需求作為系統(tǒng)設計要點，在考慮到系統(tǒng)的可使用性和可操作性后，通過自組網(wǎng)技術(shù)完成對于消防工作的指揮調(diào)度，該項研究在整個消防調(diào)度網(wǎng)絡的研究中具有一定的先進性，基于此能夠為后續(xù)的消防調(diào)度系統(tǒng)的研究提供新的視角和方法，也能夠最大限度保證消防工作的高效開展，保證自組網(wǎng)網(wǎng)絡中各個角色的安全性。

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Design and implementation of fire command and dispatch system based on ad hoc network technology

Chen Shengxuan， Cao Jiashun

（Jiaxing Municipal Fire and Rescue Brigade， Zhejiang Jiaxing 314000）

Abstract： Each component in the fire command and dispatch system not only has its own task role， but also can realize seamless connection with each other to form a complete system. The paper studies the application， design， deployment and architecture of the ad hoc network technology in the fire command and dispatch system， and expounds the functions and cooperation of each module in the fire command and dispatch system.

Keywords： fire command and dispatch system; ad hoc network technology; dispatch host