基于自組網技術的消防現場指揮調度系統

劉萬柱

【摘要】? ? 本文簡略闡述了基于自組網技術的消防現場指揮調度系統的應用、部署、功能、特點、設計、架構等，并分別闡明了各個組件模塊的功能、設計、相互協作等。各個組件不僅具有自身的任務角色，而且彼此之間又要實現無縫銜接，組合成一個完整系統。

【關鍵詞】? ? 調度主機? ? 調度平臺? ? 自組網單兵組件? ? 傳感器組件

一、系統背景

隨著城市不斷快速的發展，市區的建筑越發多樣，城市的環境越發突出，居民區、商業區、工業區等結合的也越發緊密。在這復雜多變的城區發生重大災害或火災時往往需要后方本部領導或專家快速做出有效、科學、合理的決策，在這樣緊急及特殊的情況下，通過怎樣的技術手段來建立災害現場和后方本部全方位、可視化、實時性的信息傳輸就顯得尤為重要和關鍵。設計以自組網為信息傳輸技術的消防現場指揮調度系統可以順利的保證前方現場與后方本部的可靠通信，實現消防調度、指揮、現場管理緊密結合，建立多角色消防現場指揮調度系統，協同相關職能小隊進行火災撲救、人員救助、災害處置、信息匯報等任務。

二、系統簡述

2.1 系統的應用

前方消防人員與現場指揮人員通信采用無線自組網技術，現場指揮人員與后方本部領導或專家通信采用5G/4G、微波或衛星等標準通信技術，運用級聯方式設計消防現場指揮調度系統，實現本系統的多種情況應用，如低危人員活動區域、高危工業生產區域、密集樓宇區域等，也可應用重大災害后的現場指揮協調。

2.2 系統的部署

本系統設計的調度主機加入無線自組網功能裝置，使其不僅具備公網調度平臺的屬性也具有無線自組網通信的功能，可實現消防火災現場的快速部署，消防人員的快速佩戴，在盡可能短的時間內建立消防員與指揮員的實時、穩定、可靠的無線通信渠道。本系統設計融合無線自組網功能的調度主機放置在指揮車或消防車內，本身自帶鋰電池，無需外接電源供電。具備自組網功能的單兵終端等外設由需要進入火災現場的消防人員佩戴。部署完畢后，就會形成由多個消防人員個體為通信節點，通過無線自組網技術，自動與消防現場指揮調度平臺進行連接，形成一個前方小區域的通信網絡。

2.3 系統的功能

當消防人員需要進入到前方火災現場時，利用自身攜帶的圖像采集裝置及相關傳感器等會把前方火災現場的可見光圖像、熱成像圖像、消防人員的生命體征數據、消防人員的位置信息等通過自組網建立的無線傳輸通道實時回傳給現場指揮調度平臺，同時也通過公網技術同步給后方本部領導或專家，為現場指揮人員及后方本部領導或專家提供可視化的前方情景及全面的人員信息情況，便于現場指揮人員做出合理的、有充分依據的指令決策。

2.4 系統的特點

調度主機集成無線自組網功能，以寬帶無線自組網為核心通信方式，突破了傳統消防救援現場窄帶通信方法，為可視化、綜合化、智能化消防現場指揮調度的實現提供了新的方向。本系統設計的無線通信節點具備自組織、自修復、自動中繼、自主組網的能力，無需現有公共網絡設施的支撐，也無需復雜的網絡規劃配置，切實做到即開即用，快捷方便。

三、系統設計方案

3.1 系統的組成

本系統主要由融合自組網功能的調度主機、可視化調度平臺、自組網單兵組件、語音編解碼組件、可見光圖像采集組件、熱成像圖像采集組件、生命體征傳感器組件、人員定位傳感器組件等八部分組成。

3.2 系統內各組件功能

1、自組網調度主機。利于消防火災現場的惡劣環境工作，自組網調度主機具備防水、防潮、防鹽霧、防霉菌的功能。自組網調度主機不僅人機界面友好，還要支撐調度平臺的有效部署、確保調度平臺的穩定運行、實現調度平臺的合理分配。通過標準的TCP/IP協議與無線自組網單元進行信息交互，保證前方消防人員通過自組網技術回傳的數據、語音、圖像等信息的實時性，實現現場指揮人員獲取前方信息的準確性。2、可視化調度平臺?；赪indows系統研發的可視化調度平臺，不僅具有前方現場的實時可見光圖像、熱成像圖像界面，也具有前方消防人員生命體征數據、位置信息數據，還具有與前方消防人員語音交互的調度功能。3、自組網單兵組件。前方消防人員佩戴具有自組網功能模塊的單兵組件，以便消防現場每個節點通過自組網技術快速組建臨時應急網絡，實現調度平臺與前方消防人員的信息無線傳輸，起到搭建無線信息通信鏈路的重要組成部件，不可或缺。4、語音編解碼組件。使用語音來對前方消防人員執行信息的下達和現場信息的反饋，前方消防人員通過骨傳導聲音裝置進行語音的拾取，并匯報給指揮調度平臺，保證在吵雜喧囂的環境中做到消防人員與指揮人員的清晰準確溝通。5、可見光圖像采集組件。前方消防人員佩戴具有可見光成像裝置，并集成到消防頭盔中，減少消防人員的承重負擔，在有自然光照的條件下采集消防現場圖像信息，擁有視頻信號的編解碼功能。6、熱成像圖像采集組件。前方消防人員佩戴具有熱成像裝置，同時安裝在消防頭盔上，在昏暗無光的環境中可以觀看到待救援人員的大致身體狀態情況，生成熱圖像，以偽彩色的形式來顯現。7、生命體征傳感器組件。消防人員在火災現場救援時，不僅要確保待救援人員的生命安全，也要保障消防人員的人身安全。消防人員佩戴生命體征傳感器后，可以采集消防人員的生命體征信息并發送給指揮調度平臺，供現場指揮人員查看。8、人員定位傳感器組件。人員定位傳感器組件集成到消防靴中，不額外增加消防裝備。此傳感器可以把消防人員在現場的位置信息實時回傳給指揮調度平臺，供現場指揮人員參考。

3.3? 系統內各組件的設計

1、自組網調度主機。主要包含供電管理模塊、數據處理運算模塊、自組網功能模塊、射頻功放模塊、對外接口模塊等構成。設計供電管理模塊將外部輸入的DC19V經DC/DC轉化后，輸出穩定的多種低紋波電壓值，如DC16V、DC12V和DC5V等，輸出電壓的時序受到本模塊相關IC控制，使調度主機內各個模塊在恰當的時間點獲得符合要求的供電電壓。以X86架構來設計數據處理運算模塊，實現調度主機的數據處理的穩定可靠，各驅動IC以相關總線的形式橋接，如VESA、EISA和PCI等，來完成控制、運算和存儲。自組網功能模塊處理射頻信號發射接收的調制解調、分頻、鑒相、路由算法等，射頻功放模塊完成射頻信號的放大，并通過MIMO天線實現與各個節點之間的空中接口相互連接，形成基于自組網技術的專用通信網絡。對外接口模塊主要完成內部與外部標準通信的對接，如USB、MIC、Speaker和有線網絡等，設計集成簡化的方法匯總到一個功能模塊上，減少內部走線，保持內部散熱通道合理有效。2、可視化調度平臺?？梢暬{度平臺核心為流媒體管理、數據管理、業務管理、客戶端管理等四部分。設計系統中的圖像/語音/數據信息由流媒體服務/數據服務接收流，轉換編碼，建立連接池，輸出視頻流/數據，轉存至數據庫，操作人員需要查看相關信息時，由客戶端向流媒體管理端/數據管理端進行取流/數據操作。設計系統的賬戶、權限和授權等由業務管理完成，客戶端經鑒權后以人性化的界面形式呈現給操作人員。3、自組網單兵組件。自組網單兵組件運用FPGA技術，對輸入的電信號進行實時處理和輸出。應用ATP（自適應控制傳輸協議）和MSR（網絡可擴展路由）等技術保證系統中各個通信節點與調度主機迅速組建無線專用局域網絡及可靠穩定傳輸通訊數據。4、語音編解碼組件。消防現場的環境噪音會非常突出，設計有較好能力抑制噪音源的產生、降低噪音輸入過程的耦合形成具有DSP數字降噪功能的編解碼組件，并通過骨傳導的方式識別消防人員發出的聲音。5、可見光圖像采集組件。采用低功耗的CMOS成像傳感器，把經過A/D轉換后的圖像信號輸入給數字信號處理中心，最終以無線射頻信號的方式發送給自組網單兵組件，實現圖像信號、電信號、數字信號、射頻信號的轉變。6、熱成像圖像采集組件。選用氧化釩（VOx） 非制冷熱成像機芯，把采集到的現場熱輻射圖分解成熱輻射信號，經過視頻處理系統后轉換成視頻信號，并經過有線的形式接入到自組網單兵組件。7、生命體征傳感器組件。設計可監測消防人員生命體征信息的裝置，放置在消防頭盔內部，使傳感器與頭部有效接觸，并測量佩戴人員的表皮溫度、心率、血氧濃度等數據，通過藍牙技術把數據傳輸給自組網單兵組件。8、人員定位傳感器組件。選擇MEMS傳感器來計算消防人員在室內時的位置信息，消防人員在室外時的位置信息以BD/GPS技術為主，位置信息數據仍然是通過藍牙技術發送給自組網單兵組件。

四、系統網絡架構

設計極簡的扁平式網絡架構，為平臺對數據的調用更直接、高效、順暢，在提高系統效率的同時也要保證系統的技術延伸性，總體網絡架構如下圖所示：

五、結束語

本系統以實際需求為出發點，充分做到系統的實用性和可操作性有機結合。運用無線自組網技術來實現消防現場的指揮調度在國內外都具有一定的新穎性、先進性。借助此文為消防現場指揮調度提供一種新方法、新思路，也為相關人員高效、便利工作的同時，更好的保護有關人員的人身安全。

參? 考? 文? 獻

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