一种消防员空呼压力与生命体征在线监测预警系统的制作方法

本实用新型涉及消防系统技术领域，具体涉及一种消防员空呼压力与生命体征在线监测预警系统。

背景技术：

近年来，我国特大火灾和其他各类灾害事故时有发生，灾害规模不断扩大，消防官兵在深入灾害事故现场执行侦察和搜救任务时，由于过度疲劳、体力不支或身处险境等因素而不能及时自主撤离灾害事故现场，致使其人身安全受到极大威胁。消防部队在敢于进攻、善于内攻、确保人民群众生命财产安全的同时，首先要最大限度的避免和减少消防官兵上网事故的发生。因此，在现代信息化战场条件下，对战斗状态下的消防员生命状况的监测显得尤为重要，指挥中心要始终坚持“以人为本，科学施救”的原则，在充分掌握消防员生命状态、确保其生命安全的基础上做出科学的决策指挥，进而提高作战效能。

美国、日本等发达国家针对生命体征检测技术相继开展了研究，开发了一系列用于数字化战场的单兵生命安全状态追踪监视系统，作为作战装备广泛应用于军事战场，此类产品网络化、实用化程度高，但成本极高。我国对生命体征监测技术和相关产品的研究在体育、医疗等领域较为广泛，但针对消防员灭火战斗领域的研究尚处于初级阶段，多数产品存在便携性差、通信能力弱、报警不及时的缺点，实用性大打折扣。还没有出现比较成熟的生命监测设备在消防部队广泛使用。

此外，正压式空气呼吸器是消防员进入火灾现场，特别是处置危险化学品、天然气泄漏时必须携带的个人防装备，为保障消防员的人身安全发挥了重要作用，常用的气瓶压力为30mpa，容量为6.8l或9l，标称时间为60-90分钟，但是由于肺活量的差异，运动状态的不同，使得正压式空气呼吸器的时间因人而异，同一个人在跑步或者静止状态下使用时间也不相同，这就造成了指挥员很难掌握每个人的具体情况，无法有效指挥，组织救援行动，也不能第一时间命令那些空呼容量用尽达到报警阈值的消防员及时撤出。特别是在消防员被困或者迷路的情况下，因空呼用尽施救不及时而造成消防员牺牲惨剧时有发生。随着技术的发展，将消防员的空气呼吸器状态信息及时采集、传输到后方指挥中心和前沿指挥员，根据消防员实际使用情况实时更新使用时间，能够有效辅助指挥员决策，提高指挥自动化水平，保障消防员人身安全。

现有火场救援终端采用电脑主机系统显示，开机时间慢，组装部件特别多，不易携带，救援不及时，不能实现室内定位，操作复杂，繁琐。存在无法实时传输监控信息、无线通讯存在死角，无法实现一线执勤执法工作的可视化、影像化和数字化管理等现实问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的上述问题，本实用新型提供一种消防员空呼压力与生命体征在线监测预警系统，火场终端系统装置主要运用于具备佩戴空气呼吸器的场合,有毒有害气体场合,特发事件救援场合,森林大面积火灾烟雾场合。具备在高大建筑内部和地铁隧道传输,具有很强的穿透功能。设备具备无序状态下连接多个中继台,指挥中心可以远程同步监视现场电脑页面的视频,参数和各种数据信息的功能。通过无线传输模式实现了火场现场与室内指挥中心的实时通讯，可以实时掌握消防员的动态，以便及时采取相应措施，提高了救援效率，也很好的保护了消防员。

本实用新型的目的在于提供一种消防员空呼压力与生命体征在线监测预警系统，包括：

消防员空呼压力在线监测预警系统以及生命体征在线监测预警系统；

其中消防员空呼压力在线监测预警系统以及生命体征在线监测预警系统均包括：前场单兵系统和后场监视系统，所述后场监视系统包括远端传输接收显示装置、主机收发系统和语音通讯装置，所述远端传输接收显示装置和所述主机收发系统通过数据线连接；所述前场单兵系统包括多个火场终端部件，所述火场终端部件与所述主机收发系统通过wifi、3g或中继接力传输部件连通。

优选地，所述火场终端部件与所述主机收发系统采用无线双向数据传输,部件功率2w,点对点传输大于1200m,中继3000m。

优选地，所述火场终端部件包括由现场消防员佩戴的空气呼吸器、终端显示装置、终端数据收发装置和骨传导无线语音通讯装置，其中所述终端显示装置分别与空气呼吸器、终端数据收发装置连接，所述骨传导无线语音通讯装置与所述终端数据收发装置连接。

优选地，所述消防员空呼压力在线监测预警系统包括pt500-500气体压力传感器及外围电路，单片机处理及低功耗蓝牙无线收发器，基于android系统的数据中继转发平台，支队数据服务器和移动指挥平台，所述pt500-500气体压力传感器包括固定在气瓶终端气体压力感知模块，pt500-500系列气体压力传感器包括电阻应变计/扩散硅晶体/陶瓷晶体作为感压芯片，贴片工艺、配套带有零点、满量程补偿，温度补偿的放大集成电路，输出4-20ma微电流，测量压力可达60mpa，满足最大30mpa的测量需求，所述数据中继转发平台装载在消防员配备的防爆手机，在此基础上通过蓝牙无线互联的所述气瓶终端气体压力感知模块，并把所测数据通过3g通信的方式传输到现场支队数据服务器，支队数据服务器通过网关和防火墙与3g公网互联，用于缓存数据，便携式移动指挥平台采用平板电脑，集中显示每个消防员气体压力参数，人机交互，辅助现场指挥员决策。

优选地，所述外围电路以msp430f2249单片机为控制核心，包括前端信号采集、放大电路、后端的蓝牙数据传输模块。

优选地，所述终端显示装置为触摸显示屏，所述终端数据收发装置包括无线收发射部件和通信对讲无线语音报警部件。

优选地，所述触摸显示屏显示四组8人至32人的编组、编号,空气呼吸器压力,人的运动和报警状态,单呼、群呼撤退状态,每个佩戴设备的姓名、电压和温度信息、由所述通信对讲无线语音报警部件的主机同步发出声响提示。

优选地，所述终端显示装置显示内容包括:接收信号灵敏度，计时时间，使用时间,电池电压,数字压力显示,模拟压力显示,撤退指令,设备现场温度,设备编组编号,同组队员报警呼救编组编号,自身状态声响报警,同步接收到对方报警时发出声响提示。

优选地，所述生命体征在线监测预警系统包括生命体信息采集终端和监控指挥中心两部分组成，采集终端由消防员随身配备，负责各项生命体征参数的采集和上传，监控指挥中心接收并分析数据，最终将各项生命体征参数以文字、曲线的方式实时显示，对异常生理指标给与报警提示。

优选地，所述生命体征信息采集终端由生命体征传感器和信息采集传输装置组成。其中，生命体征传感器采用集皮肤温度传感器、心电传感器、呼吸率传感器和三轴加速度为一体的多功能融合传感器，用于捕捉生命状态和运动状态，可实现对运动状态下消防员心率、呼吸率、体温、静止姿态、活动度等生命体征的采集；使用时由消防员配戴于胸部，采集的数据通过蓝牙与信息采集传输装置通信；信息采集传输装置为具有低功耗特性的嵌入式终端设备，内置安桌操作系统，具有gps、蓝牙和强光震动提示功能；所述信息采集传输装置通过蓝牙实时接收消防员生命体征及运动状态信息，通过wifi，3g或数传电台3种无线通信方式与监控指挥中心互联互通。

本实用新型的有益效果：

1)通过无线传输模式实现了火场现场与指挥中心的实时通讯，可以实时掌握消防员的动态，以便及时采取相应措施，提高了救援效率，也很好的保护了消防员；

2)采用非电脑主机系统，直接用触摸屏一体机的，把传统非常复杂化的部件集成到一体机上，开机时间缩短，操作简单，便捷，迅速。同时可实现穿透通讯，室内定位功能，实时掌握消防员的动态，以便及时采取相应措施，提高了救援效率，也很好的保护了消防员。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本实用新型的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：

附图1为根据本实用新型实施例的系统原理及结构框图。

附图2为根据本实用新型实施例的空呼压力监测部分系统结构图。

附图3为根据本实用新型实施例的空呼压力监测气瓶压力传感器二级放大电路图。

附图4为根据本使用新型实施例的生命体征监测部分的系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明，但并不用来限制本实用新型的保护范围。

参见图1实施例的一种消防员空呼压力与生命体征在线监测预警系统，包括：消防员空呼压力在线监测预警系统以及生命体征在线监测预警系统，每个系统均包括前场单兵系统和后场监视系统，所述后场监视系统包括远端传输接收显示装置、主机收发系统和语音通讯装置(图中未示出)，所述远端传输接收显示装置和所述主机收发系统通过数据线连接；所述前场单兵系统包括多个火场终端部件，所述火场终端部件与所述主机收发系统通过wifi、3g或中继接力传输部件连通。消防员抢险救援的场所包括建筑物内部、地下空间、隧道等场所，目前3g公网信号基本都能实现这些场所的覆盖。火场终端部件与所述主机收发系统采用无线双向数据传输,部件功率2w,点对点传输大于1200m,中继3000m。

本实施例中，中继部件为数传电台。

火场终端部件包括由现场消防员佩戴的空气呼吸器、终端显示装置、终端数据收发装置和骨传导无线语音通讯装置，其中所述终端显示装置分别与空气呼吸器、终端数据收发装置连接，所述骨传导无线语音通讯装置与所述终端数据收发装置连接。根据系统设计的需求，结合实际情况，空气呼吸器包括pt500-500气体压力传感器及外围电路设计，单片机处理及低功耗蓝牙无线收发器，基于android系统的数据中继转发平台，支队数据服务器和移动指挥平台，如图2所示。单兵终端包括固定在气瓶终端气体压力感知模块和数据中继转发平台。数据中继转发平台依托消防员配备的防暴手机，在此基础上通过蓝牙无线互联气瓶压力感知终端，并把所测数据通过3g通信的方式传输到现场支队数据服务器，支队数据服务器通过网关和防火墙与3g公网互联，用于缓存数据，便携式移动指挥平台采用平板电脑，集中显示每个消防员气体压力参数，人机交互，辅助现场指挥员决策。

硬件系统的设计以msp430f2249单片机为控制核心，包括前端信号采集、放大电路、后端的蓝牙数据传输模块。pt500-500系列气体压力传感器采用高精度高稳定性电阻应变计/扩散硅晶体/陶瓷晶体等作为感压芯片，贴片工艺、配套带有零点、满量程补偿，温度补偿的高精度和高稳定性放大集成电路，输出4-20ma微电流，测量压力可达60mpa，满足最大30mpa的测量需求。

参见图3，负载电阻800欧，转化为响应的电压信号，第一级放大电路采用ad620放大器，传感器测量获得的电流信号转化为电压信号后放大10-1000倍，根据实际情况调整合适的放大倍数后经过电容c6实现直流分量和交流分量的分离，交流。

本实施例中，终端显示装置为触摸显示屏，终端数据收发装置包括无线收发射部件和通信对讲无线语音报警部件。

优选地，所述触摸显示屏显示四组8人至32人的编组、编号,空呼器压力,人的运动和报警状态,单呼、群呼撤退状态,每个佩戴设备的姓名、电压和温度信息、由所述通信对讲无线语音报警部件的主机同步发出声响提示。

火场终端佩戴部件显示包括:接收信号灵敏度，计时时间，使用时间,电池电压,数字压力显示,模拟压力显示,撤退指令,设备现场温度,设备编组编号,同组队员报警呼救编组编号,自身状态声响报警,同步接收到对方报警时发出声响提示。

参见图4，采用传感器技术、嵌入式技术和网络通信技术形成消防员生命体征监测系统，通过该系统，消防指挥中心可以实时监测消防员心率、呼吸频率、体表温度、身体姿态和运动状态，并可及时对异常状态进行报警，具有便携性好，实时性强、稳定性高的特点，为指挥中心确保消防员人身安全，作出合理决策及部署提供重要参考，进而为灭火救援行动顺利开展提供有力保证。

参见图4，消防员生命体征监测系统包括生命体信息采集终端和监控指挥中心两部分组成，采集终端由消防员随身配备，负责各项生命体征参数的采集和上传，监控指挥中心接收并分析数据，最终将各项生命体征参数以文字、曲线的方式实时显示，对异常生理指标给与报警提示。生命体征信息采集终端由生命体征传感器和信息采集传输装置组成。其中，生命体征传感器采用集皮肤温度传感器、心电传感器、呼吸率传感器和三轴加速度为一体的多功能融合传感器，用于捕捉生命状态和运动状态，可实现对运动状态下消防员心率、呼吸率、体温、静止姿态、活动度等生命体征的采集。使用时由消防员配戴于胸部，采集的数据通过蓝牙与信息采集传输装置通信。信息采集传输装置为具有低功耗特性的嵌入式终端设备，内置安桌操作系统，具有gps、蓝牙和强光震动提示功能。传输装置通过蓝牙实时接收消防员生命体征及运动状态等信息，并可通过wifi，3g或数传电台等3种无线通信方式与监控指挥中心互联互通。

监控指挥中心部署监控软件，可与生命体征信息采集终端建立稳定的无线连接，实施获取所有在线消防员的生命体征信息，并以文字、图表、曲线的方式实时显示并存储；对于异常数据给予报警提示；能根据生命体征信息和作战时间通过数学模型评估体能状况，对出现疲劳的消防员可报警提示，对报警的消防员，可统一部署附近消防员，组建协同救援小组，并通过命令下达的形式通知小组成员展开协同救援，具有历史数据查询分析、gps定位和地图显示功能。实现的具体功能针对灭火救援现场复杂环境和业务需求，具体包括：

(1)生命体征实时监测：可实时监测运动状态下消防员心率、呼吸率、皮肤温度、静止姿态、活动度等信息，并以文字、曲线形式显示变化趋势；

(2)异常状况报警：当消防员出现心跳过速或停止、呼吸过速或停止、体温过高或过低、静止时间过长、平躺时间过长、剧烈运动时间过长等异常情况时，系统自动给与报警提示；

(3)一键呼救：当消防员处于险境时，可手动开启信息采集终端设备的一键呼救功能，并将自身位置和生命体征信息上传至监控指挥中心，同时伴有声光提示，为营救行动创造有利条件；

(4)命令下达与显示：可以文本方式下达救援指挥命令，信息采集终端可实时接收和显示，并可将信息以语音的形式播放；

(5)统计信息：实施显示所有消防员的通信状态、持续工作时间、当前救援任务量、生命体征异常人数和次数、手动报警次数等/。

(6)协同救援：根据报警列表统一部署，组建协同救援小组，并通过远程命令下达的形式通知小组成员展开协同救援。

(7)gps地图显示：监控指挥中心提供地图功能，所有联网人员的位置信息可在地图上实时显示。

(8)信息维护：监控指挥中心可编辑所有消防员基本信息、生命体征阈值信息、数据库配置信息等。

(9)历史数据查询分析：监控指挥中心根据条件查询消防员生命体征历史数据，并以曲线形式展示，以便事后对比分析。

基于三轴加速度传感器的运动监测：能够获取三维方向上的加速度值，进行平衡状态下的姿态监测和运动状态下的活动度监测。三轴加速度计处于静止或平衡状态时，三个方向的加速度矢量和为重力加速度，随着姿态发生改变，各轴向加速度分量会相应发生变化，通过分析各轴加速度分量的大小关系，计算出人体姿态角，进而确定人体的倾斜程度，从而有效区分站立和平躺两种重要姿态。活动度是当三轴加速度传感器处于运动状态时，三轴向加速度矢量和包含了除重力加速度之外的运动加速度。通过大量试验石虎踞对比，可以简单判断人体静止、轻微运动、一般运动和剧烈运动几种活动状态。此外，当呼吸率和心率同时达到相应的无氧阈值时，表示被测人员进入无氧运动状态。持续一段时间后，要及时做出安排进行短暂休息调整或撤离战斗，确保生命安全。

整个系统的制作和完成包括流程：电路设计→外壳设计→程序编写→整机调试→配件组装→检测调试→出厂检验→完成。

本实用新型的有益效果：

1)通过无线传输模式实现了火场现场与指挥中心的实时通讯，可以实时掌握消防员的动态，以便及时采取相应措施，提高了救援效率，也很好的保护了消防员；

2)采用非电脑主机系统，直接用触摸屏一体机的，把传统非常复杂化的部件集成到一体机上，开机时间缩短，操作简单，便捷，迅速。同时可实现穿透通讯，室内定位功能，实时掌握消防员的动态，以便及时采取相应措施，提高了救援效率，也很好的保护了消防员。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时本领域的一般技术人员，根据本实用新型的实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。