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基于生命體征監(jiān)測(cè)與室內(nèi)定位技術(shù)的消防員協(xié)助系統(tǒng)

2020年電子技術(shù)應(yīng)用第12期

王圣哲，王博，高鳴遠(yuǎn)，羅亮

長(zhǎng)春理工大學(xué) 光電工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130000

摘要： 現(xiàn)代科技發(fā)展帶來(lái)高層建筑和復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)增多，導(dǎo)致消防員很容易在火場(chǎng)內(nèi)受到生命危險(xiǎn)。針對(duì)消防人員進(jìn)入復(fù)雜火場(chǎng)后的生命體征狀態(tài)及室內(nèi)定位問(wèn)題，提出了一套完整的協(xié)助系統(tǒng)。提出使用LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)消防人員的動(dòng)作姿態(tài)，使用光電傳感器監(jiān)測(cè)消防員的心率血氧以及周邊氣體環(huán)境。同時(shí)，提出了一種基于超寬帶通信定位與高精度慣性元件導(dǎo)航進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的室內(nèi)消防員定位手段。最后，終端通過(guò)LoRa-170M無(wú)線系統(tǒng)上傳給移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，利用LabVIEW軟件完成了監(jiān)測(cè)上位機(jī)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其可靠性及穩(wěn)定程度。

關(guān)鍵詞： 消防救援生命體征監(jiān)測(cè) 室內(nèi)定位 LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 超寬帶技術(shù)

中圖分類號(hào)： TN98；TH7
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200231
中文引用格式： 王圣哲，王博，高鳴遠(yuǎn)，等. 基于生命體征監(jiān)測(cè)與室內(nèi)定位技術(shù)的消防員協(xié)助系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2020，46(12)：72-77.
英文引用格式： Wang Shengzhe，Wang Bo，Gao Mingyuan，et al. Aid system for firefighter based on vital signal detection and indoor location system[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(12)：72-77.

Aid system for firefighter based on vital signal detection and indoor location system

Wang Shengzhe，Wang Bo，Gao Mingyuan，Luo Liang

School of Electro-Optical Engineering，Changchun University of Science and Technology，Changchun 130000，China

Abstract： Since the development of modern technology, the number of high buildings and complex structures keeps ascending, which leads to the vital hazard of firefighters. This paper proposes a complete aid system to duel with the issues on vital signal detection and indoor location for the firefighters. In this paper, LSTM Neural Network is employed to classified the attitude and movement of the firefighter, and particular photoelectric sensors are used to detect the heard rate，blood oxygen saturation and the gas surrounded. At the meantime, this paper proposes a indoor location system based on the data fusion of the Ultra-WideBand location and the inertial navigation. Finally data above are transmitted via LoRa-170M Network to the monitoring platform which is built up with the help of LabVIEW. At the end, experiments are designed to verify the ability and stability of the system.

Key words : firefighting rescue；vital signal detection；indoor location system；LSTM neural network；Ultra-WideBand technology

0 引言

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2006年～2016年，消防員滅火救援中發(fā)生傷亡事故90余起，造成消防員傷亡300余人，備受社會(huì)大眾重視。從原因來(lái)看，我國(guó)消防人員在火場(chǎng)中主要死亡原因?yàn)榻ㄖ⒅卸尽⒈坝|電，平均死亡時(shí)間為十分鐘^[1-2]。這幾種傷亡情況如在短時(shí)間內(nèi)得到及時(shí)救援都可以使消防員存活率大大上升。

2014年，楊樹(shù)峰等人設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一套消防人員生命體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下消防員心率、呼吸率、體溫、姿態(tài)的變化^[3]，但這套系統(tǒng)沒(méi)有對(duì)定位系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于火場(chǎng)內(nèi)失聯(lián)的消防員起不到關(guān)鍵作用。同年，王慶輝、金燁等人使用433 MHz無(wú)線通信技術(shù)將消防員的實(shí)時(shí)姿態(tài)信息傳給數(shù)據(jù)收集及傳輸平臺(tái)^[4]，但是該系統(tǒng)測(cè)量的消防員體征數(shù)據(jù)不夠豐富。2016年，劉曉軍等人設(shè)計(jì)了一種消防員狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)^[5]。縱觀之前的設(shè)計(jì)，它們都缺少對(duì)消防員的定位機(jī)制，并且只能返回體征數(shù)據(jù)，而不能根據(jù)原始的體征數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和危機(jī)狀態(tài)判斷。

本文提出一種基于LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的危機(jī)狀態(tài)判斷方法，并且提出了一種針對(duì)室內(nèi)環(huán)境的融合定位方式。

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作者信息:

王圣哲，王博，高鳴遠(yuǎn)，羅亮

(長(zhǎng)春理工大學(xué) 光電工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130000)

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