基于智能可穿戴設(shè)備感知的消防員狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郁佳銘

摘要：基于智能可穿戴設(shè)備設(shè)計(jì)一種消防員狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括智能可穿戴移動(dòng)終端、遠(yuǎn)程信息傳輸和智能可穿戴控制平臺(tái)。智能可穿戴移動(dòng)終端以智能手環(huán)的形式佩戴在消防員的手腕，實(shí)現(xiàn)消防員的生理信息、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和位置信息的采集，同時(shí)具備實(shí)時(shí)通信功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的信息交流。遠(yuǎn)程信息傳輸主要采用無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。智能可穿戴控制平臺(tái)負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、消防作戰(zhàn)規(guī)劃、專(zhuān)業(yè)技能導(dǎo)航和日常人員管理等功能。該系統(tǒng)以智能可穿戴移動(dòng)終端為載體，以無(wú)線(xiàn)傳輸方式為主干，以智能可穿戴控制平臺(tái)為核心，旨在實(shí)現(xiàn)消防員狀態(tài)監(jiān)測(cè)、輔助決策信息推送、日常人員管理等功能，提升消防作戰(zhàn)水平。

關(guān)鍵詞：智能可穿戴移動(dòng)終端;狀態(tài)監(jiān)測(cè);消防作戰(zhàn)

隨著軟硬件的提升，越來(lái)越多的智能設(shè)備被開(kāi)發(fā)出來(lái)，例如AR眼鏡、智能手環(huán)和智能頭盔等[1-4]。這些智能設(shè)備可以直接佩戴身上，或者配合服裝和配飾等嵌入在身體的某個(gè)部位，能夠提供便攜式的收集數(shù)據(jù)、信息反饋和移動(dòng)計(jì)算服務(wù)。目前，可移動(dòng)穿戴設(shè)備被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域[5-9]，其中包括在消防領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，但是相關(guān)的系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、消防作戰(zhàn)規(guī)劃、專(zhuān)業(yè)技能導(dǎo)航和日常人員管理等方面存在較多問(wèn)題[10-12]。文章針對(duì)消防領(lǐng)域，提出基于智能可穿戴設(shè)備感知的消防員狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)消防員的生理健康、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和位置信息，同時(shí)提供遠(yuǎn)程交互功能，便于指揮中心的指令下達(dá)和輔助決策信息的推送，實(shí)現(xiàn)消防員的智能化管理，提升消防員的作戰(zhàn)水平。

一、總體架構(gòu)

基于智能可穿戴設(shè)備感知的消防員狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)共分為三個(gè)模塊，分別是智能可穿戴移動(dòng)終端模塊、遠(yuǎn)程信息傳輸模塊和智能可穿戴控制平臺(tái)模塊。其中，智能可穿戴移動(dòng)終端模塊主要基于智能手環(huán)實(shí)現(xiàn)消防員的生理監(jiān)測(cè)、位置定位以及日常考勤等任務(wù)。遠(yuǎn)程信息傳輸模塊主要基于遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)的模式將智能手環(huán)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。智能可穿戴控制平臺(tái)模塊主要對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、處理以及給出相應(yīng)的應(yīng)急指揮決策。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)共包括智能可穿戴移動(dòng)終端、遠(yuǎn)程信息傳輸和智能可穿戴控制平臺(tái)三個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)消防員狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與分析。

（一）智能可穿戴移動(dòng)終端

智能可穿戴移動(dòng)終端是本系統(tǒng)的載體，主要以智能手環(huán)為基礎(chǔ)，利用智能手表的智能監(jiān)測(cè)、GPS定位和離線(xiàn)上網(wǎng)功能對(duì)消防員進(jìn)行生理信息、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、位置信息的采集，同時(shí)具有遠(yuǎn)程信息交互的功能。

1.生理信息采集

由于作戰(zhàn)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的環(huán)境，現(xiàn)場(chǎng)指揮員與遠(yuǎn)程指揮員無(wú)法觀察到消防員實(shí)時(shí)的作戰(zhàn)場(chǎng)景，無(wú)法根據(jù)消防一線(xiàn)的場(chǎng)景進(jìn)行指揮決策。同時(shí)缺乏對(duì)消防員工作的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，例如通過(guò)實(shí)時(shí)采集消防員在作戰(zhàn)時(shí)的生理特征，可以及時(shí)進(jìn)行作戰(zhàn)決策的更新?；诂F(xiàn)有智能手環(huán)的功能可以實(shí)時(shí)采集到消防員的體感溫度和心率跳動(dòng)等生理信息，通過(guò)體感溫度和心率跳動(dòng)可以判斷消防員在作戰(zhàn)現(xiàn)場(chǎng)的健康狀態(tài)。

2.運(yùn)動(dòng)狀態(tài)采集

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和采集對(duì)消防員的生命保障和日常訓(xùn)練具有重大意義。真實(shí)消防作戰(zhàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜且惡劣，消防員進(jìn)入作戰(zhàn)現(xiàn)場(chǎng)后可能會(huì)面臨危及生命安全的突發(fā)情況，而利用智能手環(huán)的功能可根據(jù)進(jìn)入作戰(zhàn)現(xiàn)場(chǎng)消防員的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)對(duì)消防員進(jìn)行監(jiān)測(cè)。例如針對(duì)地下消防作戰(zhàn)，當(dāng)消防員被困且無(wú)法與指揮中心取得聯(lián)系時(shí)，指揮中心會(huì)根據(jù)消防員的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷是否處于危險(xiǎn)處境，并及時(shí)進(jìn)行救援，確保消防員的自身生命安全。同時(shí)，監(jiān)測(cè)消防員的日?；顒?dòng)可以實(shí)時(shí)收集消防員的各項(xiàng)體能信息，做到消防員身體狀態(tài)的日常管理。此外，在日常訓(xùn)練的過(guò)程中，可根據(jù)收集的各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，有針對(duì)性地對(duì)消防員進(jìn)行訓(xùn)練指導(dǎo)。

3.位置信息采集

作戰(zhàn)消防員的位置信息采集能夠幫助指揮員實(shí)時(shí)掌握消防員的位置動(dòng)向，及時(shí)做出相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)指導(dǎo)。位置信息的采集不僅可以指導(dǎo)消防員的作戰(zhàn)，而且對(duì)保障消防員的生命安全具有重要意義，例如面對(duì)復(fù)雜的作戰(zhàn)現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)消防員昏迷或者受傷時(shí)，利用位置信息能夠快速定位消防員的位置并進(jìn)行及時(shí)的搜救。同時(shí)，在日常的考核過(guò)程中，利用位置信息可以判斷消防員是否到崗，根據(jù)位置判斷消防員的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)日常的考勤。

4.遠(yuǎn)程信息交互

該系統(tǒng)的遠(yuǎn)程信息交互主要包括消防輔助決策信息推送和消防員與指揮中心的遠(yuǎn)程交流。消防輔助決策信息的推送主要根據(jù)現(xiàn)有災(zāi)情信息進(jìn)行消防預(yù)案的匹配，將智能輔助決策信息庫(kù)中的預(yù)案信息推送給前方作戰(zhàn)消防員。消防員通過(guò)智能可穿戴移動(dòng)終端接收輔助決策信息，幫助消防員了解災(zāi)情并提供作戰(zhàn)注意事項(xiàng)。同時(shí)，通過(guò)移動(dòng)終端中的即時(shí)通信軟件與指揮中心的指揮員進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，實(shí)時(shí)更新指揮中心的災(zāi)情信息，并根據(jù)更新的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況給前方作戰(zhàn)消防員提供安全警示和戰(zhàn)術(shù)指導(dǎo)意見(jiàn)，規(guī)范作戰(zhàn)操作，實(shí)現(xiàn)安全、有效的消防作戰(zhàn)。

（二）遠(yuǎn)程信息傳輸

智能可穿戴移動(dòng)終端和控制平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交互主要基于無(wú)線(xiàn)的通信方式，數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)如圖2所示。作戰(zhàn)消防員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作戰(zhàn)時(shí)，通過(guò)智能可穿戴移動(dòng)終端將現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)情況及操作流程以數(shù)據(jù)流的形式通過(guò)無(wú)線(xiàn)電的形式上傳到控制平臺(tái)，讓控制中心的人員能夠?qū)崟r(shí)了解和分析現(xiàn)場(chǎng)狀況?？刂破脚_(tái)將消防預(yù)案信息和各種指令通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信的方式進(jìn)行下達(dá)，實(shí)現(xiàn)消防員與指揮中心的無(wú)線(xiàn)實(shí)時(shí)互動(dòng)。

（三）智能可穿戴控制平臺(tái)

智能可穿戴控制平臺(tái)通過(guò)智能可穿戴移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集、整理和分析。通過(guò)控制平臺(tái)與作戰(zhàn)消防員的信息交互，實(shí)現(xiàn)消防救援的指揮管理。該平臺(tái)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)消防現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)具備消防作戰(zhàn)規(guī)劃、專(zhuān)業(yè)技能導(dǎo)航和日常人員管理等功能。

1.消防現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控

本系統(tǒng)的智能可穿戴控制平臺(tái)可以通過(guò)智能移動(dòng)終端與消防員進(jìn)行交流，及時(shí)了解消防現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)情況，實(shí)現(xiàn)消防現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)，該平臺(tái)還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)消防員的工作動(dòng)態(tài)，當(dāng)消防員出現(xiàn)違規(guī)和操作不當(dāng)?shù)男袨闀r(shí)，系統(tǒng)平臺(tái)將通過(guò)移動(dòng)終端發(fā)出警告信息，并通過(guò)后臺(tái)管理人員給出規(guī)范化的消防作戰(zhàn)操作。

2.消防作戰(zhàn)規(guī)劃

智能可穿戴控制平臺(tái)能夠通過(guò)警情信息將消防預(yù)案信息庫(kù)中的預(yù)案信息推送給前方作戰(zhàn)消防員，同時(shí)通過(guò)消防員反饋的信息在數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索預(yù)案信息，實(shí)現(xiàn)正向反饋。此外，該智能可穿戴控制平臺(tái)還可以將控制中心的消防指令下達(dá)到每名消防員，為進(jìn)行不同任務(wù)的消防員定做個(gè)性化的作戰(zhàn)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的作戰(zhàn)規(guī)劃推送。

3.專(zhuān)業(yè)技能導(dǎo)航

智能可穿戴控制平臺(tái)能夠通過(guò)遠(yuǎn)程的交互實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)消防員與相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員的交互，通過(guò)專(zhuān)業(yè)人員發(fā)出的指令進(jìn)行科學(xué)的操作，以便消防員在不熟悉的領(lǐng)域快速完成作業(yè)任務(wù)，同時(shí)提升任務(wù)的效率以及縮短作業(yè)的時(shí)間，并且當(dāng)消防員與制定的操作有偏差時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)發(fā)出提醒并給予糾正，實(shí)現(xiàn)提供專(zhuān)業(yè)技能導(dǎo)航的功能。

4.日常人員管理

本系統(tǒng)通過(guò)智能可穿戴控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)人員的日?？记?、訓(xùn)練和作戰(zhàn)等任務(wù)的管理，以移動(dòng)終端為載體，利用定位功能替代日常的打卡考勤?？刂浦行哪軌蛲ㄟ^(guò)在各支隊(duì)范圍內(nèi)的人員定位了解消防員到崗人數(shù)和姓名等信息，實(shí)現(xiàn)消防員的考勤管理。同時(shí)，通過(guò)移動(dòng)終端的通訊功能實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練任務(wù)的傳遞和作戰(zhàn)指令的下達(dá)，極大地減輕管理人員的工作負(fù)擔(dān)。

三、結(jié)語(yǔ)

基于智能可穿戴設(shè)備感知的消防員狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)在消防作戰(zhàn)中可用于消防員的生理信息采集、位置定位，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，專(zhuān)業(yè)技能導(dǎo)航等，同時(shí)負(fù)責(zé)消防員與控制中心的實(shí)時(shí)交流。在日常訓(xùn)練中可用于消防員訓(xùn)練數(shù)據(jù)的收集、應(yīng)急演練的規(guī)劃和人員的信息管理等。該系統(tǒng)符合消防隊(duì)伍的實(shí)際需求，對(duì)消防隊(duì)伍的作戰(zhàn)與訓(xùn)練具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟靖達(dá)，馮岑.智能可穿戴技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].現(xiàn)代絲綢科學(xué)與技術(shù)，2021，36（02）：37-42.

[2]黃海成.面向備考學(xué)生的UP智能穿戴設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息與電腦，2021，33（16）：94-96.

[3]呂躍躍，王緒霄，溫?zé)j南.一種基于可穿戴計(jì)算的智慧安全管理系統(tǒng)總體架構(gòu)[J].儀器儀表用戶(hù)，2020，27（12）：42-45.

[4]陳錄，齊全友，吳揚(yáng)揚(yáng)，等.智能可穿戴技術(shù)在電力企業(yè)的研究與應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2021，41（16）：173-174.

[5]劉子樊，任思宇，陳萌.一種基于智能穿戴設(shè)備的智慧養(yǎng)老平臺(tái)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（34）：27-28.

[6]于靜靜，鄧詠梅.基于生理監(jiān)測(cè)的可穿戴智能服裝應(yīng)用與展望[J].紡織科技進(jìn)展，2021（02）：6-9.

[7]劉豐，韓京龍，齊驥，等.智能可穿戴設(shè)備的研究和應(yīng)用進(jìn)展[J].分析化學(xué)，2021，49（02）：159-171.

[8]史曉琪.面向電力設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維的智能可穿戴系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].廣州：華南理工大學(xué)，2020.

[9]彭律成，蔣恒.基于智能可穿戴設(shè)備的人員訓(xùn)練管理系統(tǒng)分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2020，17（05）：123-124.

[10]楊浩程.可穿戴智能設(shè)備在消防工作中應(yīng)用前景探討[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2015（02）：41-42.

[11]孫磊，邵高聳，張慶利.消防智能可穿戴系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2017，36（05）：669-671.

[12]吳學(xué)政.消防員災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)可穿戴式交互設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].科技通報(bào)，2018，34（09）：234-237.