李文利 卓丹丹 付 瓊

（八達(dá)嶺林場(chǎng)管理處，北京 102102）

森林火災(zāi)撲救，即對(duì)森林火災(zāi)采取的控制和撲滅措施，目的是使火災(zāi)造成的損失減少到最低限度，將火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的情況及時(shí)回傳到指揮中心，便于指揮中心人員了解真實(shí)的火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)情況、科學(xué)地部署撲救力量、正確地指揮調(diào)度、出色地完成森林火災(zāi)任務(wù)[1-4]。森林火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的突發(fā)情況隨時(shí)威脅森林撲火隊(duì)員人身安全，全球每年發(fā)生眾多森林撲火隊(duì)員傷亡事故，故此加強(qiáng)撲火隊(duì)員的個(gè)人防護(hù)和對(duì)森林火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)具體情況的了解和實(shí)時(shí)同指揮中心人員溝通尤為重要[5-8]。在火災(zāi)撲救中，若能實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息和撲火隊(duì)員自身信息，則撲火戰(zhàn)斗人員即能對(duì)潛在危險(xiǎn)做出及時(shí)有效的判斷，避免自身的傷亡事故發(fā)生[9-13]。同時(shí)，撲火指揮人員也能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息，作出及時(shí)有效的決策，優(yōu)化調(diào)度現(xiàn)場(chǎng)人員森林火災(zāi)撲救作業(yè)，更好的指令撲火隊(duì)員；在保障撲火隊(duì)員自身安全的前提下，使其盡最大化的減少森林資源被火災(zāi)破壞[14-15]，本文旨在通過探索和分析智能頭盔當(dāng)前在森林火災(zāi)撲救領(lǐng)域的應(yīng)用研究現(xiàn)狀，以期解決當(dāng)前森林火災(zāi)撲救活動(dòng)中林區(qū)環(huán)境視野差、協(xié)同效率低、撲救人員健康狀態(tài)無法保證等問題，提高森林火災(zāi)撲救裝備的功能性和保障性，避免撲救活動(dòng)中可能發(fā)生的火災(zāi)安全事故。

1 智能頭盔現(xiàn)狀研究

傳統(tǒng)的撲火防護(hù)頭盔還停留在被動(dòng)防護(hù)功能的層面上，缺乏信息感知和無線傳輸?shù)男畔⒒椭悄芑δ堋Ｔ诋?dāng)今互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)蓬勃發(fā)展的時(shí)代，智能撲火裝備已成為撲火行業(yè)裝備的發(fā)展趨勢(shì)，撲火現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)對(duì)智能化的信息感知和指揮調(diào)度有著強(qiáng)烈需求。撲火裝備的革新?lián)Q代將促進(jìn)其由功能型裝備向智能型裝備演化[16-20]。

2 智能頭盔總體設(shè)計(jì)

提供一種在撲火救援現(xiàn)場(chǎng)能夠感知現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息和撲火戰(zhàn)斗員自身信息，并將數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳遞給車載服務(wù)器和遠(yuǎn)程服務(wù)器，使得撲火指揮員能夠作出及時(shí)有效的決策，實(shí)現(xiàn)智能信息交互功能的智能撲火頭盔。

2.1 功能

頭盔本體位于頂部緩沖層與中部緩沖層之間的區(qū)域?yàn)殡娮友b置安裝區(qū)域，在電子裝置安裝區(qū)域內(nèi)設(shè)有主控制器、傳感器與執(zhí)行器模塊、電源模塊以及短距無線通信模塊，傳感器與執(zhí)行器模塊、電源模塊以及短距無線通信模塊均與主控制器相連，在頭盔本體位于中部緩沖層的前下方區(qū)域上裝有與主控制器相連的近紅外攝像頭及近紅外發(fā)光二極管(LED)照明模塊，主控制器還與撲火戰(zhàn)斗員頭部佩戴的生命體征探測(cè)器，以及頭盔內(nèi)部AI語音全功能，有效解放雙手，通過語音控制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程同指揮中心聯(lián)系，語音打開燈光，所述傳感器與執(zhí)行器模塊包括近紅外攝像頭、近紅外LED照明模塊、生命體傳感器、有毒氣體傳感器、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)接收機(jī)等軌跡跟蹤設(shè)備。

2.2 特征

智能頭盔通過內(nèi)嵌5GHz頻段的Wi-Fi模塊，與現(xiàn)場(chǎng)按需布設(shè)5GHz頻段的Wi-Fi無線接入點(diǎn)，以及撲火車的車載5GHz頻段的Wi-Fi路由器建立本地?zé)o線通信鏈路，組成現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)內(nèi)網(wǎng)；頭盔所用外網(wǎng)包括撲火車上搭載有4G等公眾通信無線路由器和車載服務(wù)器。車載服務(wù)器經(jīng)由4G無線路由器接入因特網(wǎng)，接入因特網(wǎng)遠(yuǎn)程服務(wù)器獲取多個(gè)智能頭盔所上傳的數(shù)據(jù)信息。

圖1 在線指揮調(diào)度平臺(tái)Fig.1 Online command and dispatch platform

3 智能頭盔優(yōu)勢(shì)簡(jiǎn)析

3.1 工作原理

智能撲火頭盔硬件系統(tǒng)由一個(gè)主控制器按需靈活擴(kuò)展多種傳感器與執(zhí)行器模塊組成。其不僅能夠獲取現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息，還能獲取撲火隊(duì)員個(gè)人資料、生命體征等信息。

3.2 工作內(nèi)容

智能頭盔配備生命體特征傳感器，實(shí)時(shí)采集人員心率、血氧含量、移動(dòng)速度等信息。指揮中心在發(fā)現(xiàn)隊(duì)員生命體征出現(xiàn)問題時(shí)，可通過無線對(duì)講與其進(jìn)行溝通，同時(shí)通過GPS定位確定位置，確保撲火隊(duì)員的生命安全。

3.3 操作及適應(yīng)性

智能撲火頭盔有完整的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)和軟件界面，車載服務(wù)器和遠(yuǎn)程服務(wù)器監(jiān)控作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)狀況和撲火戰(zhàn)斗員的自身信息。采用5GHz頻段的Wi-Fi模塊組建現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的內(nèi)網(wǎng)，擁有數(shù)據(jù)帶寬，覆蓋范圍廣，抗干擾性強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潇`活等優(yōu)勢(shì)。

4 智能頭盔在八達(dá)嶺林場(chǎng)森林火災(zāi)撲救中的應(yīng)用

4.1 撲火隊(duì)員日常訓(xùn)練中的應(yīng)用

八達(dá)嶺林場(chǎng)現(xiàn)有撲火隊(duì)員30 人。為加強(qiáng)撲火隊(duì)伍專業(yè)化、正規(guī)化建設(shè)，定期開展訓(xùn)練，采取理論與實(shí)際操作相結(jié)合，技能培訓(xùn)和實(shí)戰(zhàn)演練相結(jié)合的方式，重點(diǎn)從多方位加強(qiáng)撲火隊(duì)員的防撲火技能訓(xùn)練和體能訓(xùn)練，進(jìn)行嚴(yán)格的撲火隊(duì)列演練，在組織紀(jì)律和配合協(xié)調(diào)能力等方面給撲火隊(duì)員做內(nèi)容豐富、全面細(xì)致、貼合實(shí)戰(zhàn)的培訓(xùn)。其中就包括林火原理、火場(chǎng)形勢(shì)研判分析、撲火技能方法掌握、火場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避等內(nèi)容，以在日常訓(xùn)練中提高應(yīng)對(duì)森林火災(zāi)的快速反應(yīng)和撲救能力。在撲火技能訓(xùn)練中，可將滅火任務(wù)中常見的地表火、草塘火、灌叢火等多火場(chǎng)形式表現(xiàn)出來，提升隊(duì)伍協(xié)同作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，撲火隊(duì)長(zhǎng)、班長(zhǎng)要全面分析安全形勢(shì)，綜合評(píng)估訓(xùn)練安全風(fēng)險(xiǎn)，制定安全措施。通過模擬真實(shí)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，在噪音大，煙霧濃，無法近距離觀察周圍情況時(shí)，使用空中無人機(jī)、山頂電視檢測(cè)設(shè)備、智能頭盔等智能設(shè)備傳移動(dòng)回傳火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)畫面和信息，為指揮中心決策森林火災(zāi)撲救方案提供整體研判信息。智能頭盔實(shí)時(shí)傳送畫面且近距離直擊第一現(xiàn)場(chǎng)的可視化視頻能第一時(shí)間呈現(xiàn)在指揮者面前，發(fā)揮了“黑匣子”的作用。

4.2 森林火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)撲救演練的應(yīng)用

當(dāng)發(fā)生森林火災(zāi)時(shí)，撲火隊(duì)員抵達(dá)救援現(xiàn)場(chǎng)。撲火隊(duì)員執(zhí)行森林撲滅火任務(wù)，開啟硬件系統(tǒng)，智能頭盔內(nèi)置傳感器與執(zhí)行器開始獲取數(shù)據(jù)信息，近紅外攝像頭模塊也開始對(duì)實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)視頻信息，指揮中心可通過終端網(wǎng)頁，查看救援現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻以及其他數(shù)據(jù)信息。此時(shí)，實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)信息顯示在指揮中心屏幕上，指揮員根據(jù)信息進(jìn)行分析判斷，并通過智能頭盔語音系統(tǒng)發(fā)送指令，撲火隊(duì)員接收到指揮員命令信息，實(shí)現(xiàn)信息交互，執(zhí)行并完成現(xiàn)場(chǎng)森林撲火作業(yè)任務(wù)。

圖2 演練實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸Fig.2 Exercise real-time data transmission

5 結(jié)語

智能化可穿戴設(shè)備為森林防火工作提供了較多便利，已在業(yè)內(nèi)成為人員智能化管理不可缺少的一部分。智能頭盔設(shè)備結(jié)合人員信息，數(shù)據(jù)通過模塊傳輸將各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)街笓]中心監(jiān)控平臺(tái)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)火場(chǎng)撲火隊(duì)人員的監(jiān)測(cè)與管理，還能實(shí)現(xiàn)人員定位、安全等信息傳送，這有助于提高森林防火人員工作效率，有效保護(hù)國(guó)家森林資源安全。