新一代消防手环的功能分析与技术实现

宓乐壮 刘晋军 王紫崴 吴琦鸣

摘要：随着近年来工业化及城市化的迅猛发展，人口分布越来越密集，火灾的形式变得越来越复杂和危险，各类消防安全事故频发，并具有复杂性、突发性、不可预见性等特点，火灾已成为威胁人民生命财产安全的巨大隐患，也对消防员的人身安全造成了巨大威胁。为了高度契合消防救援队伍“全灾种，大应急”的任务需要，最大限度地保障消防指战员的生命安全，进而有效地保障人民生命财产安全，本文对“新一代消防手环的功能分析与技术实现”进行研究讨论。

关键词：消防手环;功能;技术

中图分类号：TU998.1       文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2021）03-0006-02

消防指战员进入火场的环境复杂多变，危险指数越来越高，加强消防指战员的个人防护显得尤其重要。现有的智能手环在性能方面还有很大的提升空间，未来消防救援队伍发展的总体趋势是面向消防指战员的防护装备而展开，因此需要在现有的智能化手环功能上做进一步提高。本项目对智能化手环进行优化，能够持久续航，遇险报警，红外线热感，抗干扰对讲，实时监测周边环境温湿度，运用高精度定位模式，配合无人机观察现场具体状况，实现海陆联动保障，新一代消防救援手环可以极大地提高救援效率，更好地服務于消防指战员，大大地提高救援人员的自身安全和保障，具有重要的研究意义。

一、研究的意义

新一代消防手环功能设计与运用的技术，目的在于提高国家综合性消防救援队伍承担着防范化解重大安全风险、应对处置各类灾害事故的能力。

自我国改革开放的政策实施之后，我国的社会发展和经济发展发生了巨大变革，国民经济取得空前迅速的发展，城市规模也随之不断壮大，可飞速发展的同时城市火灾的危害也随着城市规模的发展壮大而日趋严重。

通过查阅大量火灾事故资料，突显出我国的火灾发生的概率在逐渐提高。2003年11月3日衡阳发生的特大火灾，由于现场复杂的内外部环境因素导致多处房屋倒塌，人民群众的生命财产安全受到了严重的威胁，此次火灾造成了20名消防指战员壮烈牺牲，也有许多的消防指战员受到了不同程度的伤害;2005年8月2日，安徽马鞍山蒙牛公司仓库发生火灾，消防指战员在应对处置火灾过程中，由于现场情况的不确定性，不幸造成了3名消防指战员牺牲;2015年8·12天津港特大爆炸事故中，牺牲的消防指战员是最多的一次，有104名消防人员牺牲在这场火灾之中;2019年3月30日四川省凉山彝族自治州木里县发生森林火灾，27名消防指战员和3名当地干部在执行灭火救援中不幸牺牲。近年来消防指战员在各种抢险救援事故中牺牲和受伤的数量有所上升，改进智能手环的功能显得尤为重要，只有保障好消防指战员的生命安全，才能更有效地保障人民群众的生命财产安全。

二、功能的分析与技术实现

（一）持久续航。利用太阳光充能，并且大部分太阳能电池板的主要材料是“硅”即单晶硅是最主要的光伏材料，也是新一代消防手环为保证能够持续续航所必须用到的材料，根据资料显示单晶硅太阳能电池的光电转化率在20%左右。太阳能技术作为一种新的能源技术，将太阳能技术运用到新一代消防救援手环上是有必要的，利用太阳能手环的原理即利用人动电能和光动电能模式作为驱动，将光能转化为电能，储存在充电电池中，这样就可以避免更换电池，灾害事故中的救援任务往往要求救援装备长时间不间断工作，这就对手环的续航能力提出了较为严格的要求。通过太阳能充能的方式可以有效地解决这个问题。

（二）遇险警报。市面上大部分智能手环都具备测量心跳的功能，通过物联网技术将进入灾害事故现场的每名消防指战员的心跳频率通过消防手环的无线接收发送模式反馈给通信指挥后台，全方位了解每名消防指战员的实时状况，当遇到危险状况时，救援人员心跳频率会急剧增加，新一代消防救援手环会向通信指挥后台发送该消防指战员的心跳数据，当心跳频率增加到一定范围，手环就会发出一种警报声，消防指战员佩戴的手环会通过物联网技术将这些特殊的数据反馈给通信指挥后台，通信指挥后台通过智能移动终端确定遇险消防指战员的位置信息，从而为营救消防救援人员提供技术支持。

（三）红外线热感。我们在处置火灾事故现场，都会带上单兵热成像仪，主要用于火灾现场黑暗、浓烟环境中的搜救，单兵热成像仪可切换两种应用模式：火场或搜救模式，但是火场环境瞬息万变，我们不仅要灭火，而且还要拿单兵热成像仪，对于我们消防指战员来说很不方便，因此为了更好地符合新时代国家消防救援队伍“全灾种，大应急”的任务需求，有效地进行火场温度检测与人员生命体征信息的准确获取，新一代消防救援手环通过红外线测温与人员生命体征原理，将关键的器件，瞄准系统的设计和温度的自动调节来提高红外线热感的准确性。有效提高消防指战员快速处置的能力，可广泛应用于高层、水域等领域，在应急救援与搜索中起着不可或缺的作用。

（四）抗干扰对讲。在处置各类灾害事故现场中，通信联络显得非常重要，但是我们还不能完全做到实时对讲，实时反馈信息。我们消防队伍中使用的基本上是数字对讲机（防爆式电台）分别为350M适用范围2公里以内和850M使用范围一个区域（上海市），由于通信网络的广泛应用各种各样的电磁信号在无线空间交叉传播，造成通信环境愈加恶劣，外加人为破坏等原因，各种干扰大量存在，严重影响了通信的质量。目前是信息社会，电子通信设备量猛增，所以频带日益加宽，功率越来越大，传输速率越来越高，加之雷害日趋严重，因而受电磁干扰的威胁也逐渐增大。在进行产品设计时，对手环电子线路、结构以及硬件等采取抗干扰措施，提高消防救援人员在参与抢险救援过程中对讲的抗干扰性，以及感受体对干扰的抗扰度，通过改进减小或拦截通过耦合路径的噪声传输量。

（五）实时监测周边环境温湿度。环境温湿度的实时监测在各行各业都有广泛的应用，无论是农业、军事、气象或工业。有效监测周边环境的温湿度，实现对环境温湿度的实时监测与显示，在一定范围的温湿度条件下开展灭火救援行动，能够及时提醒救援人员在遇险时快速撤离。其主体功能有：环境温湿度的实时显示;环境温湿度超过限值时发出预警警报。

（六）远程定位及无人机勘测。无人机外形结构简单，可以在空中长时间飞行，通过远距离控制与GPS定位技术相结合的新一代消防救援手环，可以有效地保障深入火场内部的消防指战员人身安全，新一代消防救援手环的GPS定位技术是通过定位模块来定位信息，而市面上有两款智能可穿戴类GPS模块（SKG08A和SKG09A），通过对这两款模块相比较，SKG08A的尺寸要小，更符合装在新一代消防救援手环上，再通过GPRS（general packet radio service通用无线分组无线业务技术）或3G/4G/5G图传与安通信指挥后台进行通信，确定消防指战员的具体位置，通过系统的制作与设计实现一个无人机远程定位系统。通过无人机远距离控制可较早预知火场情况，为在灾害现场确定最优路径、提高救援效率、提升消防指战员灭火救援的安全系数保驾护航。

三、产品前景

新一代消防救援手环是一款穿戴式智能设备，产品面向国家综合性消防救援队伍以及各类专业应急救援队伍和社会应急力量等群体。国家综合性消防救援队伍承担着防范化解重大安全风险、应对处置各类灾害事故的重要职责。通过这款手环，救援人员之间可以实现通信实时畅通，同时，手环的设计风格也是本次创新的亮点，搭配防抗压性能，使其在水域救援方面也能展现出优良的水平，水下救援的数据反馈可以起到辅助作用。利用手环的远程监控及无人机观察定位功能，在救援人员面对山林等过火面积较大、消耗时间较长的火灾，有效掌握救援人员的实时方位。

四、结语

现阶段我国应急救援装备的智能化程度较低，难以在救援过程中协助消防指战员完成处置各种灾害事故。现有的热成像仪和单兵定位装置存在的普遍问题是功能单一，同时使用携带不便，使用时无法进行多余操作等问题。而本项目所研究的方向及其功能则较好地弥补了这些不足，新一代消防救援手环的实际应用功能比较全面，持续续航保证了电力的充足;遇险警报即是在救援人员处于危险时及时提醒;红外线热感能够有效检测生命体征信息;抗干扰对讲则是在嘈杂的救援现场实现清晰的信息通话;实时监测周边环境温湿度，为救援人员感知危险提供现实依据;远程定位及无人机勘測为人员撤退指明方向。消防救援人员的自身安全永远是应急救援的重中之重，进入火场之后亦是变化莫测，智能化救援辅助装备的重要性是不言而喻的，它能够降低救援人员在火场中的伤亡，进而提高队伍整体战斗水平。

参考文献：

[1]魏捍东，杨千红.新时代国家综合性消防救援队伍的使命与担当[J].消防科学与技术，2019，1.

[2]邓雅支.公共安全视角下消防救援队伍应急救援能力建设研究[J].济南大学，2019.

[3]白政芳.探究通讯干扰与通信干扰综合技术[J].中国新通信，2016，8.

[4]郑玲玲.习近平向国家综合性消防救援队伍授旗并致训词[J].安全与健康，2018，11.

[5]黄丽.基于单片机的环境温湿度实时检测系统的设计与实现[J].电脑知识与技术，2016，18.

[6]唐岳湘.红外线人体测温仪电路的设计[J].现代电子技术，2007，15.

[7]汤剑彬.无线资源管理[G].北京邮电大学出版社，2005：1.

[8]徐义亨.工业控制工程中的抗干扰技术[M].上海：上海科学技术出版社，2010：01.

[9]汤泽军.一种基于Android的无人机远程定位系统设计[J].科技资讯，2017，8.

作者简介：宓乐壮（1995-），男，汉族，湖北孝感人，原上海市消防救援总队特勤支队金桥站消防员，现中国消防救援学院学员三队学员。