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基于智能可穿戴设备感知的消防员状态监测与分析系统设计

摘要：基于智能可穿戴设备设计一种消防员状态监测与分析系统，该系统包括智能可穿戴移动终端、远程信息传输和智能可穿戴控制平台。智能可穿戴移动终端以智能手环的形式佩戴在消防员的手腕，实现消防员的生理信息、运动状态和位置信息的采集，同时具备实时通信功能，实现远程的信息交流。远程信息传输主要采用无线传输的方式实现数据的交互。智能可穿戴控制平台负责现场实时监控、消防作战规划、专业技能导航和日常人员管理等功能。该系统以智能可穿戴移动终端为载体，以无线传输方式为主干，以智能可穿戴控制平台为核心，旨在实现消防员状态监测、辅助决策信息推送、日常人员管理等功能，提升消防作战水平。

关键词：智能可穿戴移动终端;状态监测;消防作战

随着软硬件的提升，越来越多的智能设备被开发出来，例如AR眼镜、智能手环和智能头盔等[1-4]。这些智能设备可以直接佩戴身上，或者配合服装和配饰等嵌入在身体的某个部位，能够提供便携式的收集数据、信息反馈和移动计算服务。目前，可移动穿戴设备被广泛应用在各个领域[5-9]，其中包括在消防领域的广泛应用，但是相关的系统在现场实时监控、消防作战规划、专业技能导航和日常人员管理等方面存在较多问题[10-12]。文章针对消防领域，提出基于智能可穿戴设备感知的消防员状态监测与分析系统，该系统能够实时监测消防员的生理健康、运动状态和位置信息，同时提供远程交互功能，便于指挥中心的指令下达和辅助决策信息的推送，实现消防员的智能化管理，提升消防员的作战水平。

一、总体架构

基于智能可穿戴设备感知的消防员状态监测与分析系统整体架构如图1所示。该系统共分为三个模块，分别是智能可穿戴移动终端模块、远程信息传输模块和智能可穿戴控制平台模块。其中，智能可穿戴移动终端模块主要基于智能手环实现消防员的生理监测、位置定位以及日常考勤等任务。远程信息传输模块主要基于远程无线的模式将智能手环采集的数据进行远程传输。智能可穿戴控制平台模块主要对采集的数据进行收集、处理以及给出相应的应急指挥决策。

二、系统设计

该系统共包括智能可穿戴移动终端、远程信息传输和智能可穿戴控制平台三个模块实现消防员状态的监测与分析。

（一）智能可穿戴移动终端

智能可穿戴移动终端是本系统的载体，主要以智能手环为基础，利用智能手表的智能监测、GPS定位和离线上网功能对消防员进行生理信息、运动状态、位置信息的采集，同时具有远程信息交互的功能。

1.生理信息采集

由于作战现场复杂的环境，现场指挥员与远程指挥员无法观察到消防员实时的作战场景，无法根据消防一线的场景进行指挥决策。同时缺乏对消防员工作的实时监测，例如通过实时采集消防员在作战时的生理特征，可以及时进行作战决策的更新。基于现有智能手环的功能可以实时采集到消防员的体感温度和心率跳动等生理信息，通过体感温度和心率跳动可以判断消防员在作战现场的健康状态。

2.运动状态采集

运动状态的监测和采集对消防员的生命保障和日常训练具有重大意义。真实消防作战现场环境复杂且恶劣，消防员进入作战现场后可能会面临危及生命安全的突发情况，而利用智能手环的功能可根据进入作战现场消防员的运动状态实时对消防员进行监测。例如针对地下消防作战，当消防员被困且无法与指挥中心取得联系时，指挥中心会根据消防员的运动状态判断是否处于危险处境，并及时进行救援，确保消防员的自身生命安全。同时，监测消防员的日常活动可以实时收集消防员的各项体能信息，做到消防员身体状态的日常管理。此外，在日常训练的过程中，可根据收集的各项实时数据，有针对性地对消防员进行训练指导。

3.位置信息采集

作战消防员的位置信息采集能够帮助指挥员实时掌握消防员的位置动向，及时做出相应的战术指导。位置信息的采集不仅可以指导消防員的作战，而且对保障消防员的生命安全具有重要意义，例如面对复杂的作战现场，当消防员昏迷或者受伤时，利用位置信息能够快速定位消防员的位置并进行及时的搜救。同时，在日常的考核过程中，利用位置信息可以判断消防员是否到岗，根据位置判断消防员的工作状态，实现日常的考勤。

4.远程信息交互

该系统的远程信息交互主要包括消防辅助决策信息推送和消防员与指挥中心的远程交流。消防辅助决策信息的推送主要根据现有灾情信息进行消防预案的匹配，将智能辅助决策信息库中的预案信息推送给前方作战消防员。消防员通过智能可穿戴移动终端接收辅助决策信息，帮助消防员了解灾情并提供作战注意事项。同时，通过移动终端中的即时通信软件与指挥中心的指挥员进行实时通讯，实时更新指挥中心的灾情信息，并根据更新的现场实际情况给前方作战消防员提供安全警示和战术指导意见，规范作战操作，实现安全、有效的消防作战。

（二）远程信息传输

智能可穿戴移动终端和控制平台之间的数据交互主要基于无线的通信方式，数据传输的结构