基于融合終端的新型數字化消防單兵系統的設計與實現

公安部沈陽消防研究所 劉 濛 邵路偉 胡 雪

數字化單兵系統的概念最初是在軍事領域提出的，經過多年的研究和發展，數字化單兵系統已經在軍事領域得到了成熟的應用。而由于消防滅火救援戰斗的特殊性和復雜性，數字化單兵系統在消防領域的應用和研究還處于初級階段。目前消防部隊所配備的單兵系統由于數字化和集成化程序不夠高，操作及攜帶不夠方便，通信方式受到網絡帶寬限制等多方面因素而無法在消防部隊得到普及和應用。為了解決這一問題。在本文介紹了基于融合終端的新型數字化消防單兵系統的設計與實現，此系統基于最新的技術產品多模融合終端研發，可以提供室外GPS定位，室內慣性導航定位，消防戰斗員生命體征信息展示，視頻通話等功能，從而可以提高現場消防戰斗員的作戰能力和后方指揮員對滅火救援現場的實時監控及快速反應的能力。

1 前言

隨著我國經濟建設和城市建設的迅猛發展，城市規模日益擴大，建筑結構日趨復雜，城市火災頻發，而且成多樣性和復雜性發展，使得滅火救援的困難性增加，而且最近，消防隊員在滅火救援戰斗中犧牲的案例頻發，讓我們更加重視到消防員在滅火救援戰斗中的安全風險的問題。由于滅火救援現場環境復雜人員分散，并有可能會有有毒氣體，爆炸物品等高危險源，因此很容易造成消防員的傷害事故，所以我們提出了新型數字化消防單兵系統，為前方消防戰斗員提升作戰力的同時也為他們提供安全的技術支撐。

目前消防部隊裝備的單兵系統裝備還是基于窄帶和無線傳輸技術開發的，整套系統涉及的設備數量（發射器、網橋、中繼器、顯示設備、集中供電電池組等）較多，并且整套裝備組裝和操作比較復雜，在現場不能夠迅速的組裝起來和直接使用。近些年，隨著科學技術的進步，數字化設備越來越精密，越來越智能，體積也越來越小，所以消防單兵系統應該融入最新的科學技術和裝備，完善上一代系統的缺點和不足，使得系統更加貼近消防戰斗員在滅火救援戰斗中的真實需求，這樣才能使單兵系統在消防滅火救援中發揮更大的作用。

2 單兵系統應用現狀

2.1 國內單兵系統的現狀

目前，國內的單兵系統的研究大部分都是在部隊的應用上面，比如我國陸軍“龍族戰士”數字單兵作戰系統，此系統包括單兵綜合作戰系統和防護系統。單兵綜合作戰系統又分多個子系統，具體包括武器子系統、綜合頭盔子系統、計算機／無線電子系統、軟件子系統。消防的單兵系統研發是在最近這幾年才開始的，比較熟悉的是數字化消防單兵偵察與通信裝備，它是公安部上海消防研究所承擔的“十二五”國家科技支撐計劃項目“數字化消防單兵裝備與成套化便攜應急裝備研究”中的一項重要研究成果。該系統主要由發射、網橋、中繼及接收裝備組成，各組成裝備、顯示裝備、音視頻采集裝備及配件均放置在同一個加固箱體中。該系統初步實現了數字化單兵在消防中的應用，但是系統中的裝備體積大，涉及的裝備種類比較多，集成化程度不高，對于前方消防員攜帶和在滅火救援戰斗中的使用不夠方便，所以我們在運用新技術和新設備的條件下基于融合終端設計了一套全新的數字化消防單兵系統，不僅解決了以前單兵系統裝備復雜和操作不便的問題，還加入了一些新的功能使系統更加完善，為消防員滅火救援戰斗提供更對的幫助和安全保障。

2.2 國外單兵系統的現狀

美國的“陸地勇士”單兵系統是運用在軍隊上的數字化單兵系統，它由背負式電腦、便攜電臺、頭盔顯示器和定制步槍組成，將士兵與武器、綜合頭盔、計算機／無線電、輔助軟件以及防護服等多個子系統整合為一體，借助先進的科技，大大提高了士兵的攻擊力、生存力和目標捕獲力。

法國“ FELIN”數字化單兵系統由數字化無線電臺、GPS導航儀、微型計算機、輕武器、防彈衣等組成。它使所有士兵的單兵系統連接在一起，進行無線通訊，能夠提高戰場上士兵的快速反應力和更加準確的配合力，系統還在頭盔內部配備抗噪耳機和骨傳導麥克風，能有效抑制戰場上的超強噪聲，確保在任何情況下各個單兵系統之間的語音通信清晰可靠。

日本研發的“高達”單兵裝備系統與美軍“陸地勇士”系統類似，該系統裝備了有顯示器、攝像頭和 GPS導航儀的綜合頭盔、敵我識別系統、輕型防彈衣以及新型夜視等系統，本系統更加基于信息化為基礎來提高士兵在戰場上的作戰能力和個人防護以及在整體作戰時的指揮力、控制力和通信能力，是相對比較先進的數字化單兵系統。

綜上可以看出，各國在數字化單兵系統上的研究與應用都是基于作戰部隊使用為基礎的，而數字化單兵系統在消防戰斗中的應用，還需要進一步的研究和發展。

3 融合終端

現有的專網通信無法滿足消防部隊滅火救援在寬帶通信方面的需要。既希望保留已有投資，又希望能享受寬帶的高速數據業務。行業專網解決方案越來越復雜，深度定制化需求越來越強，融合統一調度解決方案的需求強烈。

多模融合終端融合了 DMR、PDT、TETRA、MPT 等窄帶技術和4G/LTE、WLAN 等寬帶技術，并且提供了藍牙、WIFI、物理連接線接口等多種連接方式，無縫融合窄帶語音、寬帶數據業務。終端可兼容窄帶模擬系統、數字集群系統和公網寬帶系統。通過傳統的窄帶系統承載語音業務，保證了關鍵語音通信的可靠性；通過寬帶公網系統實現數據業務，滿足數據高速傳輸的需求。該終端打通了窄帶和寬帶系統的互通，實現了寬窄帶資源的整合，方便統一管理和調度。

4 新型數字化消防單兵系統總體設計

4.1 系統概述

新型數字化消防單兵系統分為軟件部分和硬件部分。

軟件部分包括：指揮員端APP，戰斗員端APP和系統服務端。

硬件部分包括：多模融合終端、慣性導航模塊、生命體征檢測手環、空氣呼吸器模塊和智能眼鏡。

如下圖1所示：

圖1

4.2 戰斗員端功能介紹

前方戰斗員在多模融合終端上安裝戰斗員端APP，登錄APP后，戰斗員操作APP連接自己穿戴的智能設備如：慣性導航模塊，空氣呼吸器，生命體征檢測手環，智能眼鏡。戰斗員所穿戴智能設備實時數據如心跳數據、壓力表數據、位置數據等會通過藍牙傳輸到戰斗員的融合終端上，戰斗員端APP又通過藍牙傳輸到智能眼鏡上。戰斗員可以在佩戴的智能眼鏡上看到自己所穿戴的智能設備的使用情況和詳細信息，并且當設備的使用情況發生異常時如空氣呼吸器壓力值小于10時會主動的提醒戰斗員，使戰斗員對于自己的戰斗狀態和戰斗時間有及時的了解，并對滅火救援作戰做出及時的判斷和處理。

戰斗員還可以通過本APP了解到正在一起執行任務的隊友的實時位置和作戰數據，并可以和隊友進行視頻通話。當作戰數據發生異常時如心跳數據小于60或大于160時會主動提醒隊友和指揮員，這樣在消防戰斗員發生意外時，可以及時的通知到隊友自己的位置，及時的獲得救援。

戰斗員也可以使用佩戴的智能眼鏡來控制融合終端的語音功能，智能眼鏡通過捕捉頭部的動作——抬頭、低頭和搖頭并發送相應藍牙指令到融合終端來控制融合終端的對講語音功能，方便的戰斗員的操作，解放了雙手，讓戰斗員可以更加專心的做救援工作。

4.3 指揮員端功能介紹

指揮員在融合終端上安裝指揮員端APP，登錄APP后，可以看到現在正在執行的任務信息，點擊任務，進入到當前執行的任務中。指揮員可以在APP中看到滅火救援任務位置的消防車輛，消防戰斗人員，并可以查看車輛信息和人員信息。根據救援現場情況安排調度車輛和人員。

指揮員可以查看到消防戰斗員的實時位置信息和作戰數據信息，并且可以和戰斗員進行視頻通話，當戰斗員的作戰數據出現異常時，會提醒指揮員，以便指揮員及時做出救援和滅火戰斗的判斷和處理，保障戰斗員的人身安全。

5 新型數字化消防單兵系統的優勢

及時性：可以及時的了解滅火救援現場的發展態勢和消防戰斗員的戰斗數據，而且當作戰數據發生異常時會及時的做到提醒，可以對滅火救援現場和消防戰斗員的人身安全做出及時的判斷和處理。

兼容性：先進的消防設備只要符合藍牙通信要求，都可以接入到本系統。隨著數字化單兵系統在消防領域的研究進一步發展，越來越多的新技術和新設備會融入到本系統中，使系統更加的完善，與時俱進。

易操作性：基于Android深度定制的 UI 設計，界面簡潔，操作簡便，消防員可以很快的上手使用。

6 總結

隨著信息技術的不斷進步以及對數字化單兵系統和裝備的不斷深入研究，未來數字化消防單兵系統將會逐步完善，為消防戰斗員提供更加安全的保障，同時更好的為消防部隊的信息化建設服務。