一種面向消防員協(xié)同的頭戴式信息集成裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及電子與信息技術(shù)領(lǐng)域、無線通信領(lǐng)域和災難協(xié)同救援領(lǐng)域，具體涉及為一種面向消防員協(xié)同的頭戴式信息集成裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的發(fā)展，災害事故和火災發(fā)生的頻率越來越大，危險程度不斷加大，處置難度也越來越大。由于安全保障措施跟不上形勢發(fā)展的需要，造成消防員致殘、受傷、犧牲人數(shù)迅速上升。隨著消防員的安全問題受到越來越高的重視，消防員自身的救援裝備也逐漸得到了良好的改進。
[0003]在火災救援活動中，沖鋒在第一線的消防員始終處于最危險的狀態(tài)，消防員無法清楚知道自己所處位置，無法判斷趕往待救地點的最優(yōu)路徑；同時，指揮員和現(xiàn)場人員難以在第一時間掌握消防員的生命體特征信息和救援實施情況，無法立即對消防員面對的情況作出正確判斷和合理的指揮。在出現(xiàn)危急情況時，很容易導致更大的傷亡。
[0004]目前，存在一些類似的消防救援終端設(shè)備，但是大部分功能單一，信息集成度不高，無法實現(xiàn)各項生命體特征信息、位置信息和行進路線同時作用的功能。且消防救援終端設(shè)備不可穿戴、不便于攜帶，無法適應復雜的搜救環(huán)境。且大多數(shù)裝備采用的定位裝置都是采用GPS，而室內(nèi)無法實施GPS定位。與此同時，有關(guān)生命體征信息等數(shù)據(jù)的傳輸在實時傳輸中也受到了極大的干擾。
[0005]基于安卓系統(tǒng)的智能眼鏡裝置將有效地給予消防員最快捷的信息反饋；以盲區(qū)推估模塊為基礎(chǔ)的慣性導航裝置也有效地減少了定位中的誤差；基于藍牙的傳輸方式也保證了數(shù)據(jù)的傳輸迅速無誤。把慣導定位技術(shù)，能感知消防員生命體征的傳感器技術(shù)及無線傳輸服務融為一體，研究一種能保證消防員安全的救援裝置，為在執(zhí)行救援任務中的消防員的人生安全提供有效保障是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種面向消防員協(xié)同的頭戴式信息集成裝置及方法，用于完成對消防員定位信息和生命體特征信息的采集、集成顯示和發(fā)送，并通過頭戴式信息集成裝置行進路線繪制程序描繪消防人員的行進路線，使得消防救援終端設(shè)備滿足可穿戴、便攜等特點的同時，同時使消防人員方便地獲取自己的相關(guān)信息、控制中心的命令和隊友的狀態(tài)信息，有效地保證了消防員按照最優(yōu)的搜救路線和方案完成任務以及隊友間的信息協(xié)同，控制中心也能及時掌握所有消防人員的生命體特征信息和搜救任務的進展情況，及時發(fā)現(xiàn)生命體特征異常的消防人員并組織展開協(xié)同救援行動，及時根據(jù)火災救援行動現(xiàn)場的情況調(diào)整應對策略。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種面向消防員協(xié)同的頭戴式信息集成裝置及方法，其特征在于:由慣性導航裝置模塊、生命體特征傳感器模塊、頭戴式信息集成裝置模塊、遠端數(shù)據(jù)庫模塊、遠端控制中心模塊所組成；慣性導航裝置模塊與生命體特征傳感器模塊分別采集位置信息和生命體特征信息，并發(fā)送至頭戴式信息集成裝置模塊；頭戴式信息集成裝置模塊接受到信息后，對信息進行處理并將處理好的信息和繪制好的行進路線加載在實時顯示的電子地圖上，同時發(fā)送至遠端數(shù)據(jù)庫模塊；遠端控制中心模塊訪問數(shù)據(jù)庫獲取信息，將隊友狀態(tài)信息發(fā)送給相應消防隊員的頭戴式信息集成裝置，并根據(jù)救援情況向其發(fā)送指揮命令；接收到遠端控制中心模塊發(fā)送的隊友狀態(tài)信息和指揮命令后，頭戴式信息集成裝置將其加載在實時顯示的電子地圖上。
[0008]參照附圖1和附圖2，本發(fā)明的具體步驟如下。
[0009]步驟1:將盲區(qū)推估模塊佩戴于腰際，其連續(xù)采集位置信息。
[0010]步驟2:將生命體特征傳感器模塊佩戴在自己的胸前，其對救援人員的呼吸率、心率、皮膚溫度、人員姿態(tài)以及加速度峰值等信息每秒鐘采集一次。
[0011]步驟3:佩戴頭戴式信息集成裝置，操作Android控制手柄進入加載電子地圖的界面，進入設(shè)置界面對藍牙地址、服務器IP進行設(shè)置，使其與慣性導航裝置模塊、生命體特征傳感器模塊以及數(shù)據(jù)庫相連接。
[0012]步驟4:盲區(qū)推估模塊在接收到請求位置信息命令后，通過藍牙模塊發(fā)送位置信息；與此同時，生命體征傳感器以每秒一次的頻率通過藍牙模塊發(fā)送采集到的生命體特征數(shù)據(jù)。
[0013]步驟5:頭戴式信息集成顯示終端接收位置信息和生命體特征信息并以每秒一次的頻率向慣性導航裝置模塊發(fā)送請求位置信息命令。
[0014]步驟6:頭戴式信息集成裝置對數(shù)據(jù)進行處理同時將位置信息、呼吸率、心率、皮膚溫度、人員姿態(tài)以及加速度峰值等數(shù)據(jù)加載在實時顯示的電子地圖上并通過GPRS遠程通信模塊發(fā)送至遠端數(shù)據(jù)庫。
[0015]步驟7:遠端數(shù)據(jù)庫接口程序接收并解析數(shù)據(jù)，解析得到的相應消防員的位置信息、呼吸率、心率、皮膚溫度、人員姿態(tài)和加速度峰值將存入數(shù)據(jù)庫中。
[0016]步驟8:遠端控制中心訪問數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)通過web顯示，可直觀地對消防員在火災現(xiàn)場中的位置進行實時監(jiān)控同時可以對消防員的生命體特征進行實時監(jiān)控。
[0017]步驟9:遠程控制中心發(fā)送隊友狀態(tài)信息同時根據(jù)救援情況發(fā)送指揮命令。
[0018]步驟10:頭戴式信息集成裝置接收命令和隊友狀態(tài)信息，并將其加載在實時顯示的電子地圖上。
[0019]所述的慣性導航裝置模塊由盲區(qū)推估模塊、電源模塊和藍牙模塊所組成；電源模塊為整個慣性導航裝置模塊提供電源，藍牙模塊用于發(fā)送位置信息和接收請求位置信息命令；盲區(qū)推估模塊是一種供步行人員使用的微型定位裝置，可以實現(xiàn)對處于不同運動狀態(tài)和不同姿態(tài)的消防員定位且不受光照、濕度和磁場等外界條件影響，當消防員在跑步、步行或僅僅是在原地不動時，其內(nèi)置的運動分類算法(SmartPedometryTM)可以分析步行運動并對其進行補償，當消防員是直立、下蹲或傾斜時，自動羅盤定位算法可提供精確的方位信息，同時陀螺儀用來補償瞬態(tài)磁場干擾和可能會影響到指南針工作的瞬態(tài)加速，氣壓高度表提供的垂直位置精確到可以區(qū)分建筑物的樓層(精確度1.5m)，使得救援人員在各種運動狀態(tài)和姿態(tài)下的定位精確度達到最高；盲區(qū)推估模塊可以連續(xù)、無間隙地進行人員定位，其定位數(shù)據(jù)與時間無關(guān)，主要取決于所經(jīng)過的距離，典型的盲區(qū)推估精確度為所經(jīng)過距離的2%;該設(shè)備體積小，很容易附在消防員的腿上或腰間而不影響救援行動。
[0020]所述的生命體特征傳感器模塊由生命體特征傳感器、電源模塊和藍牙模塊組成；電源模塊為整生命體特征傳感器模塊提供電源，藍牙模塊用于發(fā)送生命體特征傳感器所采集到的呼吸率、心率、皮膚溫度、人員姿態(tài)以及加速度峰值等信息；內(nèi)置皮膚溫度傳感器、心電傳感器、呼吸率傳感器和3軸加速度傳感器的生命體特征傳感器不僅體積小便于攜帶，而且實現(xiàn)了各種生命體特征數(shù)據(jù)一并采集和發(fā)送的功能，該傳感器模塊可以佩戴在消防員的胸部而不影響救援行動。
[0021]所述的頭戴式信息集成裝置模塊為基于Android系統(tǒng)的智能眼鏡，由智能眼鏡設(shè)備和Android控制手柄組成，兩者通過有線連接；智能眼鏡模塊為頭戴式眼鏡顯示器，前置透明眼鏡虛擬大屏幕，分辨率可達到960*540像素，消防員通過前置透明眼鏡不僅可以看到實時加載的電子地圖和各類信息而且可以看到現(xiàn)實的火災救援現(xiàn)場；Android控制手柄是一種類似于智能手機的設(shè)備，其運行Android 4.0操作系統(tǒng)且內(nèi)置藍牙通信模塊和GPRS遠程通信模塊，可以通過其上的觸摸板和主菜單返回目錄按鈕操控整個基于Android系統(tǒng)的智能眼鏡；頭戴式信息集成裝置模塊采集災難現(xiàn)場搜救人員的位置信息以及呼吸速率、心率、皮膚溫度、人員姿態(tài)以及加速度峰值等信息，再將上述信息進行處理，之后將處理后的數(shù)據(jù)、行進路線繪制程序繪制的行進路線、遠端控制中心的命令以及獲得的隊友狀態(tài)信息加載在前置透明眼鏡虛擬大屏幕上顯示的電子地圖上，實現(xiàn)信息的集成顯示。
[0022]所述的遠端控制中心模塊由用于監(jiān)測消防員生命體特征和行進路線的Web網(wǎng)頁構(gòu)成；遠端控制中心通過瀏覽器訪問遠端數(shù)據(jù)庫獲取各個搜救人員的位置信息和生命體征信息，并顯示在網(wǎng)頁上。
[0023]優(yōu)選地，便攜終端為頭戴式，盡可能地提高佩戴的舒適度。便攜終端有一個手控手柄，盡可能地減少消防員在火場中不必要的操作。
[0024]優(yōu)選地，可視化智能眼鏡模塊直接投影于視網(wǎng)膜前，以便于消防員形象直觀地接收并看到各項信息。
[0025]優(yōu)選地，便攜終端與各數(shù)據(jù)采集器之間的連接方式采用藍牙通信，能有效地使移動通信終端設(shè)備之間的通信變得簡潔，從而使數(shù)據(jù)傳輸準確高效。
[0026]本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果:1、本發(fā)明尺寸小巧，可頭戴，可靠性高，使用方便。2、本發(fā)明能夠反饋消防員的位置及各項實時信息，信息集成度高，保障消防員的生命安全。3、本發(fā)明能夠有效接收指揮中心指令和獲得隊友狀態(tài)信息，以便實施協(xié)同救援。