专利名称：一种用于灾后先遣救援的智能监护系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种利用无线通信技术构建的搜救人员监护系统，具体地说，是一种用于灾后先遣救援的智能监护系统及其控制方法。
背景技术：
近年，无论国际国内，各种大型灾害频频出现。及时有效的救援行动能够在很大程度上降低灾害损失，挽救幸存生命。但经历地震、泥石流等大型灾害后，原有通信设备及交通设施很难正常工作，造成受灾区信息和交通的不可达，大型救援设备无法进入灾区。先遣救援部队就显得十分必要。救援中心根据先遣救援部队返回的受灾程度和环境状况信息， 进行有针对性的救援部署与调度，最大程度降低灾害损失。
现有技术中，中国专利申请200810066512. 2提出了一种人员安全远程智能监护救援处理系统及监护救援处理方法，但是该系统依赖于现有的电话网络、无线网络以及互联网络，对于受灾严重地区，一旦现有电力设施和通信基站被损坏，该系统将无法使用。
而目前其他的救援或监控系统大多也是采用基于ZigBee协议的无线通信网络与固有有线通信网络结合的方式实现救援或监控现场与指挥控制中心的数据通信，若遇到固定的通信网络设施在大型灾害中被摧毁的情况，则给整个救援或监控系统带来通信困难。 所以，在最短时间内以最简单的方式搭建一个不依赖于其他固定通信网络设施的救援现场和救援指挥中心的通信平台就显得很有必要。
其次，灾后地区环境恶劣，对先遣搜救人员的生命造成很大威胁。灾后救援不仅要尽最大努力挽救受灾群众的生命，同时也要尽最大可能保障搜救人员的生命安全。目前国内大多数搜救人员使用的救援设备多以防护物理伤害为主，比如安全头盔，防护手套等。 虽然这些设备可以对搜救人员的身体起到一定的防护作用，但是这些设备无法向指挥中心提供搜救人员的准确生命信息，当搜救人员的生命特征出现异常时，指挥中心不能及时得到预警消息而迅速做出反应。发明内容
本发明的目的之一是提供一种用于灾后先遣救援的智能监护系统，减少对电力系统和固有通信网络的依赖，具有自由组网能力，同时实现恶劣环境下搜救队员的定位、生命信息采集、现场环境参数检测、异常自动报警以及指挥调度等功能。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下一种用于灾后先遣救援的智能监护系统，由一个指挥中心和N个监护终端组成，其关键在于所述指挥中心与监护终端之间通过CDMA扩频通信方式连接，其中指挥中心用于实现与每个监护终端之间的语音通信；用于接收并显示每个监护终端上传的生命状态信息、环境监测信息以及GPS定位信息；用于判断每个搜救队员的生命状态以及周边环境状态是否正常；用于实现异常报警并进行指挥调度；监护终端用于实现与指挥中心之间的语音通信；用于采集、显示并上传搜救队员的生命状态信息、环境状况信息以及GPS定位信息。
指挥中心与多个监护终端构成一个点对多点的星形网络，监护终端由搜救队员随身携带，可以收集现场相关信息并和指挥中心实现数据信息交互。指挥中心对监护终端传回的数据信息进行分析显示，并根据显示结果做出相应的救援指示。
指挥中心与监护终端之间采用基于CDMA多址接入的扩频通信方式。不同终端采用不同的地址码和指挥中心通信，也可以通过指挥中心转接实现监护终端与监护终端之间的通信，相互间产生的干扰几乎可以忽略，保证了多个用户同时通信。且整个网络接入方便，组网灵活，无需过多考虑带宽分配和网络干扰等问题。在不依赖于其他任何固有电力设施和通信设施的情况下实现快速、便捷、简单的网络通信。特别是经历地震、泥石流等大型灾害的地区来说，该系统用于先遣救援具有很大的应用前景和现实意义。
作为进一步描述，所述指挥中心设置有第一无线通信模块、计算机以及第一语音处理模块，其中第一无线通信模块用于实现网络管理和接入控制；用于接收每个监护终端上传的语音信息、生命状态信息、环境监测信息以及GPS定位信息；用于发送指挥中心发出的语音信息、异常报警信息以及调度信息；计算机设置有监控显示模块和计算处理模块，其中，监控显示模块用于实现搜救队员生命状态信息显示、环境状况信息显示、GPS定位显示以及异常报警显示，计算处理模块用于实现生命状态判断以及环境状况判断；第一语音处理模块用于语音通信时的信号处理。
指挥中心主要由第一无线通信模块、计算机以及第一语音处理模块组成。大部分功能如数据库、智能决策以及实时显示等都是通过软件技术在计算机上实现的。
计算机通过第一无线通信模块接收搜救人员生命状态信息和环境监测数据后，对其进行分析处理并显示。指挥中心计算机上的软件系统由电子地图、信息管理查询、自动预警和队员动态监控等功能模块组成，各个模块集成在同一个界面下，他们之间既相互联系又相对独立，综合运用各种数字化信息技术，使搜救现场整个范围内资源实现最佳配置，并且可以实时监控所有搜救队员，与硬件系统一起实现了指挥、控制、通信、及后勤保障等功能的一体化。
再进一步描述，所述监护终端设置有终端控制单元，该终端控制单元上分别连接有第二语音处理模块、GPS定位模块、传感器模块以及第二无线通信模块，在终端控制单元上还连接有键盘和显示屏，其中终端控制单元用于实现其他模块之间的协调和控制； 第二语音处理模块用于实现语音通信时的信号处理； GPS定位模块用于采集搜救队员的位置信息； 传感器模块用于采集搜救队员的生命状态信息和环境状况信息； 第二无线通信模块用于发送语音信息、生命状态信息、环境监测信息以及GPS定位信息；用于接收指挥中心发出的语音信息、异常报警信息以及调度信息； 键盘用于实现本地信息输入； 显示屏用于实现本地信息输出。
其中，所述传感器模块包括脉搏探测器、体温探测器、血压探测器以及气敏传感
监护终端由搜救队员随身携带，搜救队员进入受灾区域后，通过监护终端上的气敏传感器可以检测周边环境中是否含有有毒气体，通过脉搏探测器、体温探测器、血压探测器可以实时探测搜救队员的生命状态，通过GPS定位模块可以实现每个搜救队员的精确定位，另外搜救队员利用监护终端可以实现与指挥中心的语音通信，键盘和显示屏作为基本的输入输出设备，通过监护终端可以将搜救队员的生命状态信息、位置信息以及周边环境信息实时上传到指挥中心，一旦搜救队员生命特征出现异常，指挥中心可以自动产生预警， 同时指挥中心可以根据搜救队员的位置分布进行灵活调度。
本发明的目的之二是提出了一种用于灾后先遣救援的智能监护系统的控制方法， 所述监护终端与指挥中心建立通信的步骤如下第一步上电——接通监护终端与指挥中心的电源，使其开始工作； 第二步捕获导频信息——监护终端进入导频信息捕获状态并捕获指挥中心广播的导频信息；第三步接收同步信息——监护终端获取导频信息后进入同步信息捕获状态并捕获指挥中心发出的同步信息，监护终端通过调整解调器中的Wlash函数对同步信息进行解调， 从中提取出系统参数和定时信息，所述系统参数包括导频PN序列偏置索引和信道速率，所述定时信息包括长码状态值和系统时间；第四步设置长码发生器并建立时间同步——监护终端获取同步信息中的系统参数和定时信息后转入定时改变状态，并按照同步信息中提取出的长码状态值设置自己的长码发生器，同时按照系统时间建立时间同步；第五步监护终端进入空闲状态并监听是否存在需要确定或响应的消息，同时检测监护终端是否需要发起通信请求；第六步如果存在需要确定或响应的消息或者检测到监护终端需要发起通信请求，监护终端进入系统接入状态；第七步监护终端与指挥中心之间进行接入信息交互，接入成功后监护终端进入业务通信状态；第八步监护终端在业务通信状态下与指挥中心进行数据通信，通信结束后，返回第五步进入空闲状态。
在接入控制过程中，所述指挥中心和监护终端之间的物理信道由前向公共信道、 前向基本信道、反向接入信道以及反向基本信道组成，其中前向公共信道用于周期性广播导频信息、同步信息以及一些必要的公共控制信息和广播消息；前向基本信道用于向每个监护终端传送语音业务和数据业务；反向接入信道用于监护终端向指挥中心发起接入请求或通信请求信息交互；反向基本信道用于监护终端向指挥中心传送语音业务和数据业务。
本发明的显著效果是(1)监护终端包含的传感器模块能对搜救队员生命状态信息及所处环境信息进行实时收集并发送回指挥中心，当搜救队员生命信息出现异常或所处环境出现有毒气体等危险状况时，指挥中心能实时监测并指挥搜救队员迅速撤离现场或采取必要的救援措施，从而保证了搜救队员的生命安全，最大限度的减少伤亡，保障搜救行动的高效进行。
(2)指挥中心根据监护终端传回的数据信息进行有效的分析处理并采用完善的集中显示功能，让指挥人员对救援现场及搜救队员生命状况有直观实时的了解，给救援行动的指挥调度提供有针对性的参考信息，为其作出正确及时的判断和指挥带来很大的方便。
(3)监护终端与指挥中心之间采用⑶MA扩频通信方式，不依赖于其他任何固有的电力设施和通信网络设施，布设简单，组网灵活，接入方便，抗干扰能力强，为大型灾害后的紧急救援提供可行方案。
图1是本发明的网络架构图；图2为图1中指挥中心的拓扑结构框图； 图3为图1中监护终端的电路原理框图； 图4是监护终端与指挥中心实现通信连接时的状态转移图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步的说明。
如图1所示，一种用于灾后先遣救援的智能监护系统，由一个指挥中心和N个监护终端组成，指挥中心与监护终端之间通过CDMA扩频通信方式连接，实施过程中，N取值可根据受灾情况以及救援队员的调度情况确定，由于CDMA通信制式中的地址码受PN序列的长短决定，所以N的最大值与地址码的个数有关，同时也受通信环境和链路质量的影响，一般情况下，通信环境和链路质量越好，能同时接入的终端数目越多，即N就越大，反之越少。
上述系统中，指挥中心用于实现与每个监护终端之间的语音通信；用于接收并显示每个监护终端上传的生命状态信息、环境监测信息以及GPS定位信息；用于判断每个搜救队员的生命状态以及周边环境状态是否正常；用于实现异常报警并进行指挥调度。
监护终端则用于实现与指挥中心之间的语音通信；用于采集、显示并上传搜救队员的生命状态信息、环境状况信息以及GPS定位信息。
如图2所示，实施过程中，指挥中心设置有第一无线通信模块、计算机以及第一语音处理模块，计算机作为信息处理的核心设备分别与第一无线通信模块以及第一语音处理模块连接，第一语音处理模块通常包括话筒和扩音器，通过计算机中的声卡实现语音编解码，计算机按照CDMA扩频通信方式中的通信协议对语音数据进行处理，最后通过第一无线通信模块实现语音数据的发送和接收。
在计算机上设置有监控显示模块以及计算处理模块，监控显示模块通常为计算机自带的显示器或者专用的显示屏，应用GIS电子地图、数据库技术以及数字化信息技术等手段，在监控显示模块中分别设置有GPS定位显示画面、搜救人员信息显示画面、环境状况信息显示画面以及异常报警显示画面，计算机通过第一无线通信模块接收监护终端上传的生命状态信息、环境监测信息以及GPS定位信息，并在监控显示模块进行实时显示。计算处理模块是通过软件编程技术实现的，包括气体成分判断模块和生命信息对比模块，计算机将获取的信息与标准环境信息和标准生命状态信息进行对比，从而判断是否存在异常情况，如果计算机监控到某个搜救队员的生命状态出现异常，或者是发现某个区域存在危险气体，指挥中心则自动发出报警信息，并通过第一无线通信模块及时通知给相应的监护终端，以保障搜救队员的生命安全。
如图3所示，搜集终端设置有终端控制单元，该终端控制单元上分别连接有第二语音处理模块、GPS定位模块、传感器模块以及第二无线通信模块，在终端控制单元上还连接有键盘和显示屏，与指挥中心类似，第二无线通信模块是用于发送语音信息、生命状态信息、环境监测信息以及GPS定位信息，同时接收指挥中心或其他监护终端发出的语音信息、 异常报警信息以及调度信息，第二语音处理模块通常也包括话筒和扩音器，用于实现语音通信时的信号处理。GPS定位模块是用于采集搜救队员的位置信息，传感器模块是用于采集搜救队员的生命状态信息和环境状况信息，各个模块之间通过终端控制单元来协调和控制。
在具体实施时，传感器模块包括脉搏探测器、体温探测器、血压探测器以及气敏传感器。搜救队员的生命状态也主要通过脉搏、体温以及血压等参数表示，而环境状况的检测主要是针对有毒气体进行检测，因此选用气敏传感器。
如图4所示，本发明还对系统的控制方法做了进一步描述，其中监护终端与指挥中心建立通信的步骤如下第一步上电——接通监护终端与指挥中心的电源，使其开始工作； 第二步捕获导频信息一一监护终端进入导频信息捕获状态并捕获指挥中心广播的导频信息；第三步接收同步信息——监护终端获取导频信息后进入同步信息捕获状态并捕获指挥中心发出的同步信息，监护终端通过调整解调器中的Wlash函数对同步信息进行解调， 从中提取出系统参数和定时信息，其中系统参数包括导频PN序列偏置索引和信道速率，定时信息包括长码状态值和系统时间；第四步设置长码发生器并建立时间同步——监护终端获取同步信息中的系统参数和定时信息后转入定时改变状态，并按照同步信息中提取出的长码状态值设置自己的长码发生器，同时按照系统时间建立时间同步；第五步监护终端进入空闲状态并监听是否存在需要确定或响应的消息，同时检测监护终端是否需要发起通信请求；第六步如果存在需要确定或响应的消息或者检测到监护终端需要发起通信请求，监护终端进入系统接入状态；第七步监护终端与指挥中心之间进行接入信息交互，接入成功后监护终端进入业务通信状态；第八步监护终端在业务通信状态下与指挥中心进行数据通信，通信结束后，返回第五步进入空闲状态。
在接入控制过程中，指挥中心和监护终端之间的物理信道由前向公共信道、前向基本信道、反向接入信道以及反向基本信道组成，其中前向公共信道主要负责周期性广播导频信息、同步信息以及一些必要的公共控制信息和广播消息。前向基本信道主要用于向每个监护终端传送语音业务和数据业务。反向接入信道主要用于监护终端向指挥中心发起接入请求或通信请求信息交互。反向基本信道主要用于监护终端向指挥中心传送语音业务和数据业务。
本发明的工作原理是指挥中心与监护终端之间采用基于CDMA多址接入的扩频通信方式。不同终端采用不同的地址码和指挥中心或其他监护终端进行通信，相互间产生的干扰几乎可以忽略，保证了多个用户同时通信。
监护终端利用传感器模块和GPS模块可以实时检测搜救队员的生命状态信息、环境状况信息以及自身定位信息等等，并利用CDMA通信技术将上述数据传送给指挥中心，指挥中心也设置有相应数据的判别模块和显示模块，可以实时判断并观察各个搜救队员的基本情况，一旦出现异常，还可以自动报警并进行指挥调度。各个设备的通信接入按照本发明提供的控制步骤进行。需要说明的是同步信道是未经过长码扰码的，所以监护终端在捕获了导频信息后就可以对它进行解调。在空闲状态下，监护终端主要监听前向公共信道，除了接收一些系统参数外，当收到需要确认或响应的消息时，或者检测到搜救人员要向指挥中心发起通信请求时，转向系统接入状态。进入系统接入状态后，监护终端和指挥中心利用反向接入信道和前向公共信道进行接入信息交互，该过程的主要任务是协商出特定的通信地址码，不同的监护终端分配到不同的地址码就能同时和指挥中心进行通信且不会相互干扰。接入成功后，终端转入业务通信状态，在交互指定的基本信道上与指挥中心进行数据通信。通信结束后终端返回空闲状态。
整个网络接入方便，组网灵活，无需过多考虑带宽分配和网络干扰等问题。在不依赖于其他任何固有电力设施和通信设施的情况下实现快速、便捷、简单的网络通信。特别是经历地震、泥石流等大型灾害的地区来说，该系统具有很大的应用前景和现实意义。
权利要求
1.一种用于灾后先遣救援的智能监护系统，由一个指挥中心和N个监护终端组成，其特征在于所述指挥中心与监护终端之间通过CDMA扩频通信方式连接，其中指挥中心用于实现与每个监护终端之间的语音通信；用于接收并显示每个监护终端上传的生命状态信息、环境监测信息以及GPS定位信息；用于判断每个搜救队员的生命状态以及周边环境状态是否正常；用于实现异常报警并进行指挥调度；监护终端用于实现与指挥中心之间的语音通信；用于采集、显示并上传搜救队员的生命状态信息、环境状况信息以及GPS定位信息。
2.根据权利要求1所述的一种用于灾后先遣救援的智能监护系统，其特征在于所述指挥中心设置有第一无线通信模块、计算机以及第一语音处理模块，其中第一无线通信模块用于实现网络管理和接入控制；用于接收每个监护终端上传的语音信息、生命状态信息、环境监测信息以及GPS定位信息；用于发送指挥中心发出的语音信息、异常报警信息以及调度信息；计算机设置有监控显示模块和计算处理模块，其中，监控显示模块用于实现搜救队员生命状态信息显示、环境状况信息显示、GPS定位显示以及异常报警显示，计算处理模块用于实现生命状态判断以及环境状况判断；第一语音处理模块用于语音通信时的信号处理。
3.根据权利要求1所述的一种用于灾后先遣救援的智能监护系统，其特征在于所述监护终端设置有终端控制单元，该终端控制单元上分别连接有第二语音处理模块、GPS定位模块、传感器模块以及第二无线通信模块，在终端控制单元上还连接有键盘和显示屏，其中终端控制单元用于实现其他模块之间的协调和控制； 第二语音处理模块用于实现语音通信时的信号处理； GPS定位模块用于采集搜救队员的位置信息； 传感器模块用于采集搜救队员的生命状态信息和环境状况信息； 第二无线通信模块用于发送语音信息、生命状态信息、环境监测信息以及GPS定位信息；用于接收指挥中心发出的语音信息、异常报警信息以及调度信息； 键盘用于实现本地信息输入； 显示屏用于实现本地信息输出。
4.根据权利要求1所述的一种用于灾后先遣救援的智能监护系统，其特征在于所述传感器模块包括脉搏探测器、体温探测器、血压探测器以及气敏传感器。
5.一种如权利要求1所述的用于灾后先遣救援的智能监护系统的控制方法，其特征在于所述监护终端与指挥中心建立通信的步骤如下第一步上电——接通监护终端与指挥中心的电源，使其开始工作； 第二步捕获导频信息——监护终端进入导频信息捕获状态并捕获指挥中心广播的导频信息；第三步接收同步信息——监护终端获取导频信息后进入同步信息捕获状态并捕获指挥中心发出的同步信息，监护终端通过调整解调器中的Wlash函数对同步信息进行解调， 从中提取出系统参数和定时信息，所述系统参数包括导频PN序列偏置索引和信道速率，所述定时信息包括长码状态值和系统时间；第四步设置长码发生器并建立时间同步——监护终端获取同步信息中的系统参数和定时信息后转入定时改变状态，并按照同步信息中提取出的长码状态值设置自己的长码发生器，同时按照系统时间建立时间同步；第五步监护终端进入空闲状态并监听是否存在需要确定或响应的消息，同时检测监护终端是否需要发起通信请求；第六步如果存在需要确定或响应的消息或者检测到监护终端需要发起通信请求，监护终端进入系统接入状态；第七步监护终端与指挥中心之间进行接入信息交互，接入成功后监护终端进入业务通信状态；第八步监护终端在业务通信状态下与指挥中心进行数据通信，通信结束后，返回第五步进入空闲状态。
6.根据权利要求5所述的一种用于灾后先遣救援的智能监护系统的控制方法，其特征在于所述指挥中心和监护终端之间的物理信道由前向公共信道、前向基本信道、反向接入信道以及反向基本信道组成，其中前向公共信道用于周期性广播导频信息、同步信息以及一些必要的公共控制信息和广播消息；前向基本信道用于向每个监护终端传送语音业务和数据业务；反向接入信道用于监护终端向指挥中心发起接入请求或通信请求信息交互；反向基本信道用于监护终端向指挥中心传送语音业务和数据业务。
全文摘要
本发明公开了一种用于灾后先遣救援的智能监护系统及其控制方法，系统由一个指挥中心和N个监护终端组成，其特征在于指挥中心与监护终端之间通过CDMA扩频通信方式连接，指挥中心具有语音通信功能；能接收、显示并判断每个监护终端上传的生命状态信息、环境监测信息以及GPS定位信息；能实现异常报警、指挥调度；监护终端具有语音通信功能；能采集、显示并上传搜救队员的生命状态信息、环境状况信息以及GPS定位信息。其显著效果是采用CDMA扩频通信方式，不依赖于其他任何固有的电力设施和通信网络设施，布设简单，组网灵活，接入方便，抗干扰能力强，为大型灾害后的紧急救援提供了可行方案。
文档编号H04W4/02GK102488502SQ20111043688
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者吴玉成, 周平 申请人:扬州万方电子技术有限责任公司