李孝巖LI Xiao-yan；段志偉DUAN Zhi-wei；羅東明LUO Dong-ming；黃陽HUANG Yang；劉珈池LIU Jia-chi

（東北石油大學(xué)，大慶 163318）

（Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China）

0 引言

地震現(xiàn)場的搜救效率直接關(guān)系到地震救援工作的成功率，是提高被困人員生命存活率的重要因素。強震發(fā)生后，地震現(xiàn)場往往余震頻發(fā)、廢墟內(nèi)環(huán)境危險而又復(fù)雜，這些都給救援人員帶來了極大的困難，也威脅著救援人員的生命安全。并且震后由于房屋坍塌、橋梁受損斷裂及通訊設(shè)施受到嚴重損壞，不僅難以了解災(zāi)區(qū)受災(zāi)狀況，而且難以向災(zāi)區(qū)運送救援物資，給災(zāi)區(qū)的救援工作帶來了極大的困難。因此迅速地將救援物資送達物資需求點，并對受災(zāi)地區(qū)的災(zāi)情狀況信息進行采集已成為當(dāng)務(wù)之急。在緊急運送救援物資的同時施救人員的人身安全也極為重要，如何確?！半p安全”，即幸存者和救援人員本身的安全也成為救援過程中的一個難題。

本文利用模擬演示平臺開發(fā)了一套地震救援指揮中心進行現(xiàn)場調(diào)度的動態(tài)演示系統(tǒng)，該設(shè)計融合了無線通信技術(shù)，傳感器技術(shù)，單片機技術(shù)及機器人技術(shù)。該平臺可以完整的模擬出地震發(fā)生后，指揮中心向災(zāi)區(qū)派遣應(yīng)急車并進行現(xiàn)場傷員搜救、搶修斷橋、運輸救災(zāi)物資的整個過程。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

本設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示，應(yīng)急車上裝有循跡傳感器，避障傳感器，無線通信模塊用來感知地震現(xiàn)場的地形環(huán)境。在應(yīng)急車1 順利通過地震區(qū)后，應(yīng)急車上控制器通過無線模塊把路況信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)控制中心，網(wǎng)絡(luò)控制中心將信息顯示在液晶顯示屏上。在控制中心可通過按鍵控制應(yīng)急車1 的下一步動作，也可以給搭橋工程車和應(yīng)急車2 發(fā)送命令。在應(yīng)急車1 發(fā)來斷橋警告請求搭橋后，應(yīng)急車1 自動退后一段距離，控制中心將搭橋信息發(fā)給搭橋工程車，搭橋工程車運行到指定斷橋處將臨時橋梁搭建好，再將完成信號發(fā)給控制中心，控制在中心命令應(yīng)急車1 通過橋梁，此時說明路面通暢，應(yīng)急車2 將啟動跟隨應(yīng)急車1 通過模擬地震區(qū)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

該系統(tǒng)的硬件部分主要由控制器電路、按鍵電路、電機驅(qū)動電路、無線通信電路、液晶顯示電路、循跡避障傳感器電路等組成。按鍵電路主要用來控制發(fā)回操作信號的確定；液晶顯示屏電路主要用來顯示回傳的路況信息及各個車輛的運行狀況，無線通信電路主要用來進行信息傳輸；控制器電路主要用來對應(yīng)急車和搭橋工程車的運動軌跡作出精確控制、處理各傳感器的信息收集及液晶顯示屏的顯示信息；電機控制電路為車輛的運動機械結(jié)構(gòu)提供動力控制。

單片機的控制電路用來處理所有外部采集信息后的控制輸出，它利用一個定時器產(chǎn)生PWM 信號輸出作為電機驅(qū)動信號，利用另一個定時器產(chǎn)生20ms 時鐘信號，通過占空比0 到2ms 的PWM 信號作為舵機控制的驅(qū)動信號。循跡傳感器將采集到的路況信息傳到處理器，處理器將根據(jù)獲取的路況信息確定應(yīng)急車運行軌跡。避障傳感器用來探測斷橋信息，通過無線網(wǎng)絡(luò)將該信息發(fā)送給控制中心，再由控制中心調(diào)度架橋工程車派出并執(zhí)行架橋任務(wù)。

無線通信電路是將網(wǎng)絡(luò)控制中心發(fā)出的運行控制信號發(fā)給應(yīng)急車或搭橋車，并將它們采集到的路況信息發(fā)回到網(wǎng)絡(luò)控制中心并通過液晶屏幕進行顯示。通過無線模塊實現(xiàn)控制中心，搭橋工程車，應(yīng)急車1 和2 的星形網(wǎng)絡(luò)的建立。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

軟件設(shè)計中采用模塊化的設(shè)計思路，整個模擬系統(tǒng)由調(diào)度模塊、運動控制模塊、PWM 輸出控制信號模塊、無線通信模塊和液晶顯示模塊等組成。地震模擬系統(tǒng)軟件設(shè)計的結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)軟件設(shè)計的結(jié)構(gòu)圖

4 實驗應(yīng)用

通過模型搭建，模擬出地震之后房屋垮塌、路面塌陷的現(xiàn)場。本系統(tǒng)由控制中心、應(yīng)急車、搭橋工程車三個主要硬件部分組成，整個系統(tǒng)中的每個單元是通過無線通信網(wǎng)絡(luò)進行信息傳遞。

在地震發(fā)生后，控制中心第一時間派出應(yīng)急車進入災(zāi)區(qū)，進行傷員搜救和運送救災(zāi)物資工作。另一方面，對災(zāi)區(qū)情報進行收集，并將收集到的信息及時傳送回控制中心，為下一步災(zāi)區(qū)救援工作提供寶貴信息。應(yīng)急車行駛過程中能夠自動繞行房屋倒塌區(qū)，按照自動循跡的方式前行，并且實時保持與控制中心的信息交互處理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)前面大橋坍塌而導(dǎo)致車輛無法通行時，先控制中心發(fā)送求助信號；控制中心收到信號后，迅速派出工程車進行架橋工作，保證“生命通道”暢通無阻。

5 結(jié)論

此研究旨在設(shè)計一套自動化的震后救災(zāi)演示平臺，通過直觀的動態(tài)演示，讓大家能夠?qū)φ鸷缶仍ぷ饔幸粋€簡單的了解。利用無線通信方式進行數(shù)據(jù)傳輸，通過星形網(wǎng)絡(luò)的組建使整體調(diào)度井然有序，同時也是無人地震救援的概念模型，將是將來可能實現(xiàn)的高安全性救援系統(tǒng)的雛形。

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