基于無線網絡的地震救援模擬演示系統開發與設計

李孝巖LI Xiao-yan；段志偉DUAN Zhi-wei；羅東明LUO Dong-ming；黃陽HUANG Yang；劉珈池LIU Jia-chi

（東北石油大學，大慶 163318）

（Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China）

0 引言

地震現場的搜救效率直接關系到地震救援工作的成功率，是提高被困人員生命存活率的重要因素。強震發生后，地震現場往往余震頻發、廢墟內環境危險而又復雜，這些都給救援人員帶來了極大的困難，也威脅著救援人員的生命安全。并且震后由于房屋坍塌、橋梁受損斷裂及通訊設施受到嚴重損壞，不僅難以了解災區受災狀況，而且難以向災區運送救援物資，給災區的救援工作帶來了極大的困難。因此迅速地將救援物資送達物資需求點，并對受災地區的災情狀況信息進行采集已成為當務之急。在緊急運送救援物資的同時施救人員的人身安全也極為重要，如何確保“雙安全”，即幸存者和救援人員本身的安全也成為救援過程中的一個難題。

本文利用模擬演示平臺開發了一套地震救援指揮中心進行現場調度的動態演示系統，該設計融合了無線通信技術，傳感器技術，單片機技術及機器人技術。該平臺可以完整的模擬出地震發生后，指揮中心向災區派遣應急車并進行現場傷員搜救、搶修斷橋、運輸救災物資的整個過程。

1 系統的總體設計

本設計系統結構框圖如圖1 所示，應急車上裝有循跡傳感器，避障傳感器，無線通信模塊用來感知地震現場的地形環境。在應急車1 順利通過地震區后，應急車上控制器通過無線模塊把路況信息發送到網絡控制中心，網絡控制中心將信息顯示在液晶顯示屏上。在控制中心可通過按鍵控制應急車1 的下一步動作，也可以給搭橋工程車和應急車2 發送命令。在應急車1 發來斷橋警告請求搭橋后，應急車1 自動退后一段距離，控制中心將搭橋信息發給搭橋工程車，搭橋工程車運行到指定斷橋處將臨時橋梁搭建好，再將完成信號發給控制中心，控制在中心命令應急車1 通過橋梁，此時說明路面通暢，應急車2 將啟動跟隨應急車1 通過模擬地震區。

圖1 系統結構圖

2 系統的硬件設計

該系統的硬件部分主要由控制器電路、按鍵電路、電機驅動電路、無線通信電路、液晶顯示電路、循跡避障傳感器電路等組成。按鍵電路主要用來控制發回操作信號的確定；液晶顯示屏電路主要用來顯示回傳的路況信息及各個車輛的運行狀況，無線通信電路主要用來進行信息傳輸；控制器電路主要用來對應急車和搭橋工程車的運動軌跡作出精確控制、處理各傳感器的信息收集及液晶顯示屏的顯示信息；電機控制電路為車輛的運動機械結構提供動力控制。

單片機的控制電路用來處理所有外部采集信息后的控制輸出，它利用一個定時器產生PWM 信號輸出作為電機驅動信號，利用另一個定時器產生20ms 時鐘信號，通過占空比0 到2ms 的PWM 信號作為舵機控制的驅動信號。循跡傳感器將采集到的路況信息傳到處理器，處理器將根據獲取的路況信息確定應急車運行軌跡。避障傳感器用來探測斷橋信息，通過無線網絡將該信息發送給控制中心，再由控制中心調度架橋工程車派出并執行架橋任務。

無線通信電路是將網絡控制中心發出的運行控制信號發給應急車或搭橋車，并將它們采集到的路況信息發回到網絡控制中心并通過液晶屏幕進行顯示。通過無線模塊實現控制中心，搭橋工程車，應急車1 和2 的星形網絡的建立。

3 系統的軟件設計

軟件設計中采用模塊化的設計思路，整個模擬系統由調度模塊、運動控制模塊、PWM 輸出控制信號模塊、無線通信模塊和液晶顯示模塊等組成。地震模擬系統軟件設計的結構圖如圖2 所示。

圖2 系統軟件設計的結構圖

4 實驗應用

通過模型搭建，模擬出地震之后房屋垮塌、路面塌陷的現場。本系統由控制中心、應急車、搭橋工程車三個主要硬件部分組成，整個系統中的每個單元是通過無線通信網絡進行信息傳遞。

在地震發生后，控制中心第一時間派出應急車進入災區，進行傷員搜救和運送救災物資工作。另一方面，對災區情報進行收集，并將收集到的信息及時傳送回控制中心，為下一步災區救援工作提供寶貴信息。應急車行駛過程中能夠自動繞行房屋倒塌區，按照自動循跡的方式前行，并且實時保持與控制中心的信息交互處理，當發現前面大橋坍塌而導致車輛無法通行時，先控制中心發送求助信號；控制中心收到信號后，迅速派出工程車進行架橋工作，保證“生命通道”暢通無阻。

5 結論

此研究旨在設計一套自動化的震后救災演示平臺，通過直觀的動態演示，讓大家能夠對震后救援工作有一個簡單的了解。利用無線通信方式進行數據傳輸，通過星形網絡的組建使整體調度井然有序，同時也是無人地震救援的概念模型，將是將來可能實現的高安全性救援系統的雛形。

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