基于融合终端的新型数字化消防单兵系统的设计与实现

公安部沈阳消防研究所 刘 濛 邵路伟 胡 雪

数字化单兵系统的概念最初是在军事领域提出的，经过多年的研究和发展，数字化单兵系统已经在军事领域得到了成熟的应用。而由于消防灭火救援战斗的特殊性和复杂性，数字化单兵系统在消防领域的应用和研究还处于初级阶段。目前消防部队所配备的单兵系统由于数字化和集成化程序不够高，操作及携带不够方便，通信方式受到网络带宽限制等多方面因素而无法在消防部队得到普及和应用。为了解决这一问题。在本文介绍了基于融合终端的新型数字化消防单兵系统的设计与实现，此系统基于最新的技术产品多模融合终端研发，可以提供室外GPS定位，室内惯性导航定位，消防战斗员生命体征信息展示，视频通话等功能，从而可以提高现场消防战斗员的作战能力和后方指挥员对灭火救援现场的实时监控及快速反应的能力。

1 前言

随着我国经济建设和城市建设的迅猛发展，城市规模日益扩大，建筑结构日趋复杂，城市火灾频发，而且成多样性和复杂性发展，使得灭火救援的困难性增加，而且最近，消防队员在灭火救援战斗中牺牲的案例频发，让我们更加重视到消防员在灭火救援战斗中的安全风险的问题。由于灭火救援现场环境复杂人员分散，并有可能会有有毒气体，爆炸物品等高危险源，因此很容易造成消防员的伤害事故，所以我们提出了新型数字化消防单兵系统，为前方消防战斗员提升作战力的同时也为他们提供安全的技术支撑。

目前消防部队装备的单兵系统装备还是基于窄带和无线传输技术开发的，整套系统涉及的设备数量（发射器、网桥、中继器、显示设备、集中供电电池组等）较多，并且整套装备组装和操作比较复杂，在现场不能够迅速的组装起来和直接使用。近些年，随着科学技术的进步，数字化设备越来越精密，越来越智能，体积也越来越小，所以消防单兵系统应该融入最新的科学技术和装备，完善上一代系统的缺点和不足，使得系统更加贴近消防战斗员在灭火救援战斗中的真实需求，这样才能使单兵系统在消防灭火救援中发挥更大的作用。

2 单兵系统应用现状

2.1 国内单兵系统的现状

目前，国内的单兵系统的研究大部分都是在部队的应用上面，比如我国陆军“龙族战士”数字单兵作战系统，此系统包括单兵综合作战系统和防护系统。单兵综合作战系统又分多个子系统，具体包括武器子系统、综合头盔子系统、计算机／无线电子系统、软件子系统。消防的单兵系统研发是在最近这几年才开始的，比较熟悉的是数字化消防单兵侦察与通信装备，它是公安部上海消防研究所承担的“十二五”国家科技支撑计划项目“数字化消防单兵装备与成套化便携应急装备研究”中的一项重要研究成果。该系统主要由发射、网桥、中继及接收装备组成，各组成装备、显示装备、音视频采集装备及配件均放置在同一个加固箱体中。该系统初步实现了数字化单兵在消防中的应用，但是系统中的装备体积大，涉及的装备种类比较多，集成化程度不高，对于前方消防员携带和在灭火救援战斗中的使用不够方便，所以我们在运用新技术和新设备的条件下基于融合终端设计了一套全新的数字化消防单兵系统，不仅解决了以前单兵系统装备复杂和操作不便的问题，还加入了一些新的功能使系统更加完善，为消防员灭火救援战斗提供更对的帮助和安全保障。

2.2 国外单兵系统的现状

美国的“陆地勇士”单兵系统是运用在军队上的数字化单兵系统，它由背负式电脑、便携电台、头盔显示器和定制步枪组成，将士兵与武器、综合头盔、计算机／无线电、辅助软件以及防护服等多个子系统整合为一体，借助先进的科技，大大提高了士兵的攻击力、生存力和目标捕获力。

法国“ FELIN”数字化单兵系统由数字化无线电台、GPS导航仪、微型计算机、轻武器、防弹衣等组成。它使所有士兵的单兵系统连接在一起，进行无线通讯，能够提高战场上士兵的快速反应力和更加准确的配合力，系统还在头盔内部配备抗噪耳机和骨传导麦克风，能有效抑制战场上的超强噪声，确保在任何情况下各个单兵系统之间的语音通信清晰可靠。

日本研发的“高达”单兵装备系统与美军“陆地勇士”系统类似，该系统装备了有显示器、摄像头和 GPS导航仪的综合头盔、敌我识别系统、轻型防弹衣以及新型夜视等系统，本系统更加基于信息化为基础来提高士兵在战场上的作战能力和个人防护以及在整体作战时的指挥力、控制力和通信能力，是相对比较先进的数字化单兵系统。

综上可以看出，各国在数字化单兵系统上的研究与应用都是基于作战部队使用为基础的，而数字化单兵系统在消防战斗中的应用，还需要进一步的研究和发展。

3 融合终端

现有的专网通信无法满足消防部队灭火救援在宽带通信方面的需要。既希望保留已有投资，又希望能享受宽带的高速数据业务。行业专网解决方案越来越复杂，深度定制化需求越来越强，融合统一调度解决方案的需求强烈。

多模融合终端融合了 DMR、PDT、TETRA、MPT 等窄带技术和4G/LTE、WLAN 等宽带技术，并且提供了蓝牙、WIFI、物理连接线接口等多种连接方式，无缝融合窄带语音、宽带数据业务。终端可兼容窄带模拟系统、数字集群系统和公网宽带系统。通过传统的窄带系统承载语音业务，保证了关键语音通信的可靠性；通过宽带公网系统实现数据业务，满足数据高速传输的需求。该终端打通了窄带和宽带系统的互通，实现了宽窄带资源的整合，方便统一管理和调度。

4 新型数字化消防单兵系统总体设计

4.1 系统概述

新型数字化消防单兵系统分为软件部分和硬件部分。

软件部分包括：指挥员端APP，战斗员端APP和系统服务端。

硬件部分包括：多模融合终端、惯性导航模块、生命体征检测手环、空气呼吸器模块和智能眼镜。

如下图1所示：

图1

4.2 战斗员端功能介绍

前方战斗员在多模融合终端上安装战斗员端APP，登录APP后，战斗员操作APP连接自己穿戴的智能设备如：惯性导航模块，空气呼吸器，生命体征检测手环，智能眼镜。战斗员所穿戴智能设备实时数据如心跳数据、压力表数据、位置数据等会通过蓝牙传输到战斗员的融合终端上，战斗员端APP又通过蓝牙传输到智能眼镜上。战斗员可以在佩戴的智能眼镜上看到自己所穿戴的智能设备的使用情况和详细信息，并且当设备的使用情况发生异常时如空气呼吸器压力值小于10时会主动的提醒战斗员，使战斗员对于自己的战斗状态和战斗时间有及时的了解，并对灭火救援作战做出及时的判断和处理。

战斗员还可以通过本APP了解到正在一起执行任务的队友的实时位置和作战数据，并可以和队友进行视频通话。当作战数据发生异常时如心跳数据小于60或大于160时会主动提醒队友和指挥员，这样在消防战斗员发生意外时，可以及时的通知到队友自己的位置，及时的获得救援。

战斗员也可以使用佩戴的智能眼镜来控制融合终端的语音功能，智能眼镜通过捕捉头部的动作——抬头、低头和摇头并发送相应蓝牙指令到融合终端来控制融合终端的对讲语音功能，方便的战斗员的操作，解放了双手，让战斗员可以更加专心的做救援工作。

4.3 指挥员端功能介绍

指挥员在融合终端上安装指挥员端APP，登录APP后，可以看到现在正在执行的任务信息，点击任务，进入到当前执行的任务中。指挥员可以在APP中看到灭火救援任务位置的消防车辆，消防战斗人员，并可以查看车辆信息和人员信息。根据救援现场情况安排调度车辆和人员。

指挥员可以查看到消防战斗员的实时位置信息和作战数据信息，并且可以和战斗员进行视频通话，当战斗员的作战数据出现异常时，会提醒指挥员，以便指挥员及时做出救援和灭火战斗的判断和处理，保障战斗员的人身安全。

5 新型数字化消防单兵系统的优势

及时性：可以及时的了解灭火救援现场的发展态势和消防战斗员的战斗数据，而且当作战数据发生异常时会及时的做到提醒，可以对灭火救援现场和消防战斗员的人身安全做出及时的判断和处理。

兼容性：先进的消防设备只要符合蓝牙通信要求，都可以接入到本系统。随着数字化单兵系统在消防领域的研究进一步发展，越来越多的新技术和新设备会融入到本系统中，使系统更加的完善，与时俱进。

易操作性：基于Android深度定制的 UI 设计，界面简洁，操作简便，消防员可以很快的上手使用。

6 总结

随着信息技术的不断进步以及对数字化单兵系统和装备的不断深入研究，未来数字化消防单兵系统将会逐步完善，为消防战斗员提供更加安全的保障，同时更好的为消防部队的信息化建设服务。