一種火災(zāi)救援定位頭盔的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于消防設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種頭盔，特別涉及一種火災(zāi)救援定位 頭藍(lán)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界發(fā)展，消防安全將是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，由于火場(chǎng)救援現(xiàn) 場(chǎng)復(fù)雜，實(shí)時(shí)通信與火場(chǎng)動(dòng)態(tài)情況掌握的必要性得以凸顯，目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于消防滅火救援 現(xiàn)場(chǎng)指揮的研宄，主要集中在引進(jìn)最新消防理論與技術(shù)、實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有滅火救援體系、裝備的 技術(shù)革新，然而，現(xiàn)在的應(yīng)用現(xiàn)狀主要是消防部門(mén)采購(gòu)大量的價(jià)格昂貴的精密儀器設(shè)備，而 缺乏智能的、能夠反饋現(xiàn)場(chǎng)情況及消防人員狀態(tài)的救援裝備，無(wú)疑將增大損耗，對(duì)于加快火 場(chǎng)救援定位設(shè)備研宄，滅火現(xiàn)場(chǎng)救援和指揮，具有明確的意義，因此，開(kāi)發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn) 行成本低、實(shí)施智能定位、實(shí)時(shí)監(jiān)控、用途廣泛、功能全面的火災(zāi)救援定位頭盔具有十分重 要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低、實(shí) 施智能定位、實(shí)時(shí)監(jiān)控、用途廣泛、功能全面的火災(zāi)救援定位頭盔。
[0004] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種火災(zāi)救援定位頭盔，它包括頭盔本體，所述的頭 盔本體的上端設(shè)置有供電底板，所述的供電底板分別連接有分解功能模塊、通信模塊、定位 模塊和頭盔面罩，所述的分解功能模塊是由節(jié)點(diǎn)功能模塊、無(wú)線通信模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和 行為識(shí)別模塊組成，所述的節(jié)點(diǎn)功能模塊的輸出端與無(wú)線通信模塊連接，節(jié)點(diǎn)功能模塊的 輸入端分別與數(shù)據(jù)采集模塊和行為識(shí)別模塊連接，所述的無(wú)線通信模塊通過(guò)無(wú)線電信號(hào)連 接有上位機(jī)，所述的通信模塊是由視頻通信模塊和抗干擾語(yǔ)言識(shí)別模塊組成，所述的視頻 通信模塊為紅外線設(shè)備，所述的抗干擾語(yǔ)言識(shí)別模塊為語(yǔ)言通信設(shè)備，抗干擾語(yǔ)言識(shí)別模 塊通過(guò)無(wú)線電信號(hào)與上位機(jī)連接，所述的定位模塊通過(guò)無(wú)線電信號(hào)與上位機(jī)連接，所述的 頭盔面罩設(shè)置在頭盔本體的正側(cè)面上。
[0005] 所述的頭盔面罩為防塵防煙顯示屏。
[0006] 所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括溫濕度傳感器模塊、火焰?zhèn)鞲衅髂K、煙霧傳感器二氧 化碳傳感器模塊。
[0007] 所述的供電底板為單層PCB板。
[0008] 所述的節(jié)點(diǎn)功能模塊設(shè)置有微處理器，且節(jié)點(diǎn)功能模塊與無(wú)線通信模塊之間采用 通用異步接收/發(fā)送裝置進(jìn)行雙向通信連接，節(jié)點(diǎn)功能模塊與數(shù)據(jù)采集模塊之間采用四路 通用輸入/輸出針腳連接。
[0009] 所述的無(wú)線通信模塊包括WIFI模塊和433MHz無(wú)線通信模塊。
[0010] 所述的定位模塊為基于STM32處理器的嵌入式開(kāi)發(fā)板，定位模塊包括WIFI主模塊 和ZIGBEE輔模塊，其定位方法是基于信號(hào)強(qiáng)度算法和三邊定位算法，其中定位方法包括以 下步驟：
[0011] 步驟一：接收待測(cè)標(biāo)簽發(fā)出的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)，并傳入上位機(jī)，同時(shí)也接收各個(gè)參考標(biāo)簽 在各個(gè)AP的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)，并傳入上位機(jī)；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種火災(zāi)救援定位頭盔，它包括頭盔本體，其特征在于：所述的頭盔本體的上端設(shè) 置有供電底板，所述的供電底板分別連接有分解功能模塊、通信模塊、定位模塊和頭盔面 罩，所述的分解功能模塊是由節(jié)點(diǎn)功能模塊、無(wú)線通信模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和行為識(shí)別模塊 組成，所述的節(jié)點(diǎn)功能模塊的輸出端與無(wú)線通信模塊連接，節(jié)點(diǎn)功能模塊的輸入端分別與 數(shù)據(jù)采集模塊和行為識(shí)別模塊連接，所述的無(wú)線通信模塊通過(guò)無(wú)線電信號(hào)連接有上位機(jī)， 所述的通信模塊是由視頻通信模塊和抗干擾語(yǔ)言識(shí)別模塊組成，所述的視頻通信模塊為紅 外線設(shè)備，所述的抗干擾語(yǔ)言識(shí)別模塊為語(yǔ)言通信設(shè)備，抗干擾語(yǔ)言識(shí)別模塊通過(guò)無(wú)線電 信號(hào)與上位機(jī)連接，所述的定位模塊通過(guò)無(wú)線電信號(hào)與上位機(jī)連接，所述的頭盔面罩設(shè)置 在頭盔本體的正側(cè)面上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火災(zāi)救援定位頭盔，其特征在與：所述的頭盔面罩為防 塵防煙顯示屏。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火災(zāi)救援定位頭盔，其特征在與：所述的數(shù)據(jù)采集模塊 包括溫濕度傳感器模塊、火焰?zhèn)鞲衅髂K、煙霧傳感器二氧化碳傳感器模塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火災(zāi)救援定位頭盔，其特征在與：所述的供電底板為單 層PCB板。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火災(zāi)救援定位頭盔，其特征在與：所述的節(jié)點(diǎn)功能模塊 設(shè)置有微處理器，且節(jié)點(diǎn)功能模塊與無(wú)線通信模塊之間采用通用異步接收/發(fā)送裝置進(jìn)行 雙向通信連接，節(jié)點(diǎn)功能模塊與數(shù)據(jù)采集模塊之間采用四路通用輸入/輸出針腳連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火災(zāi)救援定位頭盔，其特征在與：所述的無(wú)線通信模塊 包括WIFI模塊和433MHz無(wú)線通信模塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火災(zāi)救援定位頭盔，其特征在與：所述的定位模塊為基 于STM32處理器的嵌入式開(kāi)發(fā)板，定位模塊包括WIFI主模塊和ZIGBEE輔模塊，其定位方法 是基于信號(hào)強(qiáng)度算法和三邊定位算法，其中定位方法包括以下步驟： 步驟一：接收待測(cè)標(biāo)簽發(fā)出的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)，并傳入上位機(jī)，同時(shí)也接收各個(gè)參考標(biāo)簽在各 個(gè)AP的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)，并傳入上位機(jī)； 接收待測(cè)標(biāo)簽發(fā)出的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)以及接受各個(gè)參考標(biāo)簽在各個(gè)AP的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)，通過(guò)信 號(hào)在傳播中的衰減來(lái)估計(jì)節(jié)點(diǎn)之間的距離，根據(jù)信道模型求解接收到待定位置的信號(hào)場(chǎng) 強(qiáng)：
式中m為路徑損耗指數(shù)，與周?chē)沫h(huán)境有關(guān)；X。是標(biāo)準(zhǔn)差為〇的正太隨機(jī)變量；Cltl是 參考距離，在室內(nèi)環(huán)境中通常取Im ^L(Clci)為參考位置的信號(hào)強(qiáng)度。 步驟二：把待測(cè)標(biāo)簽在4個(gè)AP上的場(chǎng)強(qiáng)建立成一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)矢量，同時(shí)參考標(biāo)簽也建立成 場(chǎng)強(qiáng)矢量； 步驟三：通過(guò)LANDMARC算法即通過(guò)比較待測(cè)標(biāo)簽場(chǎng)強(qiáng)矢量與參考標(biāo)簽場(chǎng)強(qiáng)的歐式距 離，找出3個(gè)歐式距離最小的參考標(biāo)簽，并得知3個(gè)參考標(biāo)簽的具體位置； 假設(shè)有η個(gè)AP，m個(gè)參考標(biāo)簽，則AP點(diǎn)接收到的待定標(biāo)簽的強(qiáng)度量P = (APpAP2,……， APn)，采集到的第t個(gè)參考標(biāo)簽的強(qiáng)度矢量為St= (S tl，St2，……，Stn)，則待定標(biāo)簽和參考 標(biāo)簽St之間的歐式距離為：
LANDMARC算法主要是通過(guò)比較不同Et來(lái)尋找與待定標(biāo)簽位置最近的參考標(biāo)簽，當(dāng)由K 個(gè)鄰近的參考標(biāo)簽來(lái)確定一個(gè)待測(cè)標(biāo)簽的時(shí)候，待定標(biāo)簽坐標(biāo)為（x，y):
其中的1和（X i，yi)分別是第i個(gè)鄰居參考標(biāo)簽的權(quán)重因子和坐標(biāo)位置， 權(quán)重越大的，E值越?。?br>步驟四：分別以已知位置的3個(gè)AP為圓心，以各個(gè)到待測(cè)標(biāo)簽的距離最近參考標(biāo)簽的 距離為半徑作圓，所得的3個(gè)圓的交點(diǎn)為D ; 設(shè)位置節(jié)點(diǎn)D (X，y)，已知A、B、C三點(diǎn)的坐標(biāo)為（X1, y)，（x2, y2)，（x3, y3)，它們到D的 距離分別是屯，d2, d3，則D的位置可以通過(guò)下列方程中的任意兩個(gè)進(jìn)行求解： (X-X1)^(Y-Y1)2= d !2 (X-X2)^(Y-Y1)2= d22 (X-X3)^(Y-Y1)2= d 32 半徑的確定，對(duì)于3個(gè)參考點(diǎn)，不再根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)決定其半徑，而是3個(gè)以參考點(diǎn) 為圓心，以最近參考標(biāo)簽之間的距離（以確定每隔幾米放置一個(gè)參考標(biāo)簽）的3/4長(zhǎng)度為 半徑做3個(gè)圓，這樣3個(gè)圓兩兩相交的可能性會(huì)增加，由于3個(gè)圓很難在同一個(gè)點(diǎn)相交，所 以對(duì)于3個(gè)圓之間的關(guān)系有3種： 3個(gè)圓兩兩相交，并且3個(gè)圓有公共區(qū)域； 3個(gè)圓兩兩相交，但沒(méi)有公共區(qū)域； 3個(gè)圓不相交； 具體關(guān)系如下： 當(dāng)3個(gè)圓有公共區(qū)域時(shí)，則公共區(qū)域必然有3個(gè)交點(diǎn)，以3個(gè)交點(diǎn)作三角形，則待測(cè)標(biāo) 簽的坐標(biāo)即是三角形內(nèi)心坐標(biāo)； 當(dāng)兩兩相交無(wú)公共區(qū)域時(shí)，必然有兩兩公共區(qū)域。取兩圓相交區(qū)域的兩個(gè)交點(diǎn)的連線 的中點(diǎn)，然后以這3個(gè)重點(diǎn)作三角形，其內(nèi)心就是待測(cè)標(biāo)簽內(nèi)心坐標(biāo)； 其中3個(gè)圓不相交時(shí)舍棄，接受下一組最近3個(gè)參考變迀，若3次還沒(méi)有找到相交情 況，即用3個(gè)參考標(biāo)簽做的位置做三角形，其內(nèi)心就是待測(cè)標(biāo)簽的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火災(zāi)救援定位頭盔，其特征在與：所述的行為識(shí)別模塊 為基于3D加速度傳感器的行為識(shí)別模塊，其行為識(shí)別包括以下步驟： 步驟一：接收數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào)，傳入上位機(jī)； 步驟二：上位機(jī)程序?qū)⑺杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行接收、數(shù)據(jù)預(yù)處理并構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)； 其中數(shù)據(jù)預(yù)處理采用了 fir濾波器對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行了濾波處理，以減少噪聲對(duì)行為 識(shí)別的影響； 步驟三：通過(guò)時(shí)域分析法、頻域分析法和時(shí)頻分析法對(duì)所得預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取， 即對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行加窗建模，將每個(gè)動(dòng)作處理為若干樣本點(diǎn)，最終構(gòu)建出特征矩陣； 其中時(shí)域分析法選取的時(shí)域特征是均值、標(biāo)準(zhǔn)差、峰度與相關(guān)系數(shù)，相關(guān)系數(shù)是衡量變 量之間線性相關(guān)程度的指標(biāo)。
頻域分析法是對(duì)三軸加速度信號(hào)的每一軸信號(hào)進(jìn)行快速FFT變換，然后對(duì)每一軸都取 其前64維的FFT系數(shù)作為FFT特征； 步驟四：對(duì)于已得到的特征矩陣，利用極限學(xué)習(xí)機(jī)ELM進(jìn)行系統(tǒng)訓(xùn)練，設(shè)定好相關(guān)參數(shù) 后，進(jìn)而將數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，獲取分類(lèi)信息，由上位機(jī)顯示所識(shí)別的行為特征，實(shí)現(xiàn)人體行為 識(shí)別功能； 極限學(xué)習(xí)機(jī)ELM采用具有L個(gè)隱節(jié)點(diǎn)的單隱層前向神經(jīng)網(wǎng)（single-hidden layer feedforward networks，SLFNs)的數(shù)學(xué)模型：
具體實(shí)現(xiàn)如下： 給定訓(xùn)練數(shù)據(jù)集Ω = {(Xp h) IxiG Rn，tf Rm，i = 1，…，N}，激活函數(shù)g :R - R， 和隱節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)L ; 1) 、隨機(jī)選取輸入權(quán)值Qi及閾值bi，i = 1，2，…N; 2) 、計(jì)算隱層輸出矩陣H ; 3) 、計(jì)算輸出權(quán)重=ZZtj1其中T=^pt2，…tN)T。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種火災(zāi)救援定位頭盔，它包括頭盔本體，頭盔本體設(shè)有供電底板，供電底板連有分解功能模塊、通信模塊、定位模塊和頭盔面罩，分解功能模塊是由節(jié)點(diǎn)功能模塊、無(wú)線通信模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和行為識(shí)別模塊組成，節(jié)點(diǎn)功能模塊輸出端與無(wú)線通信模塊連接，節(jié)點(diǎn)功能模塊輸入端與數(shù)據(jù)采集模塊和行為識(shí)別模塊連接，無(wú)線通信模塊連有上位機(jī)，通信模塊是由視頻通信模塊和抗干擾語(yǔ)言識(shí)別模塊組成，視頻通信模塊為紅外線設(shè)備，抗干擾語(yǔ)言識(shí)別模塊為語(yǔ)言通信設(shè)備，抗干擾語(yǔ)言識(shí)別模塊通過(guò)無(wú)線電信號(hào)與上位機(jī)連接，定位模塊通過(guò)無(wú)線電信號(hào)與上位機(jī)連接，頭盔面罩設(shè)在頭盔本體上，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低、實(shí)施智能定位、實(shí)時(shí)監(jiān)控、功能全面的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】A42B3-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104522926
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410779271
【發(fā)明人】毛文濤, 沈雪微, 申長(zhǎng)安, 何建樑, 郝秀召, 趙勇飛
【申請(qǐng)人】河南師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月9日