李增

（中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院 消防指揮系，河北 廊坊 065000）

災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景參數(shù)實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)*

李增

（中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院 消防指揮系，河北 廊坊 065000）

為了保障在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施搶險(xiǎn)救援作業(yè)的消防員的個(gè)人安全，設(shè)計(jì)了基于Android平臺(tái)通信終端的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)信息采集、傳輸系統(tǒng),主要包括單兵可穿戴式終端、數(shù)據(jù)服務(wù)器和移動(dòng)指揮平臺(tái),實(shí)現(xiàn)將災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)消防員生命體征信息和現(xiàn)場(chǎng)溫度、毒氣濃度等信息實(shí)時(shí)、不間斷地傳輸給后方指揮中心和一線指揮員,為指揮員第一時(shí)間組織施救提供重要依據(jù)，提高了指揮自動(dòng)化水平。

災(zāi)害；信息；測(cè)量；消防；傳輸

0 引言

當(dāng)消防員采用內(nèi)攻戰(zhàn)術(shù)時(shí),常常需要進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)、危化品處置現(xiàn)場(chǎng)以及危險(xiǎn)的狹小空間等區(qū)域，由于身著各種防護(hù)服，行動(dòng)笨重緩慢，僅靠感官無(wú)法及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)各種潛在的危險(xiǎn)。另外常規(guī)的無(wú)線通信方式僅靠前后方對(duì)話獲取有效信息，需要消防員邊作業(yè)邊利用對(duì)講機(jī)匯報(bào)各種信息，后方指揮員獲取信息的手段單一，效率低下，一旦中斷則徹底失去聯(lián)系，后方指揮員無(wú)法及時(shí)有效地獲取內(nèi)攻消防員的個(gè)人信息和場(chǎng)景信息，特別是在消防員被困或者迷路的情況下，無(wú)法第一時(shí)間展開(kāi)施救，因施救不及時(shí)而造成消防員犧牲慘劇時(shí)有發(fā)生。

在英文中，“blue joke”意思是“下流笑話，低級(jí)趣味的笑話”，同義詞為“dirty joke”,而“blue”在漢語(yǔ)中沒(méi)有這樣的隱含意義。根據(jù)對(duì)漢語(yǔ)的語(yǔ)言表達(dá)習(xí)慣和文化內(nèi)涵的把握，在漢語(yǔ)中找到有類(lèi)似語(yǔ)用意義的顏色詞“黃色”。經(jīng)查詢，“黃色笑話”意為“腐化墮落的、特別色情的笑話”。對(duì)比之后，采取轉(zhuǎn)換譯法，譯為“黃色笑話”。

隨著可穿戴技術(shù)的發(fā)展，可穿戴設(shè)備采集消防員的生命體征信息、災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)溫度和毒氣濃度等各種參數(shù)并傳輸?shù)胶蠓?，提高系統(tǒng)的集成度和便攜性，保障消防員人身安全，是消防員個(gè)人防護(hù)設(shè)備的重要發(fā)展方向。

詢問(wèn)會(huì)結(jié)束了，可鎮(zhèn)人大的工作卻剛剛開(kāi)始。譚坊鎮(zhèn)人大根據(jù)詢問(wèn)時(shí)各部門(mén)作出的承諾，采取視察、調(diào)研等方式，圍繞制度保障、校舍建設(shè)、教師培訓(xùn)等方面，對(duì)詢問(wèn)意見(jiàn)落實(shí)情況進(jìn)行了跟蹤監(jiān)督，推動(dòng)全鎮(zhèn)教育工作健康持續(xù)發(fā)展。鎮(zhèn)政府及有關(guān)部門(mén)更是高度重視問(wèn)題整改，先后組織教管辦、財(cái)政所、規(guī)劃辦、國(guó)土分局召開(kāi)兩次教育工作專題會(huì)議，制定出臺(tái)了《譚坊鎮(zhèn)中小學(xué)教育教學(xué)工作考核實(shí)施方案》和《譚坊鎮(zhèn)民辦幼兒園管理暫行辦法》，進(jìn)一步做好教師培訓(xùn)、校安工程、學(xué)前教育等工作，已開(kāi)工的教育工程建設(shè)速度明顯加快，部分教學(xué)用具現(xiàn)代化水平明顯提高，教師工作積極性得到充分調(diào)動(dòng)，全鎮(zhèn)教育教學(xué)質(zhì)量正日益提高。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于3G公網(wǎng)覆蓋范圍非常廣泛，在建筑物內(nèi)部、地下空間、隧道等場(chǎng)所都能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的覆蓋，而且?guī)挻?，利?G公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息傳輸不僅能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)信息測(cè)量傳輸?shù)男枨?，而且為單兵圖像傳輸開(kāi)辟傳輸通道，有利于集成單兵頭盔式攝像頭，采集現(xiàn)場(chǎng)圖像信息。根據(jù)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)救援的需求，結(jié)合實(shí)際情況，設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)特別是火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)保溫板、塑料等化學(xué)物質(zhì)的燃燒會(huì)產(chǎn)生多種有毒氣體，其中H2S和CO最常見(jiàn)，危害也大。因此本系統(tǒng)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)毒氣主要是指H2S和CO兩種氣體，選用電化學(xué)H2S和CO氣體傳感器，即通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)檢測(cè)電解液載流子的變化對(duì)外部電流的影響，傳感器輸出為電流信號(hào)，線形好，體積小，可干電池供電。

以MSP430單片機(jī)為控制核心設(shè)計(jì)了毒氣濃度的測(cè)量裝置，主要包括傳感器、放大電路、濾波器和處理核心MSP430F2249以及藍(lán)牙傳輸模塊 CC2540，MSP430F2249是MSP430系列單片機(jī)之一，內(nèi)置16位AD轉(zhuǎn)換模塊和兩個(gè)定時(shí)器，主要完成數(shù)據(jù)的AD采樣、單片機(jī)內(nèi)部的初始化和傳輸模塊 CC2540寄存器的設(shè)置以及發(fā)射、接收數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作[4]，測(cè)量原理如圖 4所示。

2 脈搏感知模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用NeuroSky的BMD101生物信號(hào)檢測(cè)和處理設(shè)備，傳感器部分主要由LED光源和光敏器件組成，LED光源發(fā)出綠色波長(zhǎng)的光波，光敏器件可以接收手腕皮膚反射光感測(cè)光場(chǎng)強(qiáng)度的變化。后端處理電路包括低噪音一級(jí)放大電路、二級(jí)放大電路、調(diào)零電路器和16位精度的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換，增益可控，內(nèi)置DSP處理模塊，能夠通過(guò)藍(lán)牙傳輸?shù)姆绞綄⑸w征信息傳輸?shù)酵ㄐ沤K端，開(kāi)機(jī)即自動(dòng)搜索并建立傳輸鏈路。通信終端再經(jīng)過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)將該生理指標(biāo)傳輸?shù)胶蠓街笓]平臺(tái)，一旦出現(xiàn)異常，后方指揮員據(jù)此可及時(shí)展開(kāi)營(yíng)救。

軟件主要包括通信終端和移動(dòng)指揮平臺(tái)的設(shè)計(jì)，通信終端依托消防員配備的防爆手機(jī)（Android平臺(tái))，主要完成現(xiàn)場(chǎng)各種參數(shù)的接收，打包后以3G通信的方式發(fā)送到后方指揮中心，后方指揮中心緩存后再以3G無(wú)線通信的形式發(fā)送到前沿指揮員的移動(dòng)指揮平臺(tái)，移動(dòng)指揮平臺(tái)采用防爆處理并加固后的平板電腦，7～8寸，Android系統(tǒng)，主要完成對(duì)各種參數(shù)的顯示，判斷并初步告警，輔助指揮員采取相關(guān)措施。兩者都在 Android應(yīng)用的專業(yè)開(kāi)發(fā)環(huán)境 Eclipse基礎(chǔ)上使用 java語(yǔ)言進(jìn)行界面和數(shù)據(jù)傳輸、處理的開(kāi)發(fā)，程序流程圖如圖6所示。

圖2 脈搏感知藍(lán)牙傳輸模塊

選取2015年3月~2017年9月間社區(qū)預(yù)防接種兒童160例作為本次研究觀察對(duì)象。所選取兒童均為預(yù)防接種兒童,家屬對(duì)于本次研究?jī)?nèi)容均了解,且簽署知情同意書(shū)。排除標(biāo)準(zhǔn):①疫苗過(guò)敏;②嚴(yán)重器官功能不全;③合并有嚴(yán)重皮膚病。

圖3 通信終端數(shù)據(jù)處理流程

3 毒氣濃度感知模塊設(shè)計(jì)

單兵終端包括可佩戴式感知終端和通信終端，可佩戴式感知終端有脈搏感知終端、溫度測(cè)量終端、毒氣(CO，H2S)濃度測(cè)量終端，通信終端藍(lán)牙無(wú)線互聯(lián)感知終端，接收各種現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)信息，并把所測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)3G傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后方。支隊(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器工作于消防指揮調(diào)度內(nèi)網(wǎng)，通過(guò)網(wǎng)關(guān)和防火墻與3G公網(wǎng)互聯(lián)，用于緩存現(xiàn)場(chǎng)單兵的各種場(chǎng)景參數(shù)，也可在指揮中心大屏幕上顯示參戰(zhàn)消防員的各種信息，用于遠(yuǎn)程指揮。顯示與指揮平臺(tái)包括車(chē)載式移動(dòng)指揮平臺(tái)和手持式移動(dòng)指揮平臺(tái)，集中顯示每個(gè)單兵終端采集到的場(chǎng)景參數(shù)信息。人機(jī)交互為現(xiàn)場(chǎng)指揮員提供決策，并與支隊(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器互聯(lián)互通。

CC2540內(nèi)置51單片機(jī)內(nèi)核，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的初步處理。 第一步:以1000個(gè)數(shù)據(jù)信息為一個(gè)處理周期，對(duì)這1000個(gè)值取平均值，濾波，并降低數(shù)據(jù)的更新次數(shù)，因?yàn)橄到y(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的更新頻率要求不高，0.5～1次/秒即可；第二步:據(jù)信息進(jìn)行判斷，如果信號(hào)不屬于正確佩戴脈搏傳感器范圍，則拋棄這段數(shù)據(jù)不處理，反之推送到藍(lán)牙模塊的緩沖區(qū)傳輸?shù)酵ㄐ沤K端。通信終端設(shè)置報(bào)警門(mén)限 40次/min，一旦低于該值，則報(bào)警。數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

黑色即是代表黑暗的凝重與深邃，更是為了黑暗中的光明而存在。黑色的力量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)自身的事物。這種不明的力量會(huì)讓人感到神秘和恐懼。也只有黑色才能實(shí)現(xiàn)韋明思所尋求的那種藝術(shù)的隱喻效果，在這里黑色被賦予了某種深刻的象征意味，成為其思想的表達(dá)，寄托了他在侗寨中對(duì)文化、歷史、生命乃至人性的深刻思考。所以，黑色其實(shí)已經(jīng)成為他的作品和外部世界的契合點(diǎn)，是探索其作品內(nèi)涵，洞悉其藝術(shù)風(fēng)格的嬗變以及思想和內(nèi)心的因緣。

圖4 毒氣濃度測(cè)量與傳輸原理

通信終端和移動(dòng)終端的定時(shí)器為 1 000 ms，即數(shù)據(jù)以1次/秒的頻率進(jìn)行更新，再加上傳輸鏈路上不確定的傳輸延遲，這樣的速度也能夠保證后方指揮員能夠及時(shí)獲取內(nèi)攻消防員的生命體征和現(xiàn)場(chǎng)情況，且有利于降低鏈路的通信負(fù)荷。由于現(xiàn)場(chǎng)背景非常嘈雜，一旦超過(guò)閾值，通信終端以震動(dòng)的方式通知消防員，而移動(dòng)終端則發(fā)出特定聲音或以特定頻率閃爍來(lái)提醒指揮員。

圖5 氣體傳感器二級(jí)放大電路

4 軟件設(shè)計(jì)

[4]張暉明、周嵐嵐、伍茜溪：《論稅收手段對(duì)企業(yè)自主創(chuàng)新的激勵(lì)作用——基于技術(shù)進(jìn)步路徑的視角》，《復(fù)旦大學(xué)學(xué)報(bào)》(社會(huì)科學(xué)版)2017年第6期。

第一級(jí)放大電路采用AD620放大器，傳感器測(cè)得的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后放大 10~1 000倍，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整合適的放大倍數(shù)后經(jīng)過(guò)電容C6實(shí)現(xiàn)直流分量和交流分量的分離。交流分支進(jìn)入二級(jí)放大機(jī)構(gòu)進(jìn)行再次放大，而直流分量直接進(jìn)入MSP430F2249的AD采樣模塊AD0，用于測(cè)量環(huán)境中毒氣濃度的平均值，模擬信號(hào)通過(guò)經(jīng)過(guò)OP07放大濾波后進(jìn)入單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換器的AD1，用于測(cè)量環(huán)境中毒氣濃度的波動(dòng)值，最后實(shí)測(cè)值為兩者之間的疊加。最后將疊加值傳輸?shù)剿{(lán)牙模塊，再經(jīng)過(guò)改模塊輸出的通信終端。H2S和CO兩種氣體傳感器的檢測(cè)處理電路完全一致，如圖5所示。

圖6 軟件設(shè)計(jì)程序流程圖

無(wú)論是通信終端還是移動(dòng)終端，數(shù)據(jù)的操作 (包括發(fā)送和接收)都是非常耗時(shí)的過(guò)程，為了保證用戶體驗(yàn)，在編程的過(guò)程中必須開(kāi)辟單獨(dú)的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)線程，接收數(shù)據(jù)線程的部分代碼為：

其中 mmInStream和 mmOutStream是 Android Socket通信模型中 InputStream和 OutputStream的實(shí)例化對(duì)象，它們通過(guò)調(diào)用 Socket模型中 read()和 write()方法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。

5 結(jié)論

系統(tǒng)中毒氣濃度測(cè)量器固定在消防員佩戴的正壓式呼吸器的末端，裸露外表并防爆處理，附帶測(cè)量環(huán)境溫度，脈搏測(cè)量采用腕表式設(shè)計(jì)，系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后自動(dòng)掃描并建立傳輸鏈路，消防員本身除了打開(kāi)系統(tǒng)外，無(wú)需其它操作。整個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)各種場(chǎng)景參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶蠓街笓]中心和前沿指揮員，輔助指揮決策，提高指揮自動(dòng)化水平。未來(lái)可使通信終端開(kāi)啟WIFI模式，為頭盔式攝像設(shè)備開(kāi)辟無(wú)線傳輸通道，能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)視頻信息及時(shí)傳輸?shù)街笓]中心或者指揮車(chē)，信息將更加豐富，集成度也會(huì)更高。

[1]董鐘駿，李俊蘭，萬(wàn)澤君，等.一種井場(chǎng)H2S檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]．傳感器與微系統(tǒng)，2012，31(10)：119-124．[2]趙文麗.便攜式生命體征動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2015，23(2)：130-133.

[3]朱宇，齊樂(lè).基于智能手機(jī)的 Holter系統(tǒng)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2015，23(2)：57-59.

[4]鄒輝林.脈搏信號(hào)遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控器系統(tǒng)原型研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2011.

[5]鄧玉嬌，魏超.礦用一氧化碳傳感器的設(shè)計(jì)[J].軟件，2011，32(2)：88-92.

[6]趙大力，劉天慶，徐潔，等.用一氧化碳報(bào)警器實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)報(bào)及救援指導(dǎo)[J].傳感器世界，2012（07）：101-104.

[7]苑宇坤，譚秋林，楊明亮，等.危化品運(yùn)輸跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2015，23（4）：99-102.

Design of disaster scene information real-time collection system

Li Zeng
(The Armed Police Academy，Langfang 065000，China)

In order to protect the firefighters working on disaster scene，the system of information collection and transmission based on Android terminal is designed,which including single wearable sensor terminal,data servers and portable command platform.As a result,information of life parameter of firefighters,temperature,consistence of toxic gas are transmit to command center and commander on site real-time and uninterrupted,providing an important decision-making reason，and the level of automation of command is improved.

disaster；information；collection；fire；transmission

TP23

A

10.16157/j.issn.0258-7998.2015.11.010

李增.災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景參數(shù)實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2015，41(11)：38-40，44.

英文引用格式：Li Zeng.Design of disaster scene information real-time collection system[J].Application of Electronic Technique，2015，41(11)：38-40，44.

2015-07-22）

李增（1982-），男，博士研究生，主要研究方向：消防通信。

公安部應(yīng)用創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（2014YYCXWJXY60）