基于自组网技术的消防现场指挥调度系统

刘万柱

【摘要】    本文簡略阐述了基于自组网技术的消防现场指挥调度系统的应用、部署、功能、特点、设计、架构等，并分别阐明了各个组件模块的功能、设计、相互协作等。各个组件不仅具有自身的任务角色，而且彼此之间又要实现无缝衔接，组合成一个完整系统。

【关键词】    调度主机    调度平台    自组网单兵组件    传感器组件

一、系统背景

随着城市不断快速的发展，市区的建筑越发多样，城市的环境越发突出，居民区、商业区、工业区等结合的也越发紧密。在这复杂多变的城区发生重大灾害或火灾时往往需要后方本部领导或专家快速做出有效、科学、合理的决策，在这样紧急及特殊的情况下，通过怎样的技术手段来建立灾害现场和后方本部全方位、可视化、实时性的信息传输就显得尤为重要和关键。设计以自组网为信息传输技术的消防现场指挥调度系统可以顺利的保证前方现场与后方本部的可靠通信，实现消防调度、指挥、现场管理紧密结合，建立多角色消防现场指挥调度系统，协同相关职能小队进行火灾扑救、人员救助、灾害处置、信息汇报等任务。

二、系统简述

2.1 系统的应用

前方消防人员与现场指挥人员通信采用无线自组网技术，现场指挥人员与后方本部领导或专家通信采用5G/4G、微波或卫星等标准通信技术，运用级联方式设计消防现场指挥调度系统，实现本系统的多种情况应用，如低危人员活动区域、高危工业生产区域、密集楼宇区域等，也可应用重大灾害后的现场指挥协调。

2.2 系统的部署

本系统设计的调度主机加入无线自组网功能装置，使其不仅具备公网调度平台的属性也具有无线自组网通信的功能，可实现消防火灾现场的快速部署，消防人员的快速佩戴，在尽可能短的时间内建立消防员与指挥员的实时、稳定、可靠的无线通信渠道。本系统设计融合无线自组网功能的调度主机放置在指挥车或消防车内，本身自带锂电池，无需外接电源供电。具备自组网功能的单兵终端等外设由需要进入火灾现场的消防人员佩戴。部署完毕后，就会形成由多个消防人员个体为通信节点，通过无线自组网技术，自动与消防现场指挥调度平台进行连接，形成一个前方小区域的通信网络。

2.3 系统的功能

当消防人员需要进入到前方火灾现场时，利用自身携带的图像采集装置及相关传感器等会把前方火灾现场的可见光图像、热成像图像、消防人员的生命体征数据、消防人员的位置信息等通过自组网建立的无线传输通道实时回传给现场指挥调度平台，同时也通过公网技术同步给后方本部领导或专家，为现场指挥人员及后方本部领导或专家提供可视化的前方情景及全面的人员信息情况，便于现场指挥人员做出合理的、有充分依据的指令决策。

2.4 系统的特点

调度主机集成无线自组网功能，以宽带无线自组网为核心通信方式，突破了传统消防救援现场窄带通信方法，为可视化、综合化、智能化消防现场指挥调度的实现提供了新的方向。本系统设计的无线通信节点具备自组织、自修复、自动中继、自主组网的能力，无需现有公共网络设施的支撑，也无需复杂的网络规划配置，切实做到即开即用，快捷方便。

三、系统设计方案

3.1 系统的组成

本系统主要由融合自组网功能的调度主机、可视化调度平台、自组网单兵组件、语音编解码组件、可见光图像采集组件、热成像图像采集组件、生命体征传感器组件、人员定位传感器组件等八部分组成。

3.2 系统内各组件功能

1、自组网调度主机。利于消防火灾现场的恶劣环境工作，自组网调度主机具备防水、防潮、防盐雾、防霉菌的功能。自组网调度主机不仅人机界面友好，还要支撑调度平台的有效部署、确保调度平台的稳定运行、实现调度平台的合理分配。通过标准的TCP/IP协议与无线自组网单元进行信息交互，保证前方消防人员通过自组网技术回传的数据、语音、图像等信息的实时性，实现现场指挥人员获取前方信息的准确性。2、可视化调度平台。基于Windows系统研发的可视化调度平台，不仅具有前方现场的实时可见光图像、热成像图像界面，也具有前方消防人员生命体征数据、位置信息数据，还具有与前方消防人员语音交互的调度功能。3、自组网单兵组件。前方消防人员佩戴具有自组网功能模块的单兵组件，以便消防现场每个节点通过自组网技术快速组建临时应急网络，实现调度平台与前方消防人员的信息无线传输，起到搭建无线信息通信链路的重要组成部件，不可或缺。4、语音编解码组件。使用语音来对前方消防人员执行信息的下达和现场信息的反馈，前方消防人员通过骨传导声音装置进行语音的拾取，并汇报给指挥调度平台，保证在吵杂喧嚣的环境中做到消防人员与指挥人员的清晰准确沟通。5、可见光图像采集组件。前方消防人员佩戴具有可见光成像装置，并集成到消防头盔中，减少消防人员的承重负担，在有自然光照的条件下采集消防现场图像信息，拥有视频信号的编解码功能。6、热成像图像采集组件。前方消防人员佩戴具有热成像装置，同时安装在消防头盔上，在昏暗无光的环境中可以观看到待救援人员的大致身体状态情况，生成热图像，以伪彩色的形式来显现。7、生命体征传感器组件。消防人员在火灾现场救援时，不仅要确保待救援人员的生命安全，也要保障消防人员的人身安全。消防人员佩戴生命体征传感器后，可以采集消防人员的生命体征信息并发送给指挥调度平台，供现场指挥人员查看。8、人员定位传感器组件。人员定位传感器组件集成到消防靴中，不额外增加消防装备。此传感器可以把消防人员在现场的位置信息实时回传给指挥调度平台，供现场指挥人员参考。

3.3  系统内各组件的设计

1、自组网调度主机。主要包含供电管理模块、数据处理运算模块、自组网功能模块、射频功放模块、对外接口模块等构成。设计供电管理模块将外部输入的DC19V经DC/DC转化后，输出稳定的多种低纹波电压值，如DC16V、DC12V和DC5V等，输出电压的时序受到本模块相关IC控制，使调度主机内各个模块在恰当的时间点获得符合要求的供电电压。以X86架构来设计数据处理运算模块，实现调度主机的数据处理的稳定可靠，各驱动IC以相关总线的形式桥接，如VESA、EISA和PCI等，来完成控制、运算和存储。自组网功能模块处理射频信号发射接收的调制解调、分频、鉴相、路由算法等，射频功放模块完成射频信号的放大，并通过MIMO天线实现与各个节点之间的空中接口相互连接，形成基于自组网技术的专用通信网络。对外接口模块主要完成内部与外部标准通信的对接，如USB、MIC、Speaker和有线网络等，设计集成简化的方法汇总到一个功能模块上，减少内部走线，保持内部散热通道合理有效。2、可视化调度平台。可视化调度平台核心为流媒体管理、数据管理、业务管理、客户端管理等四部分。设计系统中的图像/语音/数据信息由流媒体服务/数据服务接收流，转换编码，建立连接池，输出视频流/数据，转存至数据库，操作人员需要查看相关信息时，由客户端向流媒体管理端/数据管理端进行取流/数据操作。设计系统的账户、权限和授权等由业务管理完成，客户端经鉴权后以人性化的界面形式呈现给操作人员。3、自组网单兵组件。自组网单兵组件运用FPGA技术，对输入的电信号进行实时处理和输出。应用ATP（自适应控制传输协议）和MSR（网络可扩展路由）等技术保证系统中各个通信节点与调度主机迅速组建无线专用局域网络及可靠稳定传输通讯数据。4、语音编解码组件。消防现场的环境噪音会非常突出，设计有较好能力抑制噪音源的产生、降低噪音输入过程的耦合形成具有DSP数字降噪功能的编解码组件，并通过骨传导的方式识别消防人员发出的声音。5、可见光图像采集组件。采用低功耗的CMOS成像传感器，把经过A/D转换后的图像信号输入给数字信号处理中心，最终以无线射频信号的方式发送给自组网单兵组件，实现图像信号、电信号、数字信号、射频信号的转变。6、热成像图像采集组件。选用氧化钒（VOx） 非制冷热成像机芯，把采集到的现场热辐射图分解成热辐射信号，经过视频处理系统后转换成视频信号，并经过有线的形式接入到自组网单兵组件。7、生命体征传感器组件。设计可监测消防人员生命体征信息的装置，放置在消防头盔内部，使传感器与头部有效接触，并测量佩戴人员的表皮温度、心率、血氧浓度等数据，通过蓝牙技术把数据传输给自组网单兵组件。8、人员定位传感器组件。选择MEMS传感器来计算消防人员在室内时的位置信息，消防人员在室外时的位置信息以BD/GPS技术为主，位置信息数据仍然是通过蓝牙技术发送给自组网单兵组件。

四、系统网络架构

设计极简的扁平式网络架构，为平台对数据的调用更直接、高效、顺畅，在提高系统效率的同时也要保证系统的技术延伸性，总体网络架构如下图所示：

五、结束语

本系统以实际需求为出发点，充分做到系统的实用性和可操作性有机结合。运用无线自组网技术来实现消防现场的指挥调度在国内外都具有一定的新颖性、先进性。借助此文为消防现场指挥调度提供一种新方法、新思路，也为相关人员高效、便利工作的同时，更好的保护有关人员的人身安全。

参  考  文  献

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