消防现场信息记录系统关键技术研究

发布时间：2020-10-09 17:46

　　随着经济的快速发展和人民生活条件的改善,电器化产品不断增加,由于用电不规范或者线路老化等问题,经常导致火灾爆炸等灾难发生,而大型建筑楼宇内部结构复杂,因此对消防救援工作提出了更高的要求。消防员作为火灾等应急救援的中坚力量,肩负着快速及时救援的重任,一旦消防员发生意外,指挥端不能得到消防员具体位置和实时情况,错过最佳营救时机,这将直接威胁消防员生命安全甚至影响整个救援工作的进度。针对以上问题本文研究了消防现场信息记录系统关键技术和设计了系统方案,该系统的研究与设计对保障消防员安全和辅助救援决策具有重要的意义。本文以消防救援工作为应用背景,研究和设计了消防救援过程中能够实时获取消防员位置、运动姿态及生命体征等信息的消防现场信息记录系统。首先根据系统实际需求对系统总体方案进行设计,然后重点对系统中消防员室内定位和姿态识别两种关键技术分析与研究,最后对系统进行测试。在综合分析了现有的室内定位技术后,选择室外辅助的RSSI定位和惯性定位两种定位技术,其中对RSSI加权质心算法进行权值修正并对信标节点的部署问题进行分析,实验结果表明,相比于未修正权值和节点优化前定位性能提高了 19.5%,惯性定位采用加速度双重积分估计位移和四元数姿态解算得到航向角实现室内定位,通过对加速度进行零偏修正和滤波处理,减少了加速度计系统误差和噪声对位移估计的影响。由于RSSI模型定位易受环境的影响,且惯性定位会随着时间的增加会出现累计误差,所以选择EKF模型对两种定位技术进行融合处理,发挥两种定位技术各自的优点,实现优势互补。其次,对人体姿态识别算法进行分析,选择BP神经网络算法对人体运动姿态进行分类识别,通过对姿态数据进行预处理、特征提取和实验测试,由测试结果可知,本文中算法能够满足姿态识别的需求。然后,对硬件系统中各功能模块选择合适的型号和相关电路设计,搭建系统软件开发平台和上位机用户界面的设计。最后,对系统的功能进行了测试并且对融合定位算法和姿态识别算法进行了实验验证。实验结果表明,本文的研究和设计能够满足系统的基本需求,具有一定的实用价值和研究意义。
【学位单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU998.1;TP212.11;TP311.52
【部分图文】：

示意图,示意图,单兵,捷联式惯导系统

逦邋西安工业大学硕士学位论文逦逦逦逡逑更高、价格更加低廉、制作工艺更加精密、应用的范围更宽广。目前陀螺的性能、漂移量越来越小以及数字计算机的进步，捷联式惯导系统开始在各个领域取代统。逡逑目前基于惯性导航的室内定位还没有实现大规模的使用，只是在军事、工程等的科研项目涉及较广。近年来由于火灾、爆炸等突发情况时常发生，引起了国家视，每年对消防领域的投入都在增加，但是消防现场情况复杂，而且大多为室内所，所以实现消防人员实时定位开发难度较大。由于消防部门的迫切需求及未来景较好，现己成为国内外专家学者及相关单位研宄的重点。单兵作战装备在一些己经有了比较成熟的发展，但是消防领域情况比较特殊，而室内定位又是急需研，目前还没有一套完整的针对消防员室内定位的设备［ＴＩ。我国作为发展中国家也索研究相关消防单兵室内定位设备，如上海消防研究所、哈工大、上海交大等研知名高校也对室内定位做了一些理论上的研宄【８］。逡逑

框图,消防信息,记录系统,体系结构

２．２惯性定位技术分析逡逑惯性导航定位技术利用惯性传感器获取相应的惯性数据，惯性传感器通常由加速度逡逑计、陀螺仪等集成构成的惯性测量器件，通过对载体加速度值、角速度值的处理后，然后逡逑结合初始条件信息就可计算得到当前行走的位移信息。陀螺仪是惯性定位中重要的元器逡逑件，通过陀螺仪能够直接测得的角速度信息是得到姿态角的基础，所以陀螺仪的校准工作逡逑和制作工艺等都会直接影响惯性器件的性能。而加速度计也是惯性定位中非常重要的传感逡逑器件，加速度计获得加速度信息的原理是通过正方体内放置的小球对各个面的挤压得到逡逑的，其中加速度的方向与小球的受力方向相反，通过对得到加速度值进行双重积分可以得逡逑到运动的位移信息。由于陀螺仪用于测量得到设备的旋转情况，加速度计测量设备的受力逡逑情况，它们只能作为姿态参考，如果想要得到准确的航行信息，一般情况需要添加磁力计逡逑对航行进行校正，为了得到较准确的姿态信息，所以通常需要把角速度信息与磁力计信息逡逑进行融合处理，以便能提高姿态估计的精度［１５］。逡逑２．２．１

实物,血氧

逡逑温度采集——？信号放大——？计算处理——？显示逡逑图２．４温度传感器工作原理图逡逑由于数字温度传感器的特点是灵敏度较高、体积小、电阻与温度变化情况成线性关系，逡逑所以本文中选择此传感器实现对人体温度的采集。与一般的温度传感器所不同的是，数字逡逑传感器使用集成芯片并且为通信接口为单总线，使用这种总线会使得线路连接更加方便、逡逑成本价格低廉、设计简单、便于总线扩展及维护而一般温度传感器多采用热敏电阻逡逑测量温度，热敏电阻可靠性较差、测量精度较低。逡逑２．５．２血氧信息应用分析逡逑血氧是指人体血液中血氧的浓度，是一种能够反映人体健康的重要生理指标。它的测逡逑量原理是通过红细胞中的血红蛋白对６６０ｎｍ的红光和９４０ｎｍ的红外光两种光的吸光程度逡逑不同，测量时使用光电传感器件固定在特殊部位测量得到血氧浓度。血氧的测量由传感器逡逑和支持电路两部分组成，其中光电传感器用于感应和吸收不同的光谱，支持电路部分需要逡逑对传感器获取的信号进行滤波、放大处理操作。经过处理后模拟信号通过ＡＤ转换得到数逡逑字信号

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