李文馨，張帥，易博，胡嵐

（1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)智能信息系統(tǒng)與社會(huì)服務(wù)創(chuàng)新研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

消防救援是一項(xiàng)危險(xiǎn)而關(guān)鍵的任務(wù)，消防員常常需要在極端條件下工作，如高溫、有毒氣體和煙霧中。為了提高消防員的工作效率和安全性，智能可穿戴設(shè)備已成為一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。本文將探討這一領(lǐng)域的研究進(jìn)展，包括應(yīng)用、技術(shù)特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

1 智能可穿戴設(shè)備概述

1.1 智能可穿戴設(shè)備的定義

智能穿戴設(shè)備是一種將穿戴技術(shù)和傳感器集成的新型設(shè)備，它改變了舊有的先采集樣本再進(jìn)行檢測(cè)的方式。比如，智能手環(huán)、手表、智能眼鏡、智能頭盔和服飾等。隨著科技的進(jìn)步和智能硬件的發(fā)展，智能可穿戴設(shè)備已經(jīng)能夠用于監(jiān)測(cè)和評(píng)估生命體征以及運(yùn)動(dòng)情況。唯有進(jìn)一步推廣智能化設(shè)備在消防救援工作中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)新型智能化設(shè)備在消防工作中的全面覆蓋，才能夠?qū)崿F(xiàn)消防救援的高效安全，提高作戰(zhàn)時(shí)的安全指數(shù)和科學(xué)的指導(dǎo)訓(xùn)練方法。

1.2 智能可穿戴設(shè)備的發(fā)展

我們主要使用智能穿戴設(shè)備來(lái)追蹤運(yùn)動(dòng)健康與生物生命信號(hào)，其內(nèi)置的傳感器可以讀取體內(nèi)脈搏、pH 值等多種信息。可穿戴設(shè)備對(duì)于汗液和物理指標(biāo)的檢測(cè)分析較多,商業(yè)化產(chǎn)品多為檢測(cè)物理指標(biāo)的可穿戴設(shè)備。在火災(zāi)營(yíng)救的情況下，智能穿戴設(shè)備可以對(duì)營(yíng)救者的身體狀況以及行為做出實(shí)時(shí)評(píng)估，以減少潛在的致命傷害風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)在應(yīng)用于火災(zāi)營(yíng)救的智能穿戴設(shè)備包含智能消防頭盔和梅思安智能呼吸器等。

2 智能可穿戴設(shè)備的類型

2.1 手部穿戴類設(shè)備

智能手環(huán)。智能手環(huán)可以對(duì)人體心率、血氧、腦電等生命體征信息進(jìn)行一定程度上的搜集。這類可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)是直接接觸身體皮膚的，主要通過(guò)固定的傳感器進(jìn)行工作，內(nèi)嵌Wi-Fi 和藍(lán)牌等通信模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸。在火災(zāi)救援中，我們?cè)谠兄悄苁汁h(huán)的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)版的消防智能便攜式系統(tǒng)，它對(duì)運(yùn)動(dòng)、心率監(jiān)控模塊和電池模塊進(jìn)行了升級(jí)，并對(duì)GPS 定位芯片做了一些增強(qiáng)處理。救援人員在救援現(xiàn)場(chǎng)的行為、火場(chǎng)環(huán)境、人員生物信息等與人員在火場(chǎng)中是否處于危險(xiǎn)狀況密切相關(guān)，人體某些異常行為可能誘發(fā)危險(xiǎn)，例如，跌倒、局部高溫、心跳過(guò)快或過(guò)慢等都與現(xiàn)場(chǎng)人員的安全狀況密切相關(guān)，因此對(duì)人員在火場(chǎng)中的多種行為、其生理信息進(jìn)行監(jiān)護(hù)具有現(xiàn)實(shí)意義。智能可穿戴設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、環(huán)境感知、通信連接等功能特點(diǎn)已經(jīng)被市場(chǎng)接受。智能可穿戴設(shè)備已經(jīng)被廣大市場(chǎng)接受，主要因?yàn)樗哂袑?shí)時(shí)監(jiān)控、環(huán)境感知及通信連接等多項(xiàng)功能特性。使用這種智能手環(huán)可以進(jìn)行消防員和疏散人員的心率檢測(cè)，使用的主要方法是光電反射和投出測(cè)量法，但是這種方法存在缺陷，例如，高耗電量以及容易受到環(huán)境光和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的干擾，因此我們還需要不斷優(yōu)化產(chǎn)品性能，提升抗干擾能力，從而在一定程度上降低火災(zāi)救援時(shí)可能發(fā)生的傷亡情況。

在滅火救援行動(dòng)中，智能手環(huán)能夠做到實(shí)時(shí)定位，讓總指揮者精確地掌握每個(gè)消防員的位置信息，靈活部署。火災(zāi)區(qū)域的位置必須準(zhǔn)確，并結(jié)合消防單元的三維圖像。通過(guò)三維圖像的組合單元的圖像和定位的智能手環(huán),指揮官可以了解信息,每個(gè)消防救援人員的實(shí)時(shí)定位,確?；馂?zāi)形勢(shì)完全能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的指揮和救援人員部署情況。實(shí)際的消防救援要依賴各種救援裝備與救助設(shè)備，消防救援裝備對(duì)于整個(gè)消防機(jī)構(gòu)以及消防工作有著不可或缺的作用。

2.2 頭部穿戴類設(shè)備

（1）以Google Glass 為例，它的構(gòu)造包含處理器、微投影機(jī)、傳感器、攝像機(jī)、操作設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備等元素。其性能方面與消防智能頭盔中的部分智能模塊相似，在消防救援中，智能便攜式設(shè)備已經(jīng)可以用于監(jiān)測(cè)生命體征和監(jiān)測(cè)消防員的行動(dòng)。

基于視覺(jué)的多功能可視化頭盔的設(shè)計(jì)范式，被用于制作智能頭盔。智能頭盔被廣泛運(yùn)用在消防部隊(duì)中。這一設(shè)備的設(shè)計(jì)借鑒了海外技術(shù)，并融合了一個(gè)能夠檢測(cè)有害氣體的智能模塊，附加了一個(gè)可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)和一個(gè)觸覺(jué)感知及警示系統(tǒng)模塊。信息可視化方面，智能頭盔還設(shè)置了一個(gè)頭盔顯示器,并增加頭盔子處理器。將紅外成像單元集成到智能頭盔中，用于收集數(shù)據(jù)，并將收集的數(shù)據(jù)傳送到顯示設(shè)備和子處理器。頭盔內(nèi)部設(shè)有氣體檢測(cè)報(bào)警單元，能夠?qū)扇?、有毒氣體的濃度和類型進(jìn)行分析，并且將分析數(shù)據(jù)傳輸給子處理器。報(bào)警單元可以根據(jù)子處理器傳輸?shù)母叩蜐舛戎颠M(jìn)行報(bào)警，并反饋給子處理器。

此外，采用免提呼叫系統(tǒng)將語(yǔ)音數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶犹幚砥?，通過(guò)集成電路連接智能頭盔各子單元，實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信模塊。在顯示方面，頭盔顯示裝置負(fù)責(zé)顯示接收的數(shù)據(jù)并且增加了振動(dòng)功能，在復(fù)雜的火災(zāi)救援情況下，人的注意力容易分散或者高度緊張于一處，此振動(dòng)功能能夠及時(shí)提醒消防人員查收火場(chǎng)消息并做出應(yīng)對(duì)措施，減少不必要的傷亡。在頭盔內(nèi)裝置智能導(dǎo)航定位技術(shù)設(shè)備，如RFID 定位技術(shù)，可以進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)導(dǎo)航，事先要對(duì)于方位用官方的普通話做成語(yǔ)音包，要通過(guò)嵌入式控制系統(tǒng)，具有口令導(dǎo)航功能能夠與人進(jìn)行語(yǔ)音交互，為佩戴者帶來(lái)更加人性化的服務(wù)，從而降低火災(zāi)救援現(xiàn)場(chǎng)的傷亡率。

（2）智能呼吸器是一種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)呼吸器，通過(guò)增加無(wú)線通信模塊、氣壓傳感器以及智能空氣呼叫子處理器，使其具備智能化功能?；诂F(xiàn)行的呼吸器，我們?cè)谧幽K上添加了新的數(shù)字壓力檢測(cè)模塊，并把數(shù)據(jù)傳輸給呼吸器的輔助處理單元。所在的空氣呼吸器的這個(gè)輔助處理單元已經(jīng)集成了無(wú)線通信模塊，通過(guò)它來(lái)計(jì)算瞬間氣體消耗速度和氣瓶剩余壓力，由此得出剩余的使用時(shí)間。智能呼吸器的通信方式是將全部模塊和智能空氣傳感器通過(guò)藍(lán)牙的方式發(fā)送空中數(shù)據(jù)、集成電路和氣瓶來(lái)進(jìn)行響應(yīng)，中央處理器控制中心的無(wú)線通信用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)通信控制系統(tǒng)。

2.3 可穿戴計(jì)算機(jī)

可穿戴計(jì)算機(jī)。就現(xiàn)狀而言，全球?qū)W界和各種商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ诳纱┐饔?jì)算機(jī)設(shè)備并未形成共識(shí)和權(quán)威性定義，每個(gè)研究人員在提供定義時(shí)也有自己的關(guān)鍵點(diǎn)。而最具影響力的定義則源于麻省理工學(xué)院的T.Starner，他主張，可穿戴計(jì)算機(jī)設(shè)備理應(yīng)是一項(xiàng)使計(jì)算機(jī)微型化并嵌入人體衣物或其他隨身物品的技術(shù)。這類設(shè)備通常使用服裝套裝、眼鏡、手表等物品作為支架，將計(jì)算機(jī)和傳感器等部件整合其中，通過(guò)無(wú)線傳播等技術(shù)，為人類提供信息服務(wù)。其與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)相比較，智能可穿戴計(jì)算機(jī)方便攜帶并且靈活性及高，最重要的是可以將可穿戴計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際情況裝備在身體的不同部位，具有攜帶便利性、操作便利性以及能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定無(wú)限交流的優(yōu)勢(shì)。

智能穿戴式計(jì)算機(jī)設(shè)備能協(xié)助消防救援隊(duì)伍洞察周圍火場(chǎng)的環(huán)境狀態(tài)，這使得救援隊(duì)員能快速且準(zhǔn)確地識(shí)別出火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)中存在較大威脅和火勢(shì)更激烈的區(qū)域，能準(zhǔn)確地避開(kāi)這些危險(xiǎn)區(qū)域，保障消防救援隊(duì)員的生命安全。相較傳統(tǒng)的依賴經(jīng)驗(yàn)的判斷，智能穿戴式計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理更有效，例如，在煙霧濃重的火場(chǎng)中尋找出口或在視線受限的情境下，智能穿戴式計(jì)算機(jī)能夠更及時(shí)地協(xié)助消防救援隊(duì)員排除安全隱患，保證救援任務(wù)能夠順利進(jìn)行。

再者，智能穿戴設(shè)備在救援任務(wù)中也扮演著保護(hù)角色，以前，我們只能依靠培訓(xùn)來(lái)了解消防員的身體狀況，如脈搏和呼吸等，然而，在科技發(fā)達(dá)的今天，這些生理數(shù)據(jù)的收集和傳輸，再到管理員的管理和調(diào)度，是頗為耗時(shí)的過(guò)程，若是在火勢(shì)猛烈的火場(chǎng)中，可能導(dǎo)致消防救援人員的人身安全受損。而智能穿戴設(shè)備的出現(xiàn)，卻讓管理人員能透過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)每個(gè)消防員的身體狀況做即時(shí)的監(jiān)控和了解，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況和消防員的生理狀況做出人員調(diào)度，確保人力資源的最佳分配，大大鞏固了消防員的人身安全保護(hù)。

關(guān)于運(yùn)輸問(wèn)題，該設(shè)備并不會(huì)妨礙消防救援人員的任務(wù)執(zhí)行，也無(wú)增添其負(fù)擔(dān)。事實(shí)上，其能提供某些保護(hù)作用，能夠增強(qiáng)救援工作人員在火場(chǎng)中的安全環(huán)境。操作方式非常直觀，只要用聲音或手勢(shì)就可以操控設(shè)備。盡管我國(guó)現(xiàn)在還是以對(duì)講機(jī)為主要的消防員以及指揮部之間的交流溝通方式，但其限制條件很多，比如。通信范圍必須小于50m，甚至在環(huán)境復(fù)雜的火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)可能會(huì)出現(xiàn)通信不穩(wěn)定的問(wèn)題。但是，這項(xiàng)可穿著的智能計(jì)算機(jī)是利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換的，可以將現(xiàn)場(chǎng)的圖片、視頻以及相關(guān)文字描述發(fā)送至指揮中心，因此能夠協(xié)助中心的管理層根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行指揮作業(yè)。所以總的來(lái)說(shuō)，它可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線穩(wěn)定的交流，還可以實(shí)時(shí)定位，與團(tuán)隊(duì)取得溝通，提高火場(chǎng)救援效率，使得消防救援工作順利進(jìn)行。在信息數(shù)據(jù)顯示上，可穿戴計(jì)算機(jī)能夠通過(guò)液晶顯示器來(lái)反映，實(shí)現(xiàn)傳輸和共享。

綜上所述，智能可穿戴設(shè)備其實(shí)除了以上舉例的幾種，還有一些智能服飾和耳戴式設(shè)備，它們?cè)趫?zhí)行消防救援任務(wù)時(shí)，運(yùn)用這些智能技術(shù)和設(shè)備有助于顯著提升救援和疏散人員的效率與安全度，降低惡劣環(huán)境對(duì)救援的影響，從而使消防救援任務(wù)能更順利地進(jìn)行。這類智能穿戴設(shè)備在火災(zāi)救援現(xiàn)場(chǎng)發(fā)揮了重要的輔助作用，協(xié)同消防人員執(zhí)行搜索和救援等任務(wù)，極大地提高了救援效率。

3 智能可穿戴設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)

未來(lái)智能可穿戴設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)除了提高其功能性能外，還應(yīng)該在價(jià)格、隱私保護(hù)以及續(xù)航時(shí)間上有所改變和提升。由于現(xiàn)階段智能化產(chǎn)品消費(fèi)高導(dǎo)致在很多環(huán)境下智能采取低廉的設(shè)備進(jìn)行工作，但是這降低了效率，阻礙了工作的順利開(kāi)展，例如，國(guó)外的谷歌眼鏡，由2014 年在網(wǎng)上開(kāi)始預(yù)售，但是其產(chǎn)品價(jià)格高達(dá)約9000元人民幣，價(jià)格昂貴導(dǎo)致購(gòu)買量不是很大，產(chǎn)品難以得到推廣。所以，智能可穿戴設(shè)備產(chǎn)品除了在質(zhì)量上的提升，更多的是降低成本。智能可穿戴設(shè)備還存在續(xù)航問(wèn)題，大部分產(chǎn)品續(xù)航時(shí)間不夠，這樣就會(huì)使得消防救援工作的難度提高，不利于救援?，F(xiàn)存的續(xù)航較好的設(shè)備比如Apple watch，其續(xù)航時(shí)間為18h，但是相對(duì)于傳統(tǒng)手表而言，傳統(tǒng)手表的電池可以數(shù)月甚至更久才更換一次，所以18h 的續(xù)航時(shí)間還是相對(duì)較弱。現(xiàn)有智能手表的藍(lán)牙同步數(shù)據(jù)功能依舊存在缺點(diǎn)。手持設(shè)備有高要求，為支撐和數(shù)據(jù)挖掘分析能力,并可為用戶提供一個(gè)良好技術(shù)支持的可靠信息,最簡(jiǎn)潔的形式來(lái)滿足用戶對(duì)更多的功能,從而增加市場(chǎng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的必然選擇。從這一點(diǎn)可以得出，好的智能化產(chǎn)品不僅注重其外表和功能的設(shè)計(jì)，也還要注重其節(jié)能續(xù)航和鏈接問(wèn)題。如何使得智能化可穿戴產(chǎn)品更加節(jié)能也是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。智能化可穿戴設(shè)備最重要的一點(diǎn)也就是對(duì)信息的保護(hù)和隱私性。如果系統(tǒng)被入侵，則會(huì)被行為不軌的人操縱，導(dǎo)致不必要的傷亡和意外事故的發(fā)生，如果不對(duì)用戶的個(gè)人信息、心率、實(shí)時(shí)位置等加以保密和隱私化的話，則會(huì)被別有用心之人利用。因此，如何加強(qiáng)智能可穿戴設(shè)備的隱私化，使其更加安全化也是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，消防智能便攜式系統(tǒng)和設(shè)備可用于監(jiān)測(cè)消防員的生命體征，還可以進(jìn)行實(shí)時(shí)定位、信息傳輸和共享，用于輔助作戰(zhàn)來(lái)保障消防人員的生命安全。在滅火救援訓(xùn)練中，還可以記錄一定的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，保障訓(xùn)練安全以及可以輔助制定適應(yīng)于特殊情況下的訓(xùn)練計(jì)劃。在未來(lái)發(fā)展中，智能可穿戴設(shè)備可能將以智能芯片的形式植入人體內(nèi),可以實(shí)現(xiàn)交流溝通、實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位和信息資源傳輸共享等，提高工作效率，對(duì)未來(lái)的發(fā)展有一定的價(jià)值意義。