公安部沈陽消防研究所 劉 濛 邵路偉 胡 雪

數(shù)字化單兵系統(tǒng)的概念最初是在軍事領(lǐng)域提出的，經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，數(shù)字化單兵系統(tǒng)已經(jīng)在軍事領(lǐng)域得到了成熟的應(yīng)用。而由于消防滅火救援戰(zhàn)斗的特殊性和復(fù)雜性，數(shù)字化單兵系統(tǒng)在消防領(lǐng)域的應(yīng)用和研究還處于初級(jí)階段。目前消防部隊(duì)所配備的單兵系統(tǒng)由于數(shù)字化和集成化程序不夠高，操作及攜帶不夠方便，通信方式受到網(wǎng)絡(luò)帶寬限制等多方面因素而無法在消防部隊(duì)得到普及和應(yīng)用。為了解決這一問題。在本文介紹了基于融合終端的新型數(shù)字化消防單兵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，此系統(tǒng)基于最新的技術(shù)產(chǎn)品多模融合終端研發(fā)，可以提供室外GPS定位，室內(nèi)慣性導(dǎo)航定位，消防戰(zhàn)斗員生命體征信息展示，視頻通話等功能，從而可以提高現(xiàn)場(chǎng)消防戰(zhàn)斗員的作戰(zhàn)能力和后方指揮員對(duì)滅火救援現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及快速反應(yīng)的能力。

1 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，城市規(guī)模日益擴(kuò)大，建筑結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，城市火災(zāi)頻發(fā)，而且成多樣性和復(fù)雜性發(fā)展，使得滅火救援的困難性增加，而且最近，消防隊(duì)員在滅火救援戰(zhàn)斗中犧牲的案例頻發(fā)，讓我們更加重視到消防員在滅火救援戰(zhàn)斗中的安全風(fēng)險(xiǎn)的問題。由于滅火救援現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜人員分散，并有可能會(huì)有有毒氣體，爆炸物品等高危險(xiǎn)源，因此很容易造成消防員的傷害事故，所以我們提出了新型數(shù)字化消防單兵系統(tǒng)，為前方消防戰(zhàn)斗員提升作戰(zhàn)力的同時(shí)也為他們提供安全的技術(shù)支撐。

目前消防部隊(duì)裝備的單兵系統(tǒng)裝備還是基于窄帶和無線傳輸技術(shù)開發(fā)的，整套系統(tǒng)涉及的設(shè)備數(shù)量（發(fā)射器、網(wǎng)橋、中繼器、顯示設(shè)備、集中供電電池組等）較多，并且整套裝備組裝和操作比較復(fù)雜，在現(xiàn)場(chǎng)不能夠迅速的組裝起來和直接使用。近些年，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字化設(shè)備越來越精密，越來越智能，體積也越來越小，所以消防單兵系統(tǒng)應(yīng)該融入最新的科學(xué)技術(shù)和裝備，完善上一代系統(tǒng)的缺點(diǎn)和不足，使得系統(tǒng)更加貼近消防戰(zhàn)斗員在滅火救援戰(zhàn)斗中的真實(shí)需求，這樣才能使單兵系統(tǒng)在消防滅火救援中發(fā)揮更大的作用。

2 單兵系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)單兵系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)的單兵系統(tǒng)的研究大部分都是在部隊(duì)的應(yīng)用上面，比如我國陸軍“龍族戰(zhàn)士”數(shù)字單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括單兵綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)和防護(hù)系統(tǒng)。單兵綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)又分多個(gè)子系統(tǒng)，具體包括武器子系統(tǒng)、綜合頭盔子系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)／無線電子系統(tǒng)、軟件子系統(tǒng)。消防的單兵系統(tǒng)研發(fā)是在最近這幾年才開始的，比較熟悉的是數(shù)字化消防單兵偵察與通信裝備，它是公安部上海消防研究所承擔(dān)的“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“數(shù)字化消防單兵裝備與成套化便攜應(yīng)急裝備研究”中的一項(xiàng)重要研究成果。該系統(tǒng)主要由發(fā)射、網(wǎng)橋、中繼及接收裝備組成，各組成裝備、顯示裝備、音視頻采集裝備及配件均放置在同一個(gè)加固箱體中。該系統(tǒng)初步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化單兵在消防中的應(yīng)用，但是系統(tǒng)中的裝備體積大，涉及的裝備種類比較多，集成化程度不高，對(duì)于前方消防員攜帶和在滅火救援戰(zhàn)斗中的使用不夠方便，所以我們?cè)谶\(yùn)用新技術(shù)和新設(shè)備的條件下基于融合終端設(shè)計(jì)了一套全新的數(shù)字化消防單兵系統(tǒng)，不僅解決了以前單兵系統(tǒng)裝備復(fù)雜和操作不便的問題，還加入了一些新的功能使系統(tǒng)更加完善，為消防員滅火救援戰(zhàn)斗提供更對(duì)的幫助和安全保障。

2.2 國外單兵系統(tǒng)的現(xiàn)狀

美國的“陸地勇士”單兵系統(tǒng)是運(yùn)用在軍隊(duì)上的數(shù)字化單兵系統(tǒng)，它由背負(fù)式電腦、便攜電臺(tái)、頭盔顯示器和定制步槍組成，將士兵與武器、綜合頭盔、計(jì)算機(jī)／無線電、輔助軟件以及防護(hù)服等多個(gè)子系統(tǒng)整合為一體，借助先進(jìn)的科技，大大提高了士兵的攻擊力、生存力和目標(biāo)捕獲力。

法國“ FELIN”數(shù)字化單兵系統(tǒng)由數(shù)字化無線電臺(tái)、GPS導(dǎo)航儀、微型計(jì)算機(jī)、輕武器、防彈衣等組成。它使所有士兵的單兵系統(tǒng)連接在一起，進(jìn)行無線通訊，能夠提高戰(zhàn)場(chǎng)上士兵的快速反應(yīng)力和更加準(zhǔn)確的配合力，系統(tǒng)還在頭盔內(nèi)部配備抗噪耳機(jī)和骨傳導(dǎo)麥克風(fēng)，能有效抑制戰(zhàn)場(chǎng)上的超強(qiáng)噪聲，確保在任何情況下各個(gè)單兵系統(tǒng)之間的語音通信清晰可靠。

日本研發(fā)的“高達(dá)”單兵裝備系統(tǒng)與美軍“陸地勇士”系統(tǒng)類似，該系統(tǒng)裝備了有顯示器、攝像頭和 GPS導(dǎo)航儀的綜合頭盔、敵我識(shí)別系統(tǒng)、輕型防彈衣以及新型夜視等系統(tǒng)，本系統(tǒng)更加基于信息化為基礎(chǔ)來提高士兵在戰(zhàn)場(chǎng)上的作戰(zhàn)能力和個(gè)人防護(hù)以及在整體作戰(zhàn)時(shí)的指揮力、控制力和通信能力，是相對(duì)比較先進(jìn)的數(shù)字化單兵系統(tǒng)。

綜上可以看出，各國在數(shù)字化單兵系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用都是基于作戰(zhàn)部隊(duì)使用為基礎(chǔ)的，而數(shù)字化單兵系統(tǒng)在消防戰(zhàn)斗中的應(yīng)用，還需要進(jìn)一步的研究和發(fā)展。

3 融合終端

現(xiàn)有的專網(wǎng)通信無法滿足消防部隊(duì)滅火救援在寬帶通信方面的需要。既希望保留已有投資，又希望能享受寬帶的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。行業(yè)專網(wǎng)解決方案越來越復(fù)雜，深度定制化需求越來越強(qiáng)，融合統(tǒng)一調(diào)度解決方案的需求強(qiáng)烈。

多模融合終端融合了 DMR、PDT、TETRA、MPT 等窄帶技術(shù)和4G/LTE、WLAN 等寬帶技術(shù)，并且提供了藍(lán)牙、WIFI、物理連接線接口等多種連接方式，無縫融合窄帶語音、寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。終端可兼容窄帶模擬系統(tǒng)、數(shù)字集群系統(tǒng)和公網(wǎng)寬帶系統(tǒng)。通過傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)承載語音業(yè)務(wù)，保證了關(guān)鍵語音通信的可靠性；通過寬帶公網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，滿足數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)男枨蟆Ｔ摻K端打通了窄帶和寬帶系統(tǒng)的互通，實(shí)現(xiàn)了寬窄帶資源的整合，方便統(tǒng)一管理和調(diào)度。

4 新型數(shù)字化消防單兵系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)概述

新型數(shù)字化消防單兵系統(tǒng)分為軟件部分和硬件部分。

軟件部分包括：指揮員端APP，戰(zhàn)斗員端APP和系統(tǒng)服務(wù)端。

硬件部分包括：多模融合終端、慣性導(dǎo)航模塊、生命體征檢測(cè)手環(huán)、空氣呼吸器模塊和智能眼鏡。

如下圖1所示：

圖1

4.2 戰(zhàn)斗員端功能介紹

前方戰(zhàn)斗員在多模融合終端上安裝戰(zhàn)斗員端APP，登錄APP后，戰(zhàn)斗員操作APP連接自己穿戴的智能設(shè)備如：慣性導(dǎo)航模塊，空氣呼吸器，生命體征檢測(cè)手環(huán)，智能眼鏡。戰(zhàn)斗員所穿戴智能設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)如心跳數(shù)據(jù)、壓力表數(shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)等會(huì)通過藍(lán)牙傳輸?shù)綉?zhàn)斗員的融合終端上，戰(zhàn)斗員端APP又通過藍(lán)牙傳輸?shù)街悄苎坨R上。戰(zhàn)斗員可以在佩戴的智能眼鏡上看到自己所穿戴的智能設(shè)備的使用情況和詳細(xì)信息，并且當(dāng)設(shè)備的使用情況發(fā)生異常時(shí)如空氣呼吸器壓力值小于10時(shí)會(huì)主動(dòng)的提醒戰(zhàn)斗員，使戰(zhàn)斗員對(duì)于自己的戰(zhàn)斗狀態(tài)和戰(zhàn)斗時(shí)間有及時(shí)的了解，并對(duì)滅火救援作戰(zhàn)做出及時(shí)的判斷和處理。

戰(zhàn)斗員還可以通過本APP了解到正在一起執(zhí)行任務(wù)的隊(duì)友的實(shí)時(shí)位置和作戰(zhàn)數(shù)據(jù)，并可以和隊(duì)友進(jìn)行視頻通話。當(dāng)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)發(fā)生異常時(shí)如心跳數(shù)據(jù)小于60或大于160時(shí)會(huì)主動(dòng)提醒隊(duì)友和指揮員，這樣在消防戰(zhàn)斗員發(fā)生意外時(shí)，可以及時(shí)的通知到隊(duì)友自己的位置，及時(shí)的獲得救援。

戰(zhàn)斗員也可以使用佩戴的智能眼鏡來控制融合終端的語音功能，智能眼鏡通過捕捉頭部的動(dòng)作——抬頭、低頭和搖頭并發(fā)送相應(yīng)藍(lán)牙指令到融合終端來控制融合終端的對(duì)講語音功能，方便的戰(zhàn)斗員的操作，解放了雙手，讓戰(zhàn)斗員可以更加專心的做救援工作。

4.3 指揮員端功能介紹

指揮員在融合終端上安裝指揮員端APP，登錄APP后，可以看到現(xiàn)在正在執(zhí)行的任務(wù)信息，點(diǎn)擊任務(wù)，進(jìn)入到當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)中。指揮員可以在APP中看到滅火救援任務(wù)位置的消防車輛，消防戰(zhàn)斗人員，并可以查看車輛信息和人員信息。根據(jù)救援現(xiàn)場(chǎng)情況安排調(diào)度車輛和人員。

指揮員可以查看到消防戰(zhàn)斗員的實(shí)時(shí)位置信息和作戰(zhàn)數(shù)據(jù)信息，并且可以和戰(zhàn)斗員進(jìn)行視頻通話，當(dāng)戰(zhàn)斗員的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)提醒指揮員，以便指揮員及時(shí)做出救援和滅火戰(zhàn)斗的判斷和處理，保障戰(zhàn)斗員的人身安全。

5 新型數(shù)字化消防單兵系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

及時(shí)性：可以及時(shí)的了解滅火救援現(xiàn)場(chǎng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)和消防戰(zhàn)斗員的戰(zhàn)斗數(shù)據(jù)，而且當(dāng)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)發(fā)生異常時(shí)會(huì)及時(shí)的做到提醒，可以對(duì)滅火救援現(xiàn)場(chǎng)和消防戰(zhàn)斗員的人身安全做出及時(shí)的判斷和處理。

兼容性：先進(jìn)的消防設(shè)備只要符合藍(lán)牙通信要求，都可以接入到本系統(tǒng)。隨著數(shù)字化單兵系統(tǒng)在消防領(lǐng)域的研究進(jìn)一步發(fā)展，越來越多的新技術(shù)和新設(shè)備會(huì)融入到本系統(tǒng)中，使系統(tǒng)更加的完善，與時(shí)俱進(jìn)。

易操作性：基于Android深度定制的 UI 設(shè)計(jì)，界面簡潔，操作簡便，消防員可以很快的上手使用。

6 總結(jié)

隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步以及對(duì)數(shù)字化單兵系統(tǒng)和裝備的不斷深入研究，未來數(shù)字化消防單兵系統(tǒng)將會(huì)逐步完善，為消防戰(zhàn)斗員提供更加安全的保障，同時(shí)更好的為消防部隊(duì)的信息化建設(shè)服務(wù)。