智能頭盔在森林火災撲救中的應用
——以八達嶺林場為例

李文利 卓丹丹 付 瓊

（八達嶺林場管理處，北京 102102）

森林火災撲救，即對森林火災采取的控制和撲滅措施，目的是使火災造成的損失減少到最低限度，將火災現(xiàn)場的情況及時回傳到指揮中心，便于指揮中心人員了解真實的火災現(xiàn)場情況、科學地部署撲救力量、正確地指揮調度、出色地完成森林火災任務[1-4]。森林火災現(xiàn)場的突發(fā)情況隨時威脅森林撲火隊員人身安全，全球每年發(fā)生眾多森林撲火隊員傷亡事故，故此加強撲火隊員的個人防護和對森林火災現(xiàn)場具體情況的了解和實時同指揮中心人員溝通尤為重要[5-8]。在火災撲救中，若能實時獲取現(xiàn)場環(huán)境信息和撲火隊員自身信息，則撲火戰(zhàn)斗人員即能對潛在危險做出及時有效的判斷，避免自身的傷亡事故發(fā)生[9-13]。同時，撲火指揮人員也能根據(jù)現(xiàn)場實時信息，作出及時有效的決策，優(yōu)化調度現(xiàn)場人員森林火災撲救作業(yè)，更好的指令撲火隊員；在保障撲火隊員自身安全的前提下，使其盡最大化的減少森林資源被火災破壞[14-15]，本文旨在通過探索和分析智能頭盔當前在森林火災撲救領域的應用研究現(xiàn)狀，以期解決當前森林火災撲救活動中林區(qū)環(huán)境視野差、協(xié)同效率低、撲救人員健康狀態(tài)無法保證等問題，提高森林火災撲救裝備的功能性和保障性，避免撲救活動中可能發(fā)生的火災安全事故。

1 智能頭盔現(xiàn)狀研究

傳統(tǒng)的撲火防護頭盔還停留在被動防護功能的層面上，缺乏信息感知和無線傳輸?shù)男畔⒒椭悄芑δ?。在當今互?lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)蓬勃發(fā)展的時代，智能撲火裝備已成為撲火行業(yè)裝備的發(fā)展趨勢，撲火現(xiàn)場作業(yè)對智能化的信息感知和指揮調度有著強烈需求。撲火裝備的革新?lián)Q代將促進其由功能型裝備向智能型裝備演化[16-20]。

2 智能頭盔總體設計

提供一種在撲火救援現(xiàn)場能夠感知現(xiàn)場環(huán)境信息和撲火戰(zhàn)斗員自身信息，并將數(shù)據(jù)信息實時傳遞給車載服務器和遠程服務器，使得撲火指揮員能夠作出及時有效的決策，實現(xiàn)智能信息交互功能的智能撲火頭盔。

2.1 功能

頭盔本體位于頂部緩沖層與中部緩沖層之間的區(qū)域為電子裝置安裝區(qū)域，在電子裝置安裝區(qū)域內設有主控制器、傳感器與執(zhí)行器模塊、電源模塊以及短距無線通信模塊，傳感器與執(zhí)行器模塊、電源模塊以及短距無線通信模塊均與主控制器相連，在頭盔本體位于中部緩沖層的前下方區(qū)域上裝有與主控制器相連的近紅外攝像頭及近紅外發(fā)光二極管(LED)照明模塊，主控制器還與撲火戰(zhàn)斗員頭部佩戴的生命體征探測器，以及頭盔內部AI語音全功能，有效解放雙手，通過語音控制實現(xiàn)遠程同指揮中心聯(lián)系，語音打開燈光，所述傳感器與執(zhí)行器模塊包括近紅外攝像頭、近紅外LED照明模塊、生命體傳感器、有毒氣體傳感器、全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GNSS)接收機等軌跡跟蹤設備。

2.2 特征

智能頭盔通過內嵌5GHz頻段的Wi-Fi模塊，與現(xiàn)場按需布設5GHz頻段的Wi-Fi無線接入點，以及撲火車的車載5GHz頻段的Wi-Fi路由器建立本地無線通信鏈路，組成現(xiàn)場作業(yè)內網(wǎng)；頭盔所用外網(wǎng)包括撲火車上搭載有4G等公眾通信無線路由器和車載服務器。車載服務器經(jīng)由4G無線路由器接入因特網(wǎng)，接入因特網(wǎng)遠程服務器獲取多個智能頭盔所上傳的數(shù)據(jù)信息。

圖1 在線指揮調度平臺Fig.1 Online command and dispatch platform

3 智能頭盔優(yōu)勢簡析

3.1 工作原理

智能撲火頭盔硬件系統(tǒng)由一個主控制器按需靈活擴展多種傳感器與執(zhí)行器模塊組成。其不僅能夠獲取現(xiàn)場環(huán)境信息，還能獲取撲火隊員個人資料、生命體征等信息。

3.2 工作內容

智能頭盔配備生命體特征傳感器，實時采集人員心率、血氧含量、移動速度等信息。指揮中心在發(fā)現(xiàn)隊員生命體征出現(xiàn)問題時，可通過無線對講與其進行溝通，同時通過GPS定位確定位置，確保撲火隊員的生命安全。

3.3 操作及適應性

智能撲火頭盔有完整的網(wǎng)絡通信系統(tǒng)和軟件界面，車載服務器和遠程服務器監(jiān)控作業(yè)現(xiàn)場的實時狀況和撲火戰(zhàn)斗員的自身信息。采用5GHz頻段的Wi-Fi模塊組建現(xiàn)場作業(yè)的內網(wǎng)，擁有數(shù)據(jù)帶寬，覆蓋范圍廣，抗干擾性強，網(wǎng)絡拓撲靈活等優(yōu)勢。

4 智能頭盔在八達嶺林場森林火災撲救中的應用

4.1 撲火隊員日常訓練中的應用

八達嶺林場現(xiàn)有撲火隊員30 人。為加強撲火隊伍專業(yè)化、正規(guī)化建設，定期開展訓練，采取理論與實際操作相結合，技能培訓和實戰(zhàn)演練相結合的方式，重點從多方位加強撲火隊員的防撲火技能訓練和體能訓練，進行嚴格的撲火隊列演練，在組織紀律和配合協(xié)調能力等方面給撲火隊員做內容豐富、全面細致、貼合實戰(zhàn)的培訓。其中就包括林火原理、火場形勢研判分析、撲火技能方法掌握、火場風險規(guī)避等內容，以在日常訓練中提高應對森林火災的快速反應和撲救能力。在撲火技能訓練中，可將滅火任務中常見的地表火、草塘火、灌叢火等多火場形式表現(xiàn)出來，提升隊伍協(xié)同作戰(zhàn)經(jīng)驗。同時，撲火隊長、班長要全面分析安全形勢，綜合評估訓練安全風險，制定安全措施。通過模擬真實火災現(xiàn)場，在噪音大，煙霧濃，無法近距離觀察周圍情況時，使用空中無人機、山頂電視檢測設備、智能頭盔等智能設備傳移動回傳火災現(xiàn)場畫面和信息，為指揮中心決策森林火災撲救方案提供整體研判信息。智能頭盔實時傳送畫面且近距離直擊第一現(xiàn)場的可視化視頻能第一時間呈現(xiàn)在指揮者面前，發(fā)揮了“黑匣子”的作用。

4.2 森林火災現(xiàn)場撲救演練的應用

當發(fā)生森林火災時，撲火隊員抵達救援現(xiàn)場。撲火隊員執(zhí)行森林撲滅火任務，開啟硬件系統(tǒng)，智能頭盔內置傳感器與執(zhí)行器開始獲取數(shù)據(jù)信息，近紅外攝像頭模塊也開始對實時獲取現(xiàn)場視頻信息，指揮中心可通過終端網(wǎng)頁，查看救援現(xiàn)場實時視頻以及其他數(shù)據(jù)信息。此時，實時傳感器數(shù)據(jù)信息顯示在指揮中心屏幕上，指揮員根據(jù)信息進行分析判斷，并通過智能頭盔語音系統(tǒng)發(fā)送指令，撲火隊員接收到指揮員命令信息，實現(xiàn)信息交互，執(zhí)行并完成現(xiàn)場森林撲火作業(yè)任務。

圖2 演練實時數(shù)據(jù)傳輸Fig.2 Exercise real-time data transmission

5 結語

智能化可穿戴設備為森林防火工作提供了較多便利，已在業(yè)內成為人員智能化管理不可缺少的一部分。智能頭盔設備結合人員信息，數(shù)據(jù)通過模塊傳輸將各項數(shù)據(jù)傳輸?shù)街笓]中心監(jiān)控平臺，不僅能夠實現(xiàn)火場撲火隊人員的監(jiān)測與管理，還能實現(xiàn)人員定位、安全等信息傳送，這有助于提高森林防火人員工作效率，有效保護國家森林資源安全。