基于智能可穿戴設備感知的消防員狀態監測與分析系統設計

郁佳銘

摘要：基于智能可穿戴設備設計一種消防員狀態監測與分析系統，該系統包括智能可穿戴移動終端、遠程信息傳輸和智能可穿戴控制平臺。智能可穿戴移動終端以智能手環的形式佩戴在消防員的手腕，實現消防員的生理信息、運動狀態和位置信息的采集，同時具備實時通信功能，實現遠程的信息交流。遠程信息傳輸主要采用無線傳輸的方式實現數據的交互。智能可穿戴控制平臺負責現場實時監控、消防作戰規劃、專業技能導航和日常人員管理等功能。該系統以智能可穿戴移動終端為載體，以無線傳輸方式為主干，以智能可穿戴控制平臺為核心，旨在實現消防員狀態監測、輔助決策信息推送、日常人員管理等功能，提升消防作戰水平。

關鍵詞：智能可穿戴移動終端;狀態監測;消防作戰

隨著軟硬件的提升，越來越多的智能設備被開發出來，例如AR眼鏡、智能手環和智能頭盔等[1-4]。這些智能設備可以直接佩戴身上，或者配合服裝和配飾等嵌入在身體的某個部位，能夠提供便攜式的收集數據、信息反饋和移動計算服務。目前，可移動穿戴設備被廣泛應用在各個領域[5-9]，其中包括在消防領域的廣泛應用，但是相關的系統在現場實時監控、消防作戰規劃、專業技能導航和日常人員管理等方面存在較多問題[10-12]。文章針對消防領域，提出基于智能可穿戴設備感知的消防員狀態監測與分析系統，該系統能夠實時監測消防員的生理健康、運動狀態和位置信息，同時提供遠程交互功能，便于指揮中心的指令下達和輔助決策信息的推送，實現消防員的智能化管理，提升消防員的作戰水平。

一、總體架構

基于智能可穿戴設備感知的消防員狀態監測與分析系統整體架構如圖1所示。該系統共分為三個模塊，分別是智能可穿戴移動終端模塊、遠程信息傳輸模塊和智能可穿戴控制平臺模塊。其中，智能可穿戴移動終端模塊主要基于智能手環實現消防員的生理監測、位置定位以及日常考勤等任務。遠程信息傳輸模塊主要基于遠程無線的模式將智能手環采集的數據進行遠程傳輸。智能可穿戴控制平臺模塊主要對采集的數據進行收集、處理以及給出相應的應急指揮決策。

二、系統設計

該系統共包括智能可穿戴移動終端、遠程信息傳輸和智能可穿戴控制平臺三個模塊實現消防員狀態的監測與分析。

（一）智能可穿戴移動終端

智能可穿戴移動終端是本系統的載體，主要以智能手環為基礎，利用智能手表的智能監測、GPS定位和離線上網功能對消防員進行生理信息、運動狀態、位置信息的采集，同時具有遠程信息交互的功能。

1.生理信息采集

由于作戰現場復雜的環境，現場指揮員與遠程指揮員無法觀察到消防員實時的作戰場景，無法根據消防一線的場景進行指揮決策。同時缺乏對消防員工作的實時監測，例如通過實時采集消防員在作戰時的生理特征，可以及時進行作戰決策的更新。基于現有智能手環的功能可以實時采集到消防員的體感溫度和心率跳動等生理信息，通過體感溫度和心率跳動可以判斷消防員在作戰現場的健康狀態。

2.運動狀態采集

運動狀態的監測和采集對消防員的生命保障和日常訓練具有重大意義。真實消防作戰現場環境復雜且惡劣，消防員進入作戰現場后可能會面臨危及生命安全的突發情況，而利用智能手環的功能可根據進入作戰現場消防員的運動狀態實時對消防員進行監測。例如針對地下消防作戰，當消防員被困且無法與指揮中心取得聯系時，指揮中心會根據消防員的運動狀態判斷是否處于危險處境，并及時進行救援，確保消防員的自身生命安全。同時，監測消防員的日常活動可以實時收集消防員的各項體能信息，做到消防員身體狀態的日常管理。此外，在日常訓練的過程中，可根據收集的各項實時數據，有針對性地對消防員進行訓練指導。

3.位置信息采集

作戰消防員的位置信息采集能夠幫助指揮員實時掌握消防員的位置動向，及時做出相應的戰術指導。位置信息的采集不僅可以指導消防員的作戰，而且對保障消防員的生命安全具有重要意義，例如面對復雜的作戰現場，當消防員昏迷或者受傷時，利用位置信息能夠快速定位消防員的位置并進行及時的搜救。同時，在日常的考核過程中，利用位置信息可以判斷消防員是否到崗，根據位置判斷消防員的工作狀態，實現日常的考勤。

4.遠程信息交互

該系統的遠程信息交互主要包括消防輔助決策信息推送和消防員與指揮中心的遠程交流。消防輔助決策信息的推送主要根據現有災情信息進行消防預案的匹配，將智能輔助決策信息庫中的預案信息推送給前方作戰消防員。消防員通過智能可穿戴移動終端接收輔助決策信息，幫助消防員了解災情并提供作戰注意事項。同時，通過移動終端中的即時通信軟件與指揮中心的指揮員進行實時通訊，實時更新指揮中心的災情信息，并根據更新的現場實際情況給前方作戰消防員提供安全警示和戰術指導意見，規范作戰操作，實現安全、有效的消防作戰。

（二）遠程信息傳輸

智能可穿戴移動終端和控制平臺之間的數據交互主要基于無線的通信方式，數據傳輸的結構如圖2所示。作戰消防員進行現場作戰時，通過智能可穿戴移動終端將現場的實時情況及操作流程以數據流的形式通過無線電的形式上傳到控制平臺，讓控制中心的人員能夠實時了解和分析現場狀況。控制平臺將消防預案信息和各種指令通過無線通信的方式進行下達，實現消防員與指揮中心的無線實時互動。

（三）智能可穿戴控制平臺

智能可穿戴控制平臺通過智能可穿戴移動終端實現數據的收集、整理和分析。通過控制平臺與作戰消防員的信息交互，實現消防救援的指揮管理。該平臺不僅能夠實現消防現場實時監控，同時具備消防作戰規劃、專業技能導航和日常人員管理等功能。

1.消防現場實時監控

本系統的智能可穿戴控制平臺可以通過智能移動終端與消防員進行交流，及時了解消防現場動態情況，實現消防現場的實時監控。同時，該平臺還可以實時監測消防員的工作動態，當消防員出現違規和操作不當的行為時，系統平臺將通過移動終端發出警告信息，并通過后臺管理人員給出規范化的消防作戰操作。

2.消防作戰規劃

智能可穿戴控制平臺能夠通過警情信息將消防預案信息庫中的預案信息推送給前方作戰消防員，同時通過消防員反饋的信息在數據庫中搜索預案信息，實現正向反饋。此外，該智能可穿戴控制平臺還可以將控制中心的消防指令下達到每名消防員，為進行不同任務的消防員定做個性化的作戰規劃，實現個性化的作戰規劃推送。

3.專業技能導航

智能可穿戴控制平臺能夠通過遠程的交互實現作戰消防員與相關專業人員的交互，通過專業人員發出的指令進行科學的操作，以便消防員在不熟悉的領域快速完成作業任務，同時提升任務的效率以及縮短作業的時間，并且當消防員與制定的操作有偏差時，能夠實時發出提醒并給予糾正，實現提供專業技能導航的功能。

4.日常人員管理

本系統通過智能可穿戴控制平臺實現人員的日常考勤、訓練和作戰等任務的管理，以移動終端為載體，利用定位功能替代日常的打卡考勤。控制中心能夠通過在各支隊范圍內的人員定位了解消防員到崗人數和姓名等信息，實現消防員的考勤管理。同時，通過移動終端的通訊功能實現訓練任務的傳遞和作戰指令的下達，極大地減輕管理人員的工作負擔。

三、結語

基于智能可穿戴設備感知的消防員狀態監測與分析系統在消防作戰中可用于消防員的生理信息采集、位置定位，現場實時監控，專業技能導航等，同時負責消防員與控制中心的實時交流。在日常訓練中可用于消防員訓練數據的收集、應急演練的規劃和人員的信息管理等。該系統符合消防隊伍的實際需求，對消防隊伍的作戰與訓練具有重要的應用價值。

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