本發(fā)明涉及旅游安全技術(shù)領(lǐng)域，具體給出了一種適用于復(fù)雜山地景區(qū)的天地空一體化協(xié)同搜救系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

山地景區(qū)是旅游安全事故的多發(fā)區(qū)。由于山地景區(qū)具有地勢(shì)高亢崎嶇、人口稀少、天氣多變、交通閉塞、景區(qū)觀光游覽可達(dá)性差等復(fù)雜性特征，游客容易發(fā)生跌落或墜崖、迷路、失蹤或失聯(lián)，等旅游安全事故。因游客逃票或故意探險(xiǎn)未開(kāi)放路線，近10年來(lái)，全國(guó)各山地景區(qū)游客失蹤或傷亡事件屢見(jiàn)不鮮。復(fù)雜山地景區(qū)往往幅員廣闊，安全監(jiān)控和野外應(yīng)急措施無(wú)法做到全覆蓋和實(shí)時(shí)救助，失蹤游客的搜救難度較一般景區(qū)大出近5倍。同時(shí)，遇險(xiǎn)游客往往無(wú)法判斷自身所處準(zhǔn)確方位和身體健康的變化狀態(tài)，貽誤了救助的最佳時(shí)機(jī)。因此，針對(duì)山地旅游安全的應(yīng)急救援一直是景區(qū)管理者、游客自身、專(zhuān)業(yè)高山救援隊(duì)等共同面臨的技術(shù)難題。

從我國(guó)歷年山地景區(qū)應(yīng)急救援的成效來(lái)看，一旦發(fā)生旅游安全事故，政府常不惜代價(jià)地投入大量人力物力實(shí)施救援，但其技術(shù)手段以傳統(tǒng)的地面搜救方式為主，這與探險(xiǎn)活動(dòng)發(fā)達(dá)的歐美國(guó)家多采用航空救援技術(shù)相比，搜救能力和效率相對(duì)低下。缺乏一套適合復(fù)雜山地景區(qū)，能夠整合導(dǎo)航定位和通信等先進(jìn)技術(shù)，指揮救援可操作性強(qiáng)的立體搜救模式，是當(dāng)前山地旅游安全保障面臨的主要的技術(shù)瓶頸。

隨著移動(dòng)通信技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)和無(wú)人機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展，這些通信技術(shù)的接口在逐步的開(kāi)放，應(yīng)用成本也逐漸降低，應(yīng)急救援領(lǐng)域可利用這些技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足應(yīng)用需求。中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心牽頭研發(fā)了基于北斗導(dǎo)航定位的野外地質(zhì)調(diào)查作業(yè)管理與安全保障系統(tǒng)(2014)?？蓪?shí)現(xiàn)北斗通訊和導(dǎo)航信息的實(shí)時(shí)顯示、通訊歷史記錄和工作軌跡的查詢(xún)、野外工作人員的聯(lián)絡(luò)與定位等，管理部門(mén)利用該系統(tǒng)可對(duì)野外作業(yè)人員的人身安全和救援提供決策支撐。英國(guó)蘭卡斯特大學(xué)研發(fā)了位置感知救援系統(tǒng)(LARS,2010)。該系統(tǒng)主要用于在山區(qū)對(duì)搜救隊(duì)進(jìn)行簡(jiǎn)報(bào)、實(shí)時(shí)位置定位和搜救隊(duì)部署，并指引搜救隊(duì)前往偏遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)行救援。LARS系統(tǒng)通過(guò)混合網(wǎng)絡(luò)(hybrid network)方式進(jìn)行指揮部服務(wù)端和移動(dòng)客戶(hù)端的通信，不同的功能模塊采用獨(dú)立的通信網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。成都理工大學(xué)使用游客攜帶的RFID標(biāo)簽和在景區(qū)內(nèi)布設(shè)讀卡器作為技術(shù)方案，建立了人員定位跟蹤的情景模擬GIS系統(tǒng)。

北斗系統(tǒng)在野外地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用(李志忠，汪大明，2014年發(fā)表):中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局組織實(shí)施的“安全生產(chǎn)管理保障系統(tǒng)”和“基于我國(guó)衛(wèi)星的野外地質(zhì)調(diào)查應(yīng)用高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程”等項(xiàng)目成果，不僅包含了“安全生產(chǎn)管理平臺(tái)”中北斗在應(yīng)急救援中的相關(guān)應(yīng)用，還包含了在野外地質(zhì)調(diào)查時(shí)北斗衛(wèi)星發(fā)揮的關(guān)鍵作用等應(yīng)用?？蓪?shí)現(xiàn)北斗通訊和導(dǎo)航信息的實(shí)時(shí)顯示、通訊歷史記錄和工作軌跡的查詢(xún)、野外工作人員的聯(lián)絡(luò)與定位等，管理部門(mén)利用該系統(tǒng)可對(duì)野外作業(yè)人員的人身安全和救援提供決策支撐。

上述現(xiàn)有技術(shù)的方案只提供了在進(jìn)行人員管理和救援時(shí)，只提供了GPS等位置信息，并沒(méi)有提供人員的生命體征數(shù)據(jù)，不適用于復(fù)雜山地環(huán)境下的人員應(yīng)急救援。其次，上述系統(tǒng)是只通過(guò)北斗短報(bào)文進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，系統(tǒng)龐大、造價(jià)昂貴并且信息傳遞量小，同時(shí)，北斗短報(bào)文信號(hào)受四周環(huán)境影響較為明顯(如山勢(shì)地形的阻擋)。在山地地區(qū)，一般情況下往往無(wú)法快速確定遇險(xiǎn)人員位置，無(wú)法有效穩(wěn)定地傳輸數(shù)據(jù)；且與本發(fā)明技術(shù)方案相比較具有本質(zhì)不同，也存在顯著的領(lǐng)域適用性缺陷，不適用于復(fù)雜山地景區(qū)應(yīng)急救援與指揮行動(dòng)決策。

本發(fā)明在無(wú)人機(jī)搜救平臺(tái)和移動(dòng)端游客救助App的研究基礎(chǔ)上，提出整合北斗定位、體征監(jiān)測(cè)及短報(bào)文通信技術(shù)，構(gòu)建復(fù)雜山地景區(qū)“空-天-地”協(xié)同搜救模式及救援支持系統(tǒng)。發(fā)明成果可為降低山地救援成本，提高協(xié)同搜救效率，增強(qiáng)景區(qū)處置突發(fā)事故的應(yīng)急能力提供有效途徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的

本發(fā)明提供了一種適用于復(fù)雜山地景區(qū)的天地空一體化協(xié)同搜救系統(tǒng)，所解決的技術(shù)問(wèn)題是：在高度集成的救援支持系統(tǒng)輔助下，能夠有效規(guī)避“空/天/地”各自獨(dú)立技術(shù)平臺(tái)的局限。

技術(shù)方案

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種適用于復(fù)雜山地景區(qū)的天地空一體化協(xié)同搜救系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括三部分：(1)協(xié)同搜救模式的游客救助終端，(2)天地空協(xié)同搜救通信集成系統(tǒng)，(3)山地旅游救援支持系統(tǒng)；游客救助終端包含體征傳感器、嵌入式終端和天地空通信模塊，體征傳感器通過(guò)藍(lán)牙接口把檢測(cè)到的信號(hào)傳給嵌入式終端，嵌入式終端再利用通信模塊將遇險(xiǎn)人員的地理位置信息和體征信息傳到后端服務(wù)器，進(jìn)而建立了一種天地空一體化協(xié)同搜救系統(tǒng)。

作為優(yōu)選，(1)游客救助終端，采用低功耗無(wú)線可穿戴式生命體征傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)人員的體征信息，包括獲取心率、ECG和體態(tài)參數(shù)，使用中央控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并通過(guò)WiFi和RS232分別與手機(jī)和通信終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；通過(guò)協(xié)同搜救模式對(duì)游客救助終端的整合，體征傳感器內(nèi)置12位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，用于體征信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后利用MSP430對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波后，通過(guò)藍(lán)牙4.0模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出來(lái)，游客救助終端通過(guò)相匹配的藍(lán)牙模塊對(duì)數(shù)據(jù)接收，利用STM32處理并發(fā)射。

作為優(yōu)選，(2)天地空協(xié)同搜救通信集成系統(tǒng)，包含的搜救技術(shù)平臺(tái)分別是：北斗通信系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)搜救系統(tǒng)和地面通信系統(tǒng)及相關(guān)信息基礎(chǔ)設(shè)施，根據(jù)山地景區(qū)的地形地貌特征選擇合適的通信系統(tǒng)集成方式，利用景區(qū)地面已經(jīng)構(gòu)建起的通信系統(tǒng)作為公網(wǎng)覆蓋區(qū)域的搜索救援通信傳輸鏈路。

作為優(yōu)選，(3)山地旅游救援支持系統(tǒng)，對(duì)景區(qū)應(yīng)急救援中心的搜救資源調(diào)配、搜救信號(hào)捕獲與傳遞、救援路徑的決策和導(dǎo)航進(jìn)行模擬，包括通信終端、服務(wù)器和顯示系統(tǒng)；通信終端對(duì)接天地空協(xié)同搜救通信系統(tǒng)獲取被跟蹤人員的地理位置和體征信息，通過(guò)救援支持系統(tǒng)軟件的地圖服務(wù)器和搜救資源數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)處理和分析應(yīng)急救援的決策信息，并將救援指令通過(guò)集成的通信系統(tǒng)反饋給搜救隊(duì)伍與被跟蹤的人員。

本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明提出架構(gòu)多維度的立體搜救模式，以救援輔助信息系統(tǒng)為決策指揮樞紐，促進(jìn)了搜救技術(shù)平臺(tái)的集成和協(xié)同化，形成針對(duì)復(fù)雜山地景區(qū)的旅游安全保障技術(shù)整合框架。本發(fā)明通過(guò)前端體征傳感器獲取生命體征信息，利用“天-空-地”協(xié)同搜救通信系統(tǒng)建立穩(wěn)定可靠的通信鏈路，解決復(fù)雜山地景區(qū)搜救信號(hào)的傳輸問(wèn)題，最后連接到后臺(tái)服務(wù)器端，處理和分析應(yīng)急救援的決策信息，建立了一種復(fù)雜山地景區(qū)“天-空-地”(一體化)協(xié)同搜救及救援指揮模式。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為“天-空-地”協(xié)同搜救模式的工作流程圖；

具體實(shí)施方式

本發(fā)明設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種復(fù)雜山地景區(qū)“天-空-地”(一體化)協(xié)同搜救及救援指揮模式。如圖1所示，該系統(tǒng)包括三部分：(1)協(xié)同搜救模式的游客救助終端，(2)“天-空-地”協(xié)同搜救通信集成系統(tǒng)，(3)山地旅游救援支持系統(tǒng)。

游客救助終端包含體征傳感器、嵌入式終端和天地空通信模塊。體征傳感器通過(guò)藍(lán)牙接口把檢測(cè)到的信號(hào)傳給嵌入式終端，嵌入式終端再利用通信模塊將遇險(xiǎn)人員的地理位置信息和體征信息傳到后端服務(wù)器，進(jìn)而建立了一種“天-空-地”(一體化)協(xié)同搜救系統(tǒng)。

(1)游客救助終端，采用低功耗無(wú)線可穿戴式生命體征傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)人員的體征信息，包括獲取心率、ECG(心電圖儀)和體態(tài)等參數(shù)，使用中央控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并通過(guò)WiFi和RS232分別與手機(jī)和通信終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通過(guò)協(xié)同搜救模式對(duì)游客救助終端的整合，其關(guān)鍵技術(shù)是利用中央控制器和高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器將游客體征異常數(shù)據(jù)及定位信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)發(fā)射。

(2)“天-空-地”協(xié)同搜救通信集成系統(tǒng)，包含的搜救技術(shù)平臺(tái)分別是：北斗通信系統(tǒng)(“天基”組件)、無(wú)人機(jī)搜救系統(tǒng)(“空基”組件)和地面通信系統(tǒng)及相關(guān)信息基礎(chǔ)設(shè)施(“地基”組件，含游客救助終端等)。根據(jù)山地景區(qū)的地形地貌特征選擇合適的通信系統(tǒng)集成方式。利用景區(qū)地面已經(jīng)構(gòu)建起的通信系統(tǒng)作為公網(wǎng)覆蓋區(qū)域的搜索救援通信傳輸鏈路；在無(wú)公網(wǎng)地區(qū)，對(duì)于搜索救援的信息傳遞選擇其他通信方式。比如，在一些低落差的山區(qū)，可以利用無(wú)人機(jī)搜救系統(tǒng)與人員攜帶的救助終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，獲取相關(guān)人員地理位置和體征信息；而在地域較廣的高海拔景區(qū)，則采用北斗短報(bào)文通信方式進(jìn)行搜救和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的傳遞。

(3)山地旅游救援支持系統(tǒng)，對(duì)景區(qū)應(yīng)急救援中心的搜救資源調(diào)配、搜救信號(hào)捕獲與傳遞、救援路徑的決策和導(dǎo)航進(jìn)行模擬，包括通信終端、服務(wù)器和顯示系統(tǒng)等組成部分。通信終端對(duì)接“天-空-地”協(xié)同搜救通信系統(tǒng)獲取被跟蹤人員的地理位置和體征信息，通過(guò)救援支持系統(tǒng)軟件的地圖服務(wù)器和搜救資源數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)處理和分析應(yīng)急救援的決策信息，并將救援指令通過(guò)集成的通信系統(tǒng)反饋給搜救隊(duì)伍與被跟蹤的人員。

“天-空-地”協(xié)同搜救模式的工作流程設(shè)計(jì)如圖2所示，方案步驟如下：

(1)在人員進(jìn)入景區(qū)前登記其身份證信息，發(fā)放與身份證信息相匹配的游客救助終端。同時(shí)，景區(qū)應(yīng)急救援中心通過(guò)有線或者無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將注冊(cè)匹配好的身份識(shí)別碼存儲(chǔ)在救援支持系統(tǒng)駐留的服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中。

(2)野外人員處于被實(shí)施跟蹤的狀態(tài)時(shí)，所攜帶的游客救助終端通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將地理位置信息和體征信息發(fā)送給救援指揮系統(tǒng)。當(dāng)人員出現(xiàn)被困、迷路、失蹤等旅游安全問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)遇險(xiǎn)人員注冊(cè)的時(shí)間及景區(qū)地理信息等資料，判斷其遭遇的險(xiǎn)情程度和所處區(qū)域。

(3)根據(jù)人員遇險(xiǎn)的地理環(huán)境選擇適宜的通信方式，搜救信息的捕獲可通過(guò)地面通信系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)搜救系統(tǒng)或北斗短報(bào)文通信系統(tǒng)傳遞。救援支持系統(tǒng)再根據(jù)匯總的多維搜救信息進(jìn)行綜合判別，在顯示屏上輸出搜救定位和救援路徑規(guī)劃，并反饋應(yīng)急救援的決策信息。