宓樂壯 劉晉軍 王紫崴 吳琦鳴

摘要：隨著近年來工業(yè)化及城市化的迅猛發(fā)展，人口分布越來越密集，火災的形式變得越來越復雜和危險，各類消防安全事故頻發(fā)，并具有復雜性、突發(fā)性、不可預見性等特點，火災已成為威脅人民生命財產(chǎn)安全的巨大隱患，也對消防員的人身安全造成了巨大威脅。為了高度契合消防救援隊伍“全災種，大應急”的任務需要，最大限度地保障消防指戰(zhàn)員的生命安全，進而有效地保障人民生命財產(chǎn)安全，本文對“新一代消防手環(huán)的功能分析與技術實現(xiàn)”進行研究討論。

關鍵詞：消防手環(huán);功能;技術

中圖分類號：TU998.1? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2021）03-0006-02

消防指戰(zhàn)員進入火場的環(huán)境復雜多變，危險指數(shù)越來越高，加強消防指戰(zhàn)員的個人防護顯得尤其重要?，F(xiàn)有的智能手環(huán)在性能方面還有很大的提升空間，未來消防救援隊伍發(fā)展的總體趨勢是面向消防指戰(zhàn)員的防護裝備而展開，因此需要在現(xiàn)有的智能化手環(huán)功能上做進一步提高。本項目對智能化手環(huán)進行優(yōu)化，能夠持久續(xù)航，遇險報警，紅外線熱感，抗干擾對講，實時監(jiān)測周邊環(huán)境溫濕度，運用高精度定位模式，配合無人機觀察現(xiàn)場具體狀況，實現(xiàn)海陸聯(lián)動保障，新一代消防救援手環(huán)可以極大地提高救援效率，更好地服務于消防指戰(zhàn)員，大大地提高救援人員的自身安全和保障，具有重要的研究意義。

一、研究的意義

新一代消防手環(huán)功能設計與運用的技術，目的在于提高國家綜合性消防救援隊伍承擔著防范化解重大安全風險、應對處置各類災害事故的能力。

自我國改革開放的政策實施之后，我國的社會發(fā)展和經(jīng)濟發(fā)展發(fā)生了巨大變革，國民經(jīng)濟取得空前迅速的發(fā)展，城市規(guī)模也隨之不斷壯大，可飛速發(fā)展的同時城市火災的危害也隨著城市規(guī)模的發(fā)展壯大而日趨嚴重。

通過查閱大量火災事故資料，突顯出我國的火災發(fā)生的概率在逐漸提高。2003年11月3日衡陽發(fā)生的特大火災，由于現(xiàn)場復雜的內(nèi)外部環(huán)境因素導致多處房屋倒塌，人民群眾的生命財產(chǎn)安全受到了嚴重的威脅，此次火災造成了20名消防指戰(zhàn)員壯烈犧牲，也有許多的消防指戰(zhàn)員受到了不同程度的傷害;2005年8月2日，安徽馬鞍山蒙牛公司倉庫發(fā)生火災，消防指戰(zhàn)員在應對處置火災過程中，由于現(xiàn)場情況的不確定性，不幸造成了3名消防指戰(zhàn)員犧牲;2015年8·12天津港特大爆炸事故中，犧牲的消防指戰(zhàn)員是最多的一次，有104名消防人員犧牲在這場火災之中;2019年3月30日四川省涼山彝族自治州木里縣發(fā)生森林火災，27名消防指戰(zhàn)員和3名當?shù)馗刹吭趫?zhí)行滅火救援中不幸犧牲。近年來消防指戰(zhàn)員在各種搶險救援事故中犧牲和受傷的數(shù)量有所上升，改進智能手環(huán)的功能顯得尤為重要，只有保障好消防指戰(zhàn)員的生命安全，才能更有效地保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

二、功能的分析與技術實現(xiàn)

（一）持久續(xù)航。利用太陽光充能，并且大部分太陽能電池板的主要材料是“硅”即單晶硅是最主要的光伏材料，也是新一代消防手環(huán)為保證能夠持續(xù)續(xù)航所必須用到的材料，根據(jù)資料顯示單晶硅太陽能電池的光電轉化率在20%左右。太陽能技術作為一種新的能源技術，將太陽能技術運用到新一代消防救援手環(huán)上是有必要的，利用太陽能手環(huán)的原理即利用人動電能和光動電能模式作為驅動，將光能轉化為電能，儲存在充電電池中，這樣就可以避免更換電池，災害事故中的救援任務往往要求救援裝備長時間不間斷工作，這就對手環(huán)的續(xù)航能力提出了較為嚴格的要求。通過太陽能充能的方式可以有效地解決這個問題。

（二）遇險警報。市面上大部分智能手環(huán)都具備測量心跳的功能，通過物聯(lián)網(wǎng)技術將進入災害事故現(xiàn)場的每名消防指戰(zhàn)員的心跳頻率通過消防手環(huán)的無線接收發(fā)送模式反饋給通信指揮后臺，全方位了解每名消防指戰(zhàn)員的實時狀況，當遇到危險狀況時，救援人員心跳頻率會急劇增加，新一代消防救援手環(huán)會向通信指揮后臺發(fā)送該消防指戰(zhàn)員的心跳數(shù)據(jù)，當心跳頻率增加到一定范圍，手環(huán)就會發(fā)出一種警報聲，消防指戰(zhàn)員佩戴的手環(huán)會通過物聯(lián)網(wǎng)技術將這些特殊的數(shù)據(jù)反饋給通信指揮后臺，通信指揮后臺通過智能移動終端確定遇險消防指戰(zhàn)員的位置信息，從而為營救消防救援人員提供技術支持。

（三）紅外線熱感。我們在處置火災事故現(xiàn)場，都會帶上單兵熱成像儀，主要用于火災現(xiàn)場黑暗、濃煙環(huán)境中的搜救，單兵熱成像儀可切換兩種應用模式：火場或搜救模式，但是火場環(huán)境瞬息萬變，我們不僅要滅火，而且還要拿單兵熱成像儀，對于我們消防指戰(zhàn)員來說很不方便，因此為了更好地符合新時代國家消防救援隊伍“全災種，大應急”的任務需求，有效地進行火場溫度檢測與人員生命體征信息的準確獲取，新一代消防救援手環(huán)通過紅外線測溫與人員生命體征原理，將關鍵的器件，瞄準系統(tǒng)的設計和溫度的自動調(diào)節(jié)來提高紅外線熱感的準確性。有效提高消防指戰(zhàn)員快速處置的能力，可廣泛應用于高層、水域等領域，在應急救援與搜索中起著不可或缺的作用。

（四）抗干擾對講。在處置各類災害事故現(xiàn)場中，通信聯(lián)絡顯得非常重要，但是我們還不能完全做到實時對講，實時反饋信息。我們消防隊伍中使用的基本上是數(shù)字對講機（防爆式電臺）分別為350M適用范圍2公里以內(nèi)和850M使用范圍一個區(qū)域（上海市），由于通信網(wǎng)絡的廣泛應用各種各樣的電磁信號在無線空間交叉?zhèn)鞑ィ斐赏ㄐ怒h(huán)境愈加惡劣，外加人為破壞等原因，各種干擾大量存在，嚴重影響了通信的質量。目前是信息社會，電子通信設備量猛增，所以頻帶日益加寬，功率越來越大，傳輸速率越來越高，加之雷害日趨嚴重，因而受電磁干擾的威脅也逐漸增大。在進行產(chǎn)品設計時，對手環(huán)電子線路、結構以及硬件等采取抗干擾措施，提高消防救援人員在參與搶險救援過程中對講的抗干擾性，以及感受體對干擾的抗擾度，通過改進減小或攔截通過耦合路徑的噪聲傳輸量。

（五）實時監(jiān)測周邊環(huán)境溫濕度。環(huán)境溫濕度的實時監(jiān)測在各行各業(yè)都有廣泛的應用，無論是農(nóng)業(yè)、軍事、氣象或工業(yè)。有效監(jiān)測周邊環(huán)境的溫濕度，實現(xiàn)對環(huán)境溫濕度的實時監(jiān)測與顯示，在一定范圍的溫濕度條件下開展滅火救援行動，能夠及時提醒救援人員在遇險時快速撤離。其主體功能有：環(huán)境溫濕度的實時顯示;環(huán)境溫濕度超過限值時發(fā)出預警警報。

（六）遠程定位及無人機勘測。無人機外形結構簡單，可以在空中長時間飛行，通過遠距離控制與GPS定位技術相結合的新一代消防救援手環(huán)，可以有效地保障深入火場內(nèi)部的消防指戰(zhàn)員人身安全，新一代消防救援手環(huán)的GPS定位技術是通過定位模塊來定位信息，而市面上有兩款智能可穿戴類GPS模塊（SKG08A和SKG09A），通過對這兩款模塊相比較，SKG08A的尺寸要小，更符合裝在新一代消防救援手環(huán)上，再通過GPRS（general packet radio service通用無線分組無線業(yè)務技術）或3G/4G/5G圖傳與安通信指揮后臺進行通信，確定消防指戰(zhàn)員的具體位置，通過系統(tǒng)的制作與設計實現(xiàn)一個無人機遠程定位系統(tǒng)。通過無人機遠距離控制可較早預知火場情況，為在災害現(xiàn)場確定最優(yōu)路徑、提高救援效率、提升消防指戰(zhàn)員滅火救援的安全系數(shù)保駕護航。

三、產(chǎn)品前景

新一代消防救援手環(huán)是一款穿戴式智能設備，產(chǎn)品面向國家綜合性消防救援隊伍以及各類專業(yè)應急救援隊伍和社會應急力量等群體。國家綜合性消防救援隊伍承擔著防范化解重大安全風險、應對處置各類災害事故的重要職責。通過這款手環(huán)，救援人員之間可以實現(xiàn)通信實時暢通，同時，手環(huán)的設計風格也是本次創(chuàng)新的亮點，搭配防抗壓性能，使其在水域救援方面也能展現(xiàn)出優(yōu)良的水平，水下救援的數(shù)據(jù)反饋可以起到輔助作用。利用手環(huán)的遠程監(jiān)控及無人機觀察定位功能，在救援人員面對山林等過火面積較大、消耗時間較長的火災，有效掌握救援人員的實時方位。

四、結語

現(xiàn)階段我國應急救援裝備的智能化程度較低，難以在救援過程中協(xié)助消防指戰(zhàn)員完成處置各種災害事故?，F(xiàn)有的熱成像儀和單兵定位裝置存在的普遍問題是功能單一，同時使用攜帶不便，使用時無法進行多余操作等問題。而本項目所研究的方向及其功能則較好地彌補了這些不足，新一代消防救援手環(huán)的實際應用功能比較全面，持續(xù)續(xù)航保證了電力的充足;遇險警報即是在救援人員處于危險時及時提醒;紅外線熱感能夠有效檢測生命體征信息;抗干擾對講則是在嘈雜的救援現(xiàn)場實現(xiàn)清晰的信息通話;實時監(jiān)測周邊環(huán)境溫濕度，為救援人員感知危險提供現(xiàn)實依據(jù);遠程定位及無人機勘測為人員撤退指明方向。消防救援人員的自身安全永遠是應急救援的重中之重，進入火場之后亦是變化莫測，智能化救援輔助裝備的重要性是不言而喻的，它能夠降低救援人員在火場中的傷亡，進而提高隊伍整體戰(zhàn)斗水平。

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作者簡介：宓樂壯（1995-），男，漢族，湖北孝感人，原上海市消防救援總隊特勤支隊金橋站消防員，現(xiàn)中國消防救援學院學員三隊學員。