基于多源信息融合的智能消防头盔关键技术研究

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1、基于多源信息融合的智能消防头盔关键技术研究第1章绪论1.1引言现代社会高楼林立，人口稠密，公共场所拥挤不堪，城市建筑紧凑错乱。加之电力、石油、天然气等能源广泛应用，使得火灾爆炸等事故发生的概率不断增加，消防难度也与日俱增[1]。对工作在消防救援一线的消防员来说，火灾现场的突发情况随时都可能威胁到自身的生命安全，因此保护好消防员的生命安全是消防任务的首要前提。消防头盔作为消防员消防作业的必要工具之一，应该随着社会进步不断提升改进，朝着智能化的方向发展，发挥出其最大的作用，更好的保护消防员，同时满足消防

2、指挥对现场实时信息的迫切需求。传统消防头盔属于功能型消防头盔[2]，关注重点一直停留在材料和功能方面的改进和提高。消防头盔由盔壳、面罩、披肩、缓冲层等部分组成，半盔式设计。消防头盔的基本防护性能是：1、防撞击功能，保护消防员的头部安全，防止重物或其他物体击中消防员头部；2、隔热耐高温性能；3、阻燃性能；4、防静电、绝缘性能；5、反射闪光功能；6、防腐蚀、防辐射功能；以及头盔上其他零件的附加功能等。2004年，中国研制生产的新型消防头盔，外形美观，结构设计合理，重量轻、防穿刺、耐冲击、防辐射、防水、防

3、风沙、防腐蚀。帽壳采用聚碳酸酯注塑成型，内腔宽敞丰满，前额呈八字型，既可增强帽壳刚性，提高抗冲击性能，又可减轻重量。有的帽壳上还贴有荧光识别标志，便于消防员在黑暗环境中或夜间互相寻找和联络。且佩戴舒适，由于头顶采用均力网、多级调节帽圈、帽圈与下颌带与皮肤接触部位均采用柔软优质的轻羊皮材料，吸汗透气，舒适合体，适合中国人的各种头型。.........1.2国内外研究现状智能消防头盔改变了现有消防头盔的诸多弊端，弥补了不足，利用现代技术设计出既能够全面保护消防员安全，又能够及时准确地将火灾现场情况传递给

4、指挥中心的新型产品。在消防头盔领域，安全性、实用性、新材料的利用和对通信联系的重视性是国内外生产企业和专家学者的主要关注方向。目前，大多数国内厂商关于消防头盔的研制还停留在提高抗冲击强度和提高防火、防热等功能的研究上。近几年，也有少量研究机构将研究目标投放到摄像和无线通讯等功能在消防头盔的应用上，但研究成果并不成熟或缺少实际价值。浙江大学控制科学与工程系有研究在智能消防头盔[10]在矿山物联网中的应用。由于煤矿开采在我国是个高危行业，它的应用和智能消防头盔在消防救援的应用情形很相似，我们可以借鉴该研

5、究。大量事实证明，事故的原因往往是缺乏对周围信息的感知和移动通信的能力，无法及时发现危险和灾后自救。增强矿工对周围环境感知和移动通信能力，能够有效地预防灾害和提高灾变自救能力。该研究包括硬件平台和软件系统，侧重于软件的研究。下面介绍的是该智能消防头盔的网络系统[11]，矿井泛在感知物联网处于整个体系结构的中间，负责应用层和感知层的数据交换。矿井泛在感知物联网主要是指矿井下的无线通信网络。传统的矿井无线通信方式包括超低频透地通信[12]、中频感应通信、泄露电缆通信和矿用小灵通等通信技术。在该课题中，矿

6、井泛在感知物联网采用光纤环网作为骨干网络，有线/无线混合的网络结构，无线网络接入采用IEEE802.11标准[13]。应用层由通信服务器、数据库服务器和运行在监控中心的PC机上的智能头盔管理软件构成，如图1.1所示：........第2章智能消防头盔系统设计智能消防头盔的电子器件主要包括主控、传感器、摄像头、通信和电源五个基本部分，实现与人和环境的互动。以无线传感网(EMS)[19]为核心技术，在功能消防头盔中嵌入集成多种信息技术，实时感知、传输和汇聚消防员自身以及消防现场环境等信息，最大程度上满足

7、应急指挥对现场信息的需求，促进消防头盔由功能头盔向智能头盔的发展和转化，最终实现智能消防头盔的产业化和实际使用。2.1智能消防头盔信息获取与处理系统总体框架针对消防指挥与决策对消防现场的各种信息的迫切需求，开展基于物联感知的智能消防头盔的总体框架研究，主要集中在智能消防头盔的功能分析与定义，智能消防头盔的系统构成、软硬件平台，以及基于物联感知的智能消防头盔的救援现场工作流程等问题。获取的现场信息(现场环境、实时定位、体征信息)均通过WIFI无线传感网络进行传输，且智能消防服与感知路由构成的网络拓扑为

8、Adhoc模式，能够灵活地根据现场通信环境实时调整网络结构[20]。图2.1为消防现场信息应急服务系统的信息与通信拓扑图。.........2.2系统架构的实现本文所设计的智能消防头盔是一个完整的智能信息系统，集成多种传感器模块和执行器模块。智能消防头盔在传统消防头盔的物理基础上，添加电子硬件平台：硬件平台以主控制器树莓派开发板为核心，此外还有传感器、摄像头、短距通信(WIFI)模块、电源模块等。传感器将采集的信息不仅经由主控制器显示到智能头盔的有机发光二极管(OLE