适用于复杂山地景区的天地空一体化协同搜救系统的制作方法

本发明涉及旅游安全技术领域，具体给出了一种适用于复杂山地景区的天地空一体化协同搜救系统。

背景技术：

山地景区是旅游安全事故的多发区。由于山地景区具有地势高亢崎岖、人口稀少、天气多变、交通闭塞、景区观光游览可达性差等复杂性特征，游客容易发生跌落或坠崖、迷路、失踪或失联，等旅游安全事故。因游客逃票或故意探险未开放路线，近10年来，全国各山地景区游客失踪或伤亡事件屡见不鲜。复杂山地景区往往幅员广阔，安全监控和野外应急措施无法做到全覆盖和实时救助，失踪游客的搜救难度较一般景区大出近5倍。同时，遇险游客往往无法判断自身所处准确方位和身体健康的变化状态，贻误了救助的最佳时机。因此，针对山地旅游安全的应急救援一直是景区管理者、游客自身、专业高山救援队等共同面临的技术难题。

从我国历年山地景区应急救援的成效来看，一旦发生旅游安全事故，政府常不惜代价地投入大量人力物力实施救援，但其技术手段以传统的地面搜救方式为主，这与探险活动发达的欧美国家多采用航空救援技术相比，搜救能力和效率相对低下。缺乏一套适合复杂山地景区，能够整合导航定位和通信等先进技术，指挥救援可操作性强的立体搜救模式，是当前山地旅游安全保障面临的主要的技术瓶颈。

随着移动通信技术、卫星通信技术和无人机通信技术的发展，这些通信技术的接口在逐步的开放，应用成本也逐渐降低，应急救援领域可利用这些技术来满足应用需求。中国国土资源航空物探遥感中心牵头研发了基于北斗导航定位的野外地质调查作业管理与安全保障系统(2014)。可实现北斗通讯和导航信息的实时显示、通讯历史记录和工作轨迹的查询、野外工作人员的联络与定位等，管理部门利用该系统可对野外作业人员的人身安全和救援提供决策支撑。英国兰卡斯特大学研发了位置感知救援系统(LARS,2010)。该系统主要用于在山区对搜救队进行简报、实时位置定位和搜救队部署，并指引搜救队前往偏远地区进行救援。LARS系统通过混合网络(hybrid network)方式进行指挥部服务端和移动客户端的通信，不同的功能模块采用独立的通信网络方式进行数据传输。成都理工大学使用游客携带的RFID标签和在景区内布设读卡器作为技术方案，建立了人员定位跟踪的情景模拟GIS系统。

北斗系统在野外地质调查中的应用(李志忠，汪大明，2014年发表):中国地质调查局组织实施的“安全生产管理保障系统”和“基于我国卫星的野外地质调查应用高技术产业化示范工程”等项目成果，不仅包含了“安全生产管理平台”中北斗在应急救援中的相关应用，还包含了在野外地质调查时北斗卫星发挥的关键作用等应用。可实现北斗通讯和导航信息的实时显示、通讯历史记录和工作轨迹的查询、野外工作人员的联络与定位等，管理部门利用该系统可对野外作业人员的人身安全和救援提供决策支撑。

上述现有技术的方案只提供了在进行人员管理和救援时，只提供了GPS等位置信息，并没有提供人员的生命体征数据，不适用于复杂山地环境下的人员应急救援。其次，上述系统是只通过北斗短报文进行数据通信，系统庞大、造价昂贵并且信息传递量小，同时，北斗短报文信号受四周环境影响较为明显(如山势地形的阻挡)。在山地地区，一般情况下往往无法快速确定遇险人员位置，无法有效稳定地传输数据；且与本发明技术方案相比较具有本质不同，也存在显著的领域适用性缺陷，不适用于复杂山地景区应急救援与指挥行动决策。

本发明在无人机搜救平台和移动端游客救助App的研究基础上，提出整合北斗定位、体征监测及短报文通信技术，构建复杂山地景区“空-天-地”协同搜救模式及救援支持系统。发明成果可为降低山地救援成本，提高协同搜救效率，增强景区处置突发事故的应急能力提供有效途径。

技术实现要素：

发明目的

本发明提供了一种适用于复杂山地景区的天地空一体化协同搜救系统，所解决的技术问题是：在高度集成的救援支持系统辅助下，能够有效规避“空/天/地”各自独立技术平台的局限。

技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种适用于复杂山地景区的天地空一体化协同搜救系统，该系统包括三部分：(1)协同搜救模式的游客救助终端，(2)天地空协同搜救通信集成系统，(3)山地旅游救援支持系统；游客救助终端包含体征传感器、嵌入式终端和天地空通信模块，体征传感器通过蓝牙接口把检测到的信号传给嵌入式终端，嵌入式终端再利用通信模块将遇险人员的地理位置信息和体征信息传到后端服务器，进而建立了一种天地空一体化协同搜救系统。

作为优选，(1)游客救助终端，采用低功耗无线可穿戴式生命体征传感器来监测人员的体征信息，包括获取心率、ECG和体态参数，使用中央控制器对数据进行处理并通过WiFi和RS232分别与手机和通信终端进行数据通信；通过协同搜救模式对游客救助终端的整合，体征传感器内置12位高速模数转换芯片，用于体征信号转换为数字信号，然后利用MSP430对数字信号进行滤波后，通过蓝牙4.0模块将数据发送出来，游客救助终端通过相匹配的蓝牙模块对数据接收，利用STM32处理并发射。

作为优选，(2)天地空协同搜救通信集成系统，包含的搜救技术平台分别是：北斗通信系统、无人机搜救系统和地面通信系统及相关信息基础设施，根据山地景区的地形地貌特征选择合适的通信系统集成方式，利用景区地面已经构建起的通信系统作为公网覆盖区域的搜索救援通信传输链路。

作为优选，(3)山地旅游救援支持系统，对景区应急救援中心的搜救资源调配、搜救信号捕获与传递、救援路径的决策和导航进行模拟，包括通信终端、服务器和显示系统；通信终端对接天地空协同搜救通信系统获取被跟踪人员的地理位置和体征信息，通过救援支持系统软件的地图服务器和搜救资源数据库来处理和分析应急救援的决策信息，并将救援指令通过集成的通信系统反馈给搜救队伍与被跟踪的人员。

本发明的有益效果如下：本发明提出架构多维度的立体搜救模式，以救援辅助信息系统为决策指挥枢纽，促进了搜救技术平台的集成和协同化，形成针对复杂山地景区的旅游安全保障技术整合框架。本发明通过前端体征传感器获取生命体征信息，利用“天-空-地”协同搜救通信系统建立稳定可靠的通信链路，解决复杂山地景区搜救信号的传输问题，最后连接到后台服务器端，处理和分析应急救援的决策信息，建立了一种复杂山地景区“天-空-地”(一体化)协同搜救及救援指挥模式。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为“天-空-地”协同搜救模式的工作流程图；

具体实施方式

本发明设计并实现了一种复杂山地景区“天-空-地”(一体化)协同搜救及救援指挥模式。如图1所示，该系统包括三部分：(1)协同搜救模式的游客救助终端，(2)“天-空-地”协同搜救通信集成系统，(3)山地旅游救援支持系统。

游客救助终端包含体征传感器、嵌入式终端和天地空通信模块。体征传感器通过蓝牙接口把检测到的信号传给嵌入式终端，嵌入式终端再利用通信模块将遇险人员的地理位置信息和体征信息传到后端服务器，进而建立了一种“天-空-地”(一体化)协同搜救系统。

(1)游客救助终端，采用低功耗无线可穿戴式生命体征传感器来监测人员的体征信息，包括获取心率、ECG(心电图仪)和体态等参数，使用中央控制器对数据进行处理并通过WiFi和RS232分别与手机和通信终端进行数据通信。通过协同搜救模式对游客救助终端的整合，其关键技术是利用中央控制器和高分辨率模数转换器将游客体征异常数据及定位信息转换为数字信号发射。

(2)“天-空-地”协同搜救通信集成系统，包含的搜救技术平台分别是：北斗通信系统(“天基”组件)、无人机搜救系统(“空基”组件)和地面通信系统及相关信息基础设施(“地基”组件，含游客救助终端等)。根据山地景区的地形地貌特征选择合适的通信系统集成方式。利用景区地面已经构建起的通信系统作为公网覆盖区域的搜索救援通信传输链路；在无公网地区，对于搜索救援的信息传递选择其他通信方式。比如，在一些低落差的山区，可以利用无人机搜救系统与人员携带的救助终端进行数据通信，获取相关人员地理位置和体征信息；而在地域较广的高海拔景区，则采用北斗短报文通信方式进行搜救和导航数据的传递。

(3)山地旅游救援支持系统，对景区应急救援中心的搜救资源调配、搜救信号捕获与传递、救援路径的决策和导航进行模拟，包括通信终端、服务器和显示系统等组成部分。通信终端对接“天-空-地”协同搜救通信系统获取被跟踪人员的地理位置和体征信息，通过救援支持系统软件的地图服务器和搜救资源数据库来处理和分析应急救援的决策信息，并将救援指令通过集成的通信系统反馈给搜救队伍与被跟踪的人员。

“天-空-地”协同搜救模式的工作流程设计如图2所示，方案步骤如下：

(1)在人员进入景区前登记其身份证信息，发放与身份证信息相匹配的游客救助终端。同时，景区应急救援中心通过有线或者无线网络将注册匹配好的身份识别码存储在救援支持系统驻留的服务器数据库中。

(2)野外人员处于被实施跟踪的状态时，所携带的游客救助终端通过通信网络将地理位置信息和体征信息发送给救援指挥系统。当人员出现被困、迷路、失踪等旅游安全问题时，系统根据遇险人员注册的时间及景区地理信息等资料，判断其遭遇的险情程度和所处区域。

(3)根据人员遇险的地理环境选择适宜的通信方式，搜救信息的捕获可通过地面通信系统、无人机搜救系统或北斗短报文通信系统传递。救援支持系统再根据汇总的多维搜救信息进行综合判别，在显示屏上输出搜救定位和救援路径规划，并反馈应急救援的决策信息。