现场消防员定位及指挥系统技术方案.doc

现场消防员定位暨指挥系统技术方案目录1.引言32.需求43.设计73.1.系统拓扑图73.2.框架图93.3.信息流图103.4.系统主流程：113.4.设计原则113.5.设计依据124.系统功能144.1.系统组织结构图144.2.主界面144.3.文件154.3.1.用户登入154.3.2.口令修改164.3.3.用户注销164.3.4.退出系统164.3.5.指挥台设置164.4.单兵指挥174.4.1.现场监控174.4.2.语音录音控制204.4.3.联动回溯回放204.4.4.单兵管理204.4.5.单兵终端配置214.5.楼宇建模214.5.1.重要建筑214.5.2.建筑图元214.5.3.现场建模214.5.4.现场模型保存224.5.5.动态模型完善224.6.语音管理224.6.1.语音回放224.6.2.语音存放管理224.6.3.语音文件管理224.6.4.录音参数设置234.7.图像管理234.7.1.图像回放234.7.2.图像存放管理234.7.3.图像文件管理234.8.地图管理244.8.1.地图编辑244.8.2.地图查询244.9.系统维护244.9.1.用户与权限管理244.9.2区域管理244.9.3.单兵设备管理241.引言在灾难现场进行救援作业，特别是在火灾现场，如何保障消防员进出灾难现场的安全，确定消防员在灾难现场的位置，保证对灾难现场中遇险消防人员的有效施救，保证指挥员与灾难现场消防员的有效语音通讯，回溯救灾作业全部过程，是消防灭火救援工作中亟待解决的问题。现场消防员定位暨指挥系统是根据消防工作的需求而研发具有及时性、实用性的系统。本系统采用无线自组网技术、数据通讯技术、语音通信技术、无线定位技术、RFID等世界多项先进技术手段，重点关注在复杂情况下消防员安全、救生、遇险等数据信息的实时跟踪和发布，实时记录现场的语音通讯、图像、人的运动轨迹，实现对作业现场环境及消防人员生命体征、位置信息、语音信号等多种数据的采集和实时传输并建立无线安全通道，灵活和科学消防员在灾难救援现场的安全出入和开展搜救工作。同时，现场指挥员根据这些信息给出最佳的决策。本系统事后可对作业进行全面的回溯和评价，为提升作业效率和质量提供有力的资讯保障。本系统具有高度集成、高效稳定、携带方便、操作简单、抗干扰能力强等特点。2.需求依据中华人民共和国消防法，对消防现场作业定位和指挥系统进行的分析。如下图：消防单兵定位暨指挥系统是在灾难现场的作战时，官兵的安全进出线路的设计、对直接参与作战人员安全的保障、对指挥员指挥的过程监控等系统。系统应该包含：单兵状态、现场监控指挥、作战地点，重要建筑资料、GIS。单兵状态：l 单兵图像：在进入灾难现场时，通过头盔所带有的摄像仪采集的图像并实时传回指挥台。l 单兵语音：在救灾过程中的语音通信并记录保存。l 单兵位置：通过无线定位记录单兵的所在位置和轨迹记录。也包含单兵运动速率。l 温度报警：当消防员周围气温值超出报警值，同时向指挥台和消防员进行语音报警。l 压力报警：当消防员空呼器压力达到危险值时，同时向指挥台和消防员进行语音报警。l 生命特征：当消防员遇险，在一定的时间内未发生位置移动，向消防员发出声音报警，同时向指挥台发出报警求救信号。现场监控指挥：l 语音：通过语音通信，接收消防员的语音并可以通过语音下达命令。指挥台可以群发命令，也可以单兵直接下达命令，也可以对一组战士下达命令。l 单兵位置：在指挥台上展示消防员所在位置。可选指定楼层，也可以选择多个楼层展示；可只展示处于重要场所消防人员，也可以展示所有人员，也可以只展示示单个人员。对每一个人员均可以选择是否包含有姓名的个人信息资料。l 单兵轨迹：在指挥台上展示消防员运动轨迹。可选指定楼层，也可以选择多个楼层展示；可只展示处于重要场所消防人员，也可以展示所有人员，也可以只展示示单个人员。对每一个人员均可以选择是否包含有姓名的个人信息资料。l 现场人员分布：展示所有人员所处位置，以便于紧急抢险救援的人员调动。l 现场录音：实时将语音通信进行录音，以便于对作业的评价。l 现场图像：对现场图像进行保存，以便于对作业的评价。l 报警：实时监控现场消防人员的安全特征，一旦发现消防人员安全险情，就立即启动语音报警和图像报警，同时将用语音方式给遭遇险情的人员报警。同时，迅速给出附近的人员分布情况和发出语音准备抢救信号。作战地点：l 楼宇：根据灾难现场楼宇，快速构建建筑楼宇的三维图像。建立常见建筑楼宇的图像单元（多图层组合）。采用矢量方式建模。对楼宇主要是层位分割。重点建筑楼宇具备有楼宇设计模型图（含内部结构）。采用引导式方式进行楼层各个层位显示，设计上按照多楼层画面（1-N，N108）。能够对建筑三维实行缩放、平移、旋转定位功能，实现对建筑不同部分（外墙、内部结构、消防通道、消防设备等）可视开关控制。l 地下：快速构建城市的地下管道、坑道等的二维图像。l 野外：结合GIS地图，快速显示地图。重要建筑：对重要建筑物建立三维模型。一旦发生灾难直接调用模型，以快速确定救援策略。地图：带有包含地理信息多图层地图。方便到达灾难现场的线路。现场回溯：l 现场图像：可以按照时间顺序播放图像（含视频）；也可以按照选择指定的时间段播放；也可以单帧逐步播放。l 行动轨迹：按照时间顺序展示单兵的运动轨迹，也可以多人轨迹展示。l 回放录音：可以按照时间顺序播放录音；也可以选择指定的时间段播放；也可以选择单个录音逐步播放。l 联动播放：同步展示和播放单兵运动轨迹、图像及录音。可以选择时间段播放。3.设计3.1.系统拓扑图单兵终端：l 具备有定位信息采集功能。l 具备有环境温度采集功能。无线自组网：有单兵终端无线通信设备和基站无线通信设备构建高频无线网络。高增益天线：复杂建筑环境下使用的专用天线，以保证语音、图像和数据信息完全、准确传输。基站：接收多个单兵终端发送的信息并传输到指挥台。接收指挥台发出的信息，发送给单兵终端。指挥台：l 具备有单兵信息数据处理和展示功能。l 具备有单兵轨迹和位置展示功能。l 具备有报警提示功能。l 具备有快速楼宇建模功能。3.2.框架图整个系统由单兵终端、基站、指挥台和数据层构成。单兵终端通过信息采集器和信息发射装置实现信息采集发送，通过实时语音通信完成语音通信。基站接收信息并转发给指挥台，由基站和单兵终端构建无线自组网。指挥台实现单兵定位暨现场指挥。数据层实现语音、图像和数据的保存、备份、查询。3.3.信息流图 系统数据来源有：单兵三维坐标、语音、单兵进入现场图像、现场温度、现场压力等。依据消防灭火救援业务规程，所采集的信息，经过业务处理后，主要信息将保存的数据中心。实时展示相关信息等，均以数据中心为根本，经过处理后在显示器上显示。3.4.系统主流程：3.4.设计原则需求定向原则：以提高消防部队灭火救援战斗力水平为根本目标，一切从实战需要出发。资源整合原则：充分利用“金盾工程”成果和社会资源，有效解决系统建设中的相关问题。规范性原则：采用模块化、组合化设计，符合国家标准和武警消防部队信息化建设规划。安全可靠原则：保证系统软硬件运行环境稳定可靠，而且具有较强的容错能力，确保灭火救援指挥通信网络的通畅。采取安全防护认证等措施，确保灭火救援数据信息的安全性、一致性、完整性。先进性原则：系统开发的起点要高，应用集成各种先进成熟技术，使系统在技术上达到国内领先水平。可扩展性原则：系统建设中要充分考虑到今后业务的发展和变动，以及城市的发展而导致的信息汇集、指挥调度的升级能力，便于系统改造和适时扩充。开放性原则：为政府、公安局、总队等单位的应急指挥系统开放数据、图像、语音接口，与相关联动部门构建互联互通平台。3.5.设计依据n 消防通信指挥系统设计规范GB50313n 消防通信指挥系统施工及验收规范GB50401-2007n 国家应急平台体系技术要求（试行）（国务院应急办，2007）n 武警消防部队信息化建设总体规划技术方案（中国人民武装警察消防部队，2007）n 武警消防部队信息化建设项目总体实施方案（中国人民武装警察消防部队，2008）n 地级（含）以上公安机关“三台合一”接处警系统规范（公安部200512）n 公安消防部队通信管理规定（试行）n 金盾工程安全保障体系总体设计方案n 金盾工程总体规划n 公安部关于加强公安消防部队信息化建设的意见公消2005375号n 公安部、建设部、国家计委、财政部联合下发的城市消防规划建设管理规定n 计算机站场地技术条件（GB2887）n 电子计算机机房施工及验收规范（SJ/T 30003-93）n 建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范（GBT/T 50312-2000）n 邮电部电话交换设备总技术规范书（YDN 0651997）n 程控数字用户自动电话交换机通用技术条件（GB/T 14381-93）n 数字程控调度机技术要求和测试方法（YD/T 954-1998）n 城市地理信息系统设计规范（GB/T18578-2001）n 城市警用地理信息系统标准体系（GA/Z01-2004）n 城市警用地理信息分类与代码（GA/T 491-2004）n 计算机软件开发规范（GB8566-88）n 国家其它有关行业标准、规范和要求4.系统功能4.1.系统组织结构图快捷按钮4.2.主界面菜单栏指挥台位置实时地图主界面由快捷按钮、菜单栏、实时地图和指挥台位置区域组成。快捷按钮：直接调用常用的功能，而无须在菜单栏中选择。菜单栏：系统设置的所有功能入口。实现功能：实时地图：一旦系统运行，就调用和展示当地地图。可对地图进行缩放（采用鼠标的滚轴进行）。指挥台位置：在地图上定位指挥台位置。通过GPS定位。通过开关设置可以将指挥台的轨迹保存到数据库中。语音通信连接：进入系统后，自动连接语音通信。并在状态栏显示当前状态。图像监控连接：进入系统后，自动连接图像。并在状态栏显示当前状态。数据信息连接：进入系统后，自动连接基站。并在状态栏显示当前状态。KEY验证：通过电子KEY，验证系统使用的合法性。4.3.文件 进入系统。在未登入前，系统只具备有二个功能：用户登入和退出系统。用户成功登入系统，则根据用户权限，激活对应权限的功能。4.3.1.用户登入 在用户输入正确的用户ID和口令后，根据权限表的规定，打开对应的功能，进入系统。4.3.2.口令修改 用户可以在进入系统后，更改自己的口令。口令修改完成后，提示用户下次进入系统需用新口令。4.3.3.用户注销 用户在不退出系统而不使用系统时做注销处理。注销后，系统仅保留用户登入和退出系统功能。4.3.4.退出系统 退出系统前，断开语音联系、图像连接和基站连接后，系统关闭。4.3.5.指挥台设置进行如下几个方面的设置。地图：当地地图的设置。如果在不同的城市，地区，可以通过设置关联当地的地图。轨迹：是否确定保存指挥台所处位置坐标保存。如果保存，则可以演绎指挥台的路径。语音连接：系统是否配套语音通信。有，进入系统就进行连接。没有，跳过语音连接。图像连接：系统是否配套图像采集。有，进入系统就进行联系。没有，跳过图像连接。4.4.单兵指挥 现场单兵定位暨指挥。4.4.1.现场监控界面如下：通过该界面，实现现场监控。除能够及时或实时监控到各个消防员的位置，轨迹和报警为，还能通过快捷键迅速切换语音通道和监看现场实时图像跟踪。快捷键说明：F1-F8：对应消防员1到消防员8的语音通道。如：按下F1，就能直接与消防员1通话。F12：对应全体消防员语音通道。Alt+F1- Alt+F8：对应消防员1到消防员8的实时图像显示。如：按下Alt+F1，就在图像显示界面实时播放图像。 Alt+F12：在图像显示界面播放8个消防员的实时图像。4.4.1.1.人员位置分布 可以展示所以人员的位置分布。也可以仅选择一个或多个人员分布。按钮为开关，用二色表示。红色表示不显示位置，绿色表示显示位置。当鼠标在某一个图标上点击，则图标旁显示相关消防员的当前信息（周围温度、压力、移动坐标）。4.4.1.2.人员轨迹可以展示所以人员的轨迹。也可以仅选择一个或多个人员轨迹展示。按钮为开关，用二色表示。红色表示不显示轨迹，绿色表示显示轨迹。当鼠标在某一个图标上点击，则图标旁显示相关消防员的当前信息（周围温度、压力、移动坐标）。4.4.1.3.楼宇模型处理楼宇模型处理具有四个功能：旋转、移动、放大、缩小、指定楼层的二维平面图像显示。可以直接输入楼层数指定楼层显示二维平面图，也可以再三维楼宇中，鼠标点击楼层位置显示二维平面图。旋转：以地表中心位置水平旋转。可以用鼠标来控制旋转角度，也可以用键盘某个键来控制旋转（建议可以考虑用PgUp做右旋转，PgDn做左旋转）。位移：可以用鼠标控制位移，也可以用键盘上的方向键来控制）。放大：可以用鼠标控制，也可以同键盘控制。放大按照自然数倍数放大。缩小：可以用鼠标控制，也可以同键盘控制。缩小按照自然数倍数缩小。4.4.1.4.通话快捷设置 用于设置通道与键盘关联。4.4.1.5.楼宇快速建模 已有模型：直接调用数据库的楼宇模型。 地图建模：通过三维谷歌地图，对建筑物外形采集形状，输入楼层数和层高数，建模。人工建模：选择楼宇外形（形状：长方形、多边形等）或者勾点外形后，输入楼层数和层高数，建模。图元建模：选择已经定义好的图元，通过图元组合建模。4.4.1.6.报警温度报警：当消防员周围气温值超出报警值，同时向指挥台和消防员进行语音报警。压力报警：当消防员空呼器压力达到危险值，同时向指挥台和消防员进行语音报警。生命特征：当消防员遇险，在一定的时间内未发生位置移动，向消防员发出声音报警，同时向指挥台发出报警求救信号。语音报警是当检测到危险后，自动接通有危险的消防员语音通道，通过TTS语音合成，同时向消防员和指挥台播放语音。当出现报警，则在监控画面上采用红色底色闪烁报警区和给出报警的相关信息。4.4.1.7.动态模型完善 可以根据单兵的轨迹及时添加模型图元。（如根据单兵轨迹中上楼的位置添加楼梯）；也可以根据上下楼的高度坐标及时调整各个楼层的层高等。4.4.2.语音录音控制 控制各个语音通道是否录音。可以选择全部语音录音，也可以选择部分语音录音。4.4.3.联动回溯回放 主要用于救援后现场救援作战的回放。选择好作战的名称，进行现场作战的回放。联动就是同时回放、播出单兵救援的轨迹、位置、语音、图像。回放的开始时间可以选择。回放的对象可以使全部救援人员，也可以选择单个或者几个战士作战。指挥台的指挥必须参与回放。4.4.4.单兵管理 用于消防员（单兵）的信息维护。4.4.5.单兵终端配置 单兵终端与单兵人员的匹配。4.5.楼宇建模 重要建筑、建筑图元等为提供快速建模的准备。4.5.1.重要建筑 用于重要建筑建模。根据建筑图纸等有关信息，事先在系统中建立好模型。一旦需要救援，则可以调出精确的模型。4.5.2.建筑图元 为快速建模准备的图元。例如：长方形平面，多边形平面，楼梯，等。可以在快速建模中直接调用。4.5.3.现场建模 已有模型：直接调用数据库的楼宇模型。 地图建模：通过三维谷歌地图，对建筑物外形采集形状，输入楼层数和层高数，建模。人工建模：选择楼宇外形（形状：长方形、多边形等）或者勾点外形后，输入楼层数和层高数，建模。图元建模：选择已经定义好的图元，通过图元组合建模。4.5.4.现场模型保存 将现场已经