一種基于光伏新能源的一鍵報警救助系統的設計與實現

龔恒翔　朱新才

摘 要：戶外遇險救助行為中，多種因素導致救援出現時間延遲，導致損失擴大。文章設計里一種新的一鍵報警救助裝置，它由監控后臺和多個報警柱構成。報警柱采用光伏新能源供電，地埋蓄電池儲能，利用現有網絡或自組網絡方式實現報警柱與監控后臺的雙向交互通信。不僅可以進行報警呼救，而且監控后臺操作人員可以主動查看報警柱周圍情況。在重慶北碚縉云山國家級自然保護區建立了一套測試系統，包括一個監控后臺和四個報警柱，最遠距離超過5km，試運行效果良好。

關鍵詞：光伏新能源；報警；救助

中圖分類號：X43 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）04-0034-02

Abstract： In outdoor distress rescue， many factors lead to the delay of rescue time， resulting in the expansion of losses. In this paper， a new one-click alarm rescue device is designed， which is composed of monitoring backstage and multiple alarm columns. The alarm column uses photovoltaic new energy to supply power， buried battery to store energy， and the existing network or self-assembly network to achieve two-way interactive communication between alarm column and monitoring background， so that it can make the alarm call for help， and the monitoring background operators can actively check the situation around the alarm column. A test system has been established in Beibei Jinyun Mountain National Natural Reserve of Chongqing， including a monitoring background and four alarm columns， with a maximum distance of more than 5km.

Keywords： photovoltaic new energy； alarm； rescue

引言

突發事件在我們生活中時常出現，如自然災害、交通事故、迷路走失、突發疾病等情況[1]。隨著社會經濟發展、技術與裝備水平的提高，特別是交通與通訊手段的提高，與十幾年前相比，無論國內還是國外，處理突發事件的效率顯著提高[2]。政府的和民間自發形成的救援組織在處理突發事件中起到了非常重要的作用。但我們也應該看到傳統的應急救援模式存在的必然缺陷。首先是空間不重合導致的時間延遲，突發事件發生地與救援力量所在地往往是有一定的空間距離，即便是第一時間出發趕往事發點，也會存在時間的延遲，尤其是道路交通狀況不好，時間的延遲更加顯著。其次是通訊可靠性不高，目前手機使用較為普遍，但前提是網絡覆蓋和充足的供電。很多突發事件發生地可能沒有移動通信網絡，也沒有方便的充電設施[3]。國內近年來報道的旅游戶外探險走失事件就反映了普通手機通信的不可靠性[4，5]。再有就是被動等待救援，不能積極自救。應急救援雖然是專業性很強的工作，但如果有專業人員輔助和必要的器材用品，具有正常行為能力和理解能力的人，也可以開展救援工作。比如戶外心臟病突發，如果有應急藥品供應，完全可以避免不可逆轉情況發生，等待專業人員到達并處理。

本文設計研發了一種基于光伏新能源的一鍵報警救助系統，可以充分彌補目前救援模式導致的時間滯后、通信不可靠和被動等待缺陷，有效提高應急救援的時效性，最大程度地降低突發事件導致的損失。

1 系統設計

一鍵報警救助系統由一個監控后臺和若干個一鍵報警柱構成。如圖1所示，一鍵報警柱與監控后臺通過無線網絡（現有無線通信網絡或系統自組網）建立通信聯系，可以實現控制數據、語音數據雙向傳遞，可以實現報警柱視頻數據傳向監控后臺。報警柱與監控后臺的距離理論上沒有限制，實際情況下需要考慮地形、天氣等因素，在自組網不加信號中繼裝置情況下，直視3km可以穩定工作。

一鍵報警柱的結構如圖2所示。

一件報警柱包括蓄電池模塊、電源管理模塊、立柱、報警操作面板、信號發射接收器、光伏組件和避雷針等幾個主要組成部分。蓄電池和電源管理模塊采用地埋方式安裝在地表以下約50cm，用防水抗壓的專用箱體安放。蓄電池實現光伏電能的儲備，也釋放電能提供報警柱用電負載的工作。電源管理模塊實現對光伏電能的轉化、配置及對其他用電負載的電能控制。立柱是整個報警柱的支撐結構，在內部設計有可以電控開啟的倉室，可以儲放應急藥品、消防用品、飲用水等器材物資，儲放倉室需要后臺監控人員遠程開啟。報警操作面板是報警柱的核心部件，它是一種支持雙向語音、單向視頻的一體化模塊器件，數據可以通過無線、有線方式實現傳輸。信號發射接收器是報警柱用于接受傳輸數據的模塊。光伏組件是把太陽光轉化為電能的裝置，根據報警柱用電負載的功率大小、安裝當地的光伏資源狀況進行適當的匹配選擇。壁壘針是報警柱的防雷擊附屬配件，在地形特殊的山區及平原地區避雷針設計是重要和不可缺少的。此外，可以在裝置頂部安裝夜間閃爍警示燈，便于遇險人員在遠處就可以看到報警柱的位置。endprint

2 試驗系統

研究團隊在重慶市縉云山國家級自然保護區安裝了一套包括一個監控后臺和4個一鍵報警柱的試驗驗證系統。縉云山國家級自然保護區是旅游勝地，每年都有大量游客登山游覽，發生過部分青少年游客和戶外探險者違規進入未開發區域，導致迷路、墜落等意外事件。此外，保護區內植被豐富，森林火險監控壓力很大。監控后臺主機由1臺Dell T 7500工作站構成，配置有臺式麥克風。蓄電池采用12v 65AH光伏專用膠體蓄電池，兩塊冗余。光伏組件選用200Wp單晶組件2塊（24V系統）。電源管理模塊自主設計調試，它的功能包括把光伏組件電能儲存到蓄電池、控制蓄電池的充放電過程、為報警操作面板提供電能、為儲物倉門開啟提供電能和監控倉門的開啟關閉狀態，為信號發射接受器提供電能。信號接收發射器包括5口集線器（TL-SF1005）和網橋（ubnt LocoM5 5.8G），報警器選用成品視頻報警器（VS-930F 戶外型）。如圖3所示為報警柱現場實物照片及調試場景。

在監控后臺看到的多屏前端畫面如圖4所示。

報警柱靜態功耗20W，工作功耗24-30W，重慶光伏資源平均數據為年均日照時數1100小時，縉云山區由于地形和局域氣候因素，年有效日照時數小于800小時。報警柱配置400wp組件可以保證3-4天的連續陰雨天數（系統待機狀態）。整套一件報警監控系統自建成后，連續運行16個月。期間除一個報警柱由于降雨積水導致滲流外，其他均正常工作，取得了與預想符合的實際效果。

3 結束語

基于光伏新能源的一鍵式報警救助系統利用光伏新能源技術與網絡技術改變了目前常規的突發事件應急處理中必然存在的時間滯后、通訊保障能力差、被動救援的不足，可以實現報警與救援的零時間響應，救援人員可以充分了解現場情況，遇險人員可以在專業救援人員的協助下自助進行自我施救。通過這種方式，可以提高突發時間救援的有效性，大幅度降低損失，對于偏遠的農村、山區、旅游景點等具有較高的使用價值和推廣意義。

參考文獻：

[1]曾子明，楊倩雯.城市突發事件智慧管控情報體系構建研究[J].情報理論與實踐，2017，10：51-55.

[2]張志.提升我國軍隊應急救援綜合能力的關鍵性措施[J].災害學，2013，02：143-146.

[3]龔圖文，劉碩揚.應對重大自然災害應急救援裝備保障對策研究[J].裝備學院學報，20

15，03：40-43.

[4]鄭向敏，高玲.國內近年關于旅游安全研究的綜述與啟示[J].北京第二外語學院學報，2009，05：17-24.

[5]李月婷.大學生背包旅游安全問題及其防范[J].合作經濟與科技，2017，10：120-121.endprint