基于自组网技术的消防指挥调度系统设计与实现

陈盛宣 曹佳顺

摘要：消防指挥调度系统中各个组件不仅具有自身的任务角色，而且彼此之间还能实现无缝衔接，组成一个完整系统。现对消防指挥调度系统中自组网技术的应用、设计、部署、架构等方面进行研究，并对消防指挥调度系统中各个模块的功能、協作进行阐述。

关键词：消防指挥调度系统；自组网技术；调度主机；

1 系统背景

随着城市化进程的加快，城市中建筑建设的复杂程度也越来越高，比如原本单独存在的居民区、商业区、工业区，都逐渐演变得相互交织、错综复杂，且各个区域之间的联系也越来越密切。在这种环境中，一旦发生消防事故，需要消防部门能够快速进行救援行动，并在行动前做出合理的决策[1]。但是在如此复杂的紧急状况下，单纯依靠人工很难完成复杂度高的消防作业，需要借助科技的手段来辅助完成消防作业工作的决策、监控和救援活动，通过信息化的救援管理实现消防调度、指挥等动作，通过建立救援活动中不同的调度角色来完成消防调度指挥系统的设计[2]。以此来保证消防救援活动中各个要素之间的高度协调性，保证救援的有效性和高效性。

2 系统简述

2.1  系统的应用

基于自组网技术完成消防救援活动中消防人员与指挥人员之间的通信，通常采用4G/5G的通信标准来完成整个通信活动[3]，必要时也会采用卫星微波通信技术来完成[4]，其中通信需求的实现通常采用级联的方式来完成整个消防调度指挥系统的设计，从而实现系统能够面对复杂的消防救灾环境，比如低危人员的活动区域、高危的工业区域、人口密集的居民区等环境中都可以使用消防调度指挥系统完成重大灾害的现场调度和指挥[5]。

2.2  系统的部署

在整个消防调度指挥系统的设计中，通常采用调度主机的方式来完成整个系统核心部件的部署，使其不仅能够实现公域网络的调度，还能够通过无线信息传输的方式来降低信息传出过程中的延迟，提升消防救援现场的信息反馈速度，有助于指挥人员及时作出合理的救援决策。在硬件方面每一个消防人员都需要佩戴相应的救援信息拍摄设备，尽可能实现救援人员与指挥人员之间现场信息的传输稳定性和高效性[6]。在系统的设计中将具备自组网功能的调度主机通过配置锂电池供电功能，并将其放置在消防车或者指挥车内。对每一个进入救援现场的人员配备终端设备，通过自组网技术建立由多个消防人员组成的信息通信节点，从而实现消防人员与消防救援指挥系统之间的链接，形成以“现场救援人员—现场指挥人员—后方指挥现场”为核心的区域通信网络[7]。

2.3  系统的功能

进入救援一线的消防人员都要佩戴图像采集装置，通过传感器进行信息采集从而实时地将救援一线现场图像与救援人员体征数据、位置等信息通过区域通信网络快速回传给一线指挥人员和后方的消防指挥调度系统，使其能够快速掌握救援现场信息，及时作出合理的决策，通过公网的技术标准将信息回传给后台指挥系统，从而使后方领导专家、一线指挥人员都能够通过现场的场景信息及时作出合理的救援决策[8]。

2.4  系统的特点

消防调度系统主机是整个区域网络中的核心，采用无线网络的方式在很大程度上实现了救援现场信息可视化，消防调度系统的设计提供不再需要通过公域网络来实现消防救援一线现场数据的传输，整个网络系统也不需要配置复杂的网络，做到消防调度系统能够实现即开即用。

3 系统设计方案

3.1  系统的组成

本系统的设计核心是调度主机和调度系统，并且借助自组网技术的单兵配置、语言解码、可见光采集、热成像组件、生命体征监测系统、救援人员定位等8个部分组成。

3.2  系统内各组件的功能

3.2.1  自组网调度主机

能够适应环境复杂的救灾环境，具备防水、防潮、防霉菌、防烟雾等功能。自组网调度主机不仅需要简洁的人机交互，还需要对调度主机进行有效的部署、稳定运行进行规划，实现调度平台的合理分配。通过TCO/IP协议[9]与无线自组网中的单元进行即时的信息交互，保证前方消防作战人员回传的数据具备高度的时效性，从而保证现场和后方本部的指挥人员、领导能够获取准确的信息。

3.2.2  可视化调度平台

通过Windows系统完成对调度平台可视化界面的研发，使得该系统能够传输前方现场实时的图像信息，比如可见光图像[10]、热成像仪图像[11]，并且能够接收现场传来的关于前方救援人员的生命体征数据，该数据可以实时图表的方式进行动态变化，该数据可以坐标的方式在界面中显示位置信息，同时具备语音交互功能。

3.2.3  自组网单兵组件

一线的救援人员进入现场之前，需要为每位救援人员配备专业的单兵作战装置，以保证每位一线消防人员能够在救援过程中保持稳定且安全的数据传输，以每位消防救援人员作为信息传输的节点，建立起临时的应急区域网络系统，从而实现消防救援调度平台与指挥人员、救援人员之间的联系，在搭建无线通信链路的环境中有着非常重要的意义。

3.2.4  语音编译解码组件

在整个消防救援过程中，需要通过语言信息来完成现场信息的及时反馈。该装置通常配备于消防人员的头盔中，由于消防救援现场比较嘈杂，采用骨传导的方式来完成对于语言信息的传输和收集，以此来保证消防人员和指挥人员保持持续稳定的沟通，语言信息不受现场嘈杂的影响。

3.2.5  可见光图像采集组件

可见光图像采集装置能够帮助指挥人员通过指挥调度救援系统及时掌握一线的救援现场信息，该装置通常配备于消防人员的头盔中，头盔不仅拥有信息的编译功能，还拥有相对应信息的解码功能，对于消防人员负重方面不会产生太大的负担。

3.2.6  热成像图像采集组件

消防人员佩戴热成像装置并且将此装置集成在消防人员头盔中，能够让救援现场信息在无光的环境下依然能够生成热图像，观察现场消防人员大致的救灾情况，通过伪彩色的方式来进行呈现。

3.2.7  生命体征传感器组件

对于消防救援而言，不仅要保证人民生命财产安全，也要保证消防人员的生命安全，需要为每一位现场救援人员配给生命体征传感器，实时传输消防人员的生命体征信息，通过救援指挥调度系统，实时掌握每一位救援人员的生命体征健康情况。

3.2.8  人员定位传感器组件

该装置通常配备于消防人员的救援靴中，通过为每一位救援人员配备定位传感器，将消防人员在现场的位置信息实时通过救援调度指挥系统进行传输，供指挥人员进行合理调度并及时了解一线的救援情况。

3.3  系统内部各组件设计

3.3.1  自组网调度主机

自组网调度主机系统通常包含5个模块，分别为供电模块、数据传输模块、自组网功能模块、射频功放功能模块、对外接口组件模块。在供电模块将外部的DC19V經DC/CD装置转化后，输出稳定的电压，其中电压输出的时序由供电模块的IC组件进行控制，使得自组网调度主机各个部件都能够在恰当的时间点获得对应的电压。数据处理模块采用X86架构来完成，其优势在于能够保持稳定的数据处理能力，自组网调度主机系统中各个驱动IC通过总线的形式进行连接，比如VESA主要完成数据的控制、存储和运算功能；其他各个功能模块主要完成射频信号的发送与接收功能，对信号进行调制解调。射频功放功能模块主要完成各个信号的放大功能，通过MIMO天线完成信号在各个节点中的传输，从而形成自组网内部调度通信网络系统。对外接口模块主要通过内外部通信标准的对接，将各个网络的通信对接集成到一个模块中，降低内部线路的复杂性，保持散热通道的有效性。

3.3.2  可视化调度平台

可视化调度系统主要完成对于流媒体模块、数据管理模块、业务管理模块、客户端4个模块的设计。对系统中各个图像信息、语音信息、其他数据信息通过流媒体模块进行呈现，而后通过数据模块进行对于数据资源的管理工作，最终完成对于数据的转码工作，通过建立与各个节点之间的连接，输出可视化的数据信息，后台人员可以完成对数据信息的调阅，相关角色的人员可以通过客户端完成对于数据的调阅操作。在整个系统的设计中，设置了不同的账户角色，其拥有不同的管理权限和调阅权限，通过后台可视化的登录界面完成角色的相关认证。

3.3.3  自组网单兵组件

通过FPGA技术完成对于电信号的实时处理功能，采用ATP/MSR协议来完成系统中各个通信节点的局域网络搭建，使整个系统中各个角色都能够在局域网中保持稳定的数据传输效果。

3.3.4  语音编译解码组件

在一线的消防救援现场中由于环境比较嘈杂，语音信号中会掺杂明显的噪声影响语音信号的传输，通过设计抑制噪音功能的数字化降噪功能组件，以骨传导的方式完成对于语音信息的传输和采集。

3.3.5  可见光图像采集组件

采用低功率DSP成像传感器，将图像信息通过A/D转换后传输给自组网系统，由自组网系统中的数据信号处理模块完成对于图像信号的处理，而后经过射频信号功放模块将实时的图像信息传输给各个单兵组件中。

3.3.6  热成像图像采集组件

通过采用氧化钒非制冷热成像芯片完成对于热成像图像的采集和处理，而后通过射频信号功放模块完成对于视频信号的传输和处理，最终通过有线的形式完成数据信号在单兵组件中的传输。

3.3.7  生命体征传感器组件

给每一位救援人员配备生命体征设备，将该设备放置在消防救援人员的头盔中，由头盔中的生命体征传感器完成对于消防人员生命体征相关数据，通过蓝牙技术将数据传入给自组网单兵组件中。

3.3.8  人员定位传感器组件

通过MEMS传感器来完成对于消防人员实时定位信息的处理，对于室外作业的消防人员采用GPRS的方式来完成实时定位功能，位置信息先传输给自组网单兵组件中，而后再在自组网系统中进行处理和传输。

4 系统网络架构

采用扁平化的网络架构，使得平台与数据能够更直接、高效地进行传输，在提升工作效率的同时也需要保证系统的可延伸性，系统网络架构见图1。

5 结语

基于自组网的消防指挥调度系统以实际的消防需求作为系统设计要点，在考虑到系统的可使用性和可操作性后，通过自组网技术完成对于消防工作的指挥调度，该项研究在整个消防调度网络的研究中具有一定的先进性，基于此能够为后续的消防调度系统的研究提供新的视角和方法，也能够最大限度保证消防工作的高效开展，保证自组网网络中各个角色的安全性。

参考文献：

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[2]Sun Heng，Liu Zhe，Lv Zhihan.Research on Intelligent Dispatching System Management Platform for Construction Projects Based on Digital Twin and BIM Technology[J].Advances in Civil Engineering，2022.

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[4]Modekurthy Venkata P.，Saifullah Abusayeed，Madria Sanjay.A

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[11]田赫.浅析大数据背景下如何提升消防指挥调度效能[J].中国管理信息化，2016，19（14）：158.

Design and implementation of fire command and dispatch system based on ad hoc network technology

Chen Shengxuan， Cao Jiashun

（Jiaxing Municipal Fire and Rescue Brigade， Zhejiang Jiaxing 314000）

Abstract： Each component in the fire command and dispatch system not only has its own task role， but also can realize seamless connection with each other to form a complete system. The paper studies the application， design， deployment and architecture of the ad hoc network technology in the fire command and dispatch system， and expounds the functions and cooperation of each module in the fire command and dispatch system.

Keywords： fire command and dispatch system; ad hoc network technology; dispatch host