新一代消防手環(huán)的功能分析與技術(shù)實(shí)現(xiàn)

宓樂壯 劉晉軍 王紫崴 吳琦鳴

摘要：隨著近年來工業(yè)化及城市化的迅猛發(fā)展，人口分布越來越密集，火災(zāi)的形式變得越來越復(fù)雜和危險，各類消防安全事故頻發(fā)，并具有復(fù)雜性、突發(fā)性、不可預(yù)見性等特點(diǎn)，火災(zāi)已成為威脅人民生命財產(chǎn)安全的巨大隱患，也對消防員的人身安全造成了巨大威脅。為了高度契合消防救援隊伍“全災(zāi)種，大應(yīng)急”的任務(wù)需要，最大限度地保障消防指戰(zhàn)員的生命安全，進(jìn)而有效地保障人民生命財產(chǎn)安全，本文對“新一代消防手環(huán)的功能分析與技術(shù)實(shí)現(xiàn)”進(jìn)行研究討論。

關(guān)鍵詞：消防手環(huán);功能;技術(shù)

中圖分類號：TU998.1? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2021）03-0006-02

消防指戰(zhàn)員進(jìn)入火場的環(huán)境復(fù)雜多變，危險指數(shù)越來越高，加強(qiáng)消防指戰(zhàn)員的個人防護(hù)顯得尤其重要。現(xiàn)有的智能手環(huán)在性能方面還有很大的提升空間，未來消防救援隊伍發(fā)展的總體趨勢是面向消防指戰(zhàn)員的防護(hù)裝備而展開，因此需要在現(xiàn)有的智能化手環(huán)功能上做進(jìn)一步提高。本項目對智能化手環(huán)進(jìn)行優(yōu)化，能夠持久續(xù)航，遇險報警，紅外線熱感，抗干擾對講，實(shí)時監(jiān)測周邊環(huán)境溫濕度，運(yùn)用高精度定位模式，配合無人機(jī)觀察現(xiàn)場具體狀況，實(shí)現(xiàn)海陸聯(lián)動保障，新一代消防救援手環(huán)可以極大地提高救援效率，更好地服務(wù)于消防指戰(zhàn)員，大大地提高救援人員的自身安全和保障，具有重要的研究意義。

一、研究的意義

新一代消防手環(huán)功能設(shè)計與運(yùn)用的技術(shù)，目的在于提高國家綜合性消防救援隊伍承擔(dān)著防范化解重大安全風(fēng)險、應(yīng)對處置各類災(zāi)害事故的能力。

自我國改革開放的政策實(shí)施之后，我國的社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)生了巨大變革，國民經(jīng)濟(jì)取得空前迅速的發(fā)展，城市規(guī)模也隨之不斷壯大，可飛速發(fā)展的同時城市火災(zāi)的危害也隨著城市規(guī)模的發(fā)展壯大而日趨嚴(yán)重。

通過查閱大量火災(zāi)事故資料，突顯出我國的火災(zāi)發(fā)生的概率在逐漸提高。2003年11月3日衡陽發(fā)生的特大火災(zāi)，由于現(xiàn)場復(fù)雜的內(nèi)外部環(huán)境因素導(dǎo)致多處房屋倒塌，人民群眾的生命財產(chǎn)安全受到了嚴(yán)重的威脅，此次火災(zāi)造成了20名消防指戰(zhàn)員壯烈犧牲，也有許多的消防指戰(zhàn)員受到了不同程度的傷害;2005年8月2日，安徽馬鞍山蒙牛公司倉庫發(fā)生火災(zāi)，消防指戰(zhàn)員在應(yīng)對處置火災(zāi)過程中，由于現(xiàn)場情況的不確定性，不幸造成了3名消防指戰(zhàn)員犧牲;2015年8·12天津港特大爆炸事故中，犧牲的消防指戰(zhàn)員是最多的一次，有104名消防人員犧牲在這場火災(zāi)之中;2019年3月30日四川省涼山彝族自治州木里縣發(fā)生森林火災(zāi)，27名消防指戰(zhàn)員和3名當(dāng)?shù)馗刹吭趫?zhí)行滅火救援中不幸犧牲。近年來消防指戰(zhàn)員在各種搶險救援事故中犧牲和受傷的數(shù)量有所上升，改進(jìn)智能手環(huán)的功能顯得尤為重要，只有保障好消防指戰(zhàn)員的生命安全，才能更有效地保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

二、功能的分析與技術(shù)實(shí)現(xiàn)

（一）持久續(xù)航。利用太陽光充能，并且大部分太陽能電池板的主要材料是“硅”即單晶硅是最主要的光伏材料，也是新一代消防手環(huán)為保證能夠持續(xù)續(xù)航所必須用到的材料，根據(jù)資料顯示單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化率在20%左右。太陽能技術(shù)作為一種新的能源技術(shù)，將太陽能技術(shù)運(yùn)用到新一代消防救援手環(huán)上是有必要的，利用太陽能手環(huán)的原理即利用人動電能和光動電能模式作為驅(qū)動，將光能轉(zhuǎn)化為電能，儲存在充電電池中，這樣就可以避免更換電池，災(zāi)害事故中的救援任務(wù)往往要求救援裝備長時間不間斷工作，這就對手環(huán)的續(xù)航能力提出了較為嚴(yán)格的要求。通過太陽能充能的方式可以有效地解決這個問題。

（二）遇險警報。市面上大部分智能手環(huán)都具備測量心跳的功能，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將進(jìn)入災(zāi)害事故現(xiàn)場的每名消防指戰(zhàn)員的心跳頻率通過消防手環(huán)的無線接收發(fā)送模式反饋給通信指揮后臺，全方位了解每名消防指戰(zhàn)員的實(shí)時狀況，當(dāng)遇到危險狀況時，救援人員心跳頻率會急劇增加，新一代消防救援手環(huán)會向通信指揮后臺發(fā)送該消防指戰(zhàn)員的心跳數(shù)據(jù)，當(dāng)心跳頻率增加到一定范圍，手環(huán)就會發(fā)出一種警報聲，消防指戰(zhàn)員佩戴的手環(huán)會通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將這些特殊的數(shù)據(jù)反饋給通信指揮后臺，通信指揮后臺通過智能移動終端確定遇險消防指戰(zhàn)員的位置信息，從而為營救消防救援人員提供技術(shù)支持。

（三）紅外線熱感。我們在處置火災(zāi)事故現(xiàn)場，都會帶上單兵熱成像儀，主要用于火災(zāi)現(xiàn)場黑暗、濃煙環(huán)境中的搜救，單兵熱成像儀可切換兩種應(yīng)用模式：火場或搜救模式，但是火場環(huán)境瞬息萬變，我們不僅要滅火，而且還要拿單兵熱成像儀，對于我們消防指戰(zhàn)員來說很不方便，因此為了更好地符合新時代國家消防救援隊伍“全災(zāi)種，大應(yīng)急”的任務(wù)需求，有效地進(jìn)行火場溫度檢測與人員生命體征信息的準(zhǔn)確獲取，新一代消防救援手環(huán)通過紅外線測溫與人員生命體征原理，將關(guān)鍵的器件，瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計和溫度的自動調(diào)節(jié)來提高紅外線熱感的準(zhǔn)確性。有效提高消防指戰(zhàn)員快速處置的能力，可廣泛應(yīng)用于高層、水域等領(lǐng)域，在應(yīng)急救援與搜索中起著不可或缺的作用。

（四）抗干擾對講。在處置各類災(zāi)害事故現(xiàn)場中，通信聯(lián)絡(luò)顯得非常重要，但是我們還不能完全做到實(shí)時對講，實(shí)時反饋信息。我們消防隊伍中使用的基本上是數(shù)字對講機(jī)（防爆式電臺）分別為350M適用范圍2公里以內(nèi)和850M使用范圍一個區(qū)域（上海市），由于通信網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用各種各樣的電磁信號在無線空間交叉?zhèn)鞑ィ斐赏ㄐ怒h(huán)境愈加惡劣，外加人為破壞等原因，各種干擾大量存在，嚴(yán)重影響了通信的質(zhì)量。目前是信息社會，電子通信設(shè)備量猛增，所以頻帶日益加寬，功率越來越大，傳輸速率越來越高，加之雷害日趨嚴(yán)重，因而受電磁干擾的威脅也逐漸增大。在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時，對手環(huán)電子線路、結(jié)構(gòu)以及硬件等采取抗干擾措施，提高消防救援人員在參與搶險救援過程中對講的抗干擾性，以及感受體對干擾的抗擾度，通過改進(jìn)減小或攔截通過耦合路徑的噪聲傳輸量。

（五）實(shí)時監(jiān)測周邊環(huán)境溫濕度。環(huán)境溫濕度的實(shí)時監(jiān)測在各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，無論是農(nóng)業(yè)、軍事、氣象或工業(yè)。有效監(jiān)測周邊環(huán)境的溫濕度，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫濕度的實(shí)時監(jiān)測與顯示，在一定范圍的溫濕度條件下開展滅火救援行動，能夠及時提醒救援人員在遇險時快速撤離。其主體功能有：環(huán)境溫濕度的實(shí)時顯示;環(huán)境溫濕度超過限值時發(fā)出預(yù)警警報。

（六）遠(yuǎn)程定位及無人機(jī)勘測。無人機(jī)外形結(jié)構(gòu)簡單，可以在空中長時間飛行，通過遠(yuǎn)距離控制與GPS定位技術(shù)相結(jié)合的新一代消防救援手環(huán)，可以有效地保障深入火場內(nèi)部的消防指戰(zhàn)員人身安全，新一代消防救援手環(huán)的GPS定位技術(shù)是通過定位模塊來定位信息，而市面上有兩款智能可穿戴類GPS模塊（SKG08A和SKG09A），通過對這兩款模塊相比較，SKG08A的尺寸要小，更符合裝在新一代消防救援手環(huán)上，再通過GPRS（general packet radio service通用無線分組無線業(yè)務(wù)技術(shù)）或3G/4G/5G圖傳與安通信指揮后臺進(jìn)行通信，確定消防指戰(zhàn)員的具體位置，通過系統(tǒng)的制作與設(shè)計實(shí)現(xiàn)一個無人機(jī)遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)。通過無人機(jī)遠(yuǎn)距離控制可較早預(yù)知火場情況，為在災(zāi)害現(xiàn)場確定最優(yōu)路徑、提高救援效率、提升消防指戰(zhàn)員滅火救援的安全系數(shù)保駕護(hù)航。

三、產(chǎn)品前景

新一代消防救援手環(huán)是一款穿戴式智能設(shè)備，產(chǎn)品面向國家綜合性消防救援隊伍以及各類專業(yè)應(yīng)急救援隊伍和社會應(yīng)急力量等群體。國家綜合性消防救援隊伍承擔(dān)著防范化解重大安全風(fēng)險、應(yīng)對處置各類災(zāi)害事故的重要職責(zé)。通過這款手環(huán)，救援人員之間可以實(shí)現(xiàn)通信實(shí)時暢通，同時，手環(huán)的設(shè)計風(fēng)格也是本次創(chuàng)新的亮點(diǎn)，搭配防抗壓性能，使其在水域救援方面也能展現(xiàn)出優(yōu)良的水平，水下救援的數(shù)據(jù)反饋可以起到輔助作用。利用手環(huán)的遠(yuǎn)程監(jiān)控及無人機(jī)觀察定位功能，在救援人員面對山林等過火面積較大、消耗時間較長的火災(zāi)，有效掌握救援人員的實(shí)時方位。

四、結(jié)語

現(xiàn)階段我國應(yīng)急救援裝備的智能化程度較低，難以在救援過程中協(xié)助消防指戰(zhàn)員完成處置各種災(zāi)害事故。現(xiàn)有的熱成像儀和單兵定位裝置存在的普遍問題是功能單一，同時使用攜帶不便，使用時無法進(jìn)行多余操作等問題。而本項目所研究的方向及其功能則較好地彌補(bǔ)了這些不足，新一代消防救援手環(huán)的實(shí)際應(yīng)用功能比較全面，持續(xù)續(xù)航保證了電力的充足;遇險警報即是在救援人員處于危險時及時提醒;紅外線熱感能夠有效檢測生命體征信息;抗干擾對講則是在嘈雜的救援現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)清晰的信息通話;實(shí)時監(jiān)測周邊環(huán)境溫濕度，為救援人員感知危險提供現(xiàn)實(shí)依據(jù);遠(yuǎn)程定位及無人機(jī)勘測為人員撤退指明方向。消防救援人員的自身安全永遠(yuǎn)是應(yīng)急救援的重中之重，進(jìn)入火場之后亦是變化莫測，智能化救援輔助裝備的重要性是不言而喻的，它能夠降低救援人員在火場中的傷亡，進(jìn)而提高隊伍整體戰(zhàn)斗水平。

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作者簡介：宓樂壯（1995-），男，漢族，湖北孝感人，原上海市消防救援總隊特勤支隊金橋站消防員，現(xiàn)中國消防救援學(xué)院學(xué)員三隊學(xué)員。