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

背景技術：

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)觀光游覽可達性差等復雜性特征，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未開放路線，近10年來，全國各山地景區(qū)游客失蹤或傷亡事件屢見不鮮。復雜山地景區(qū)往往幅員廣闊，安全監(jiān)控和野外應急措施無法做到全覆蓋和實時救助，失蹤游客的搜救難度較一般景區(qū)大出近5倍。同時，遇險游客往往無法判斷自身所處準確方位和身體健康的變化狀態(tài)，貽誤了救助的最佳時機。因此，針對山地旅游安全的應急救援一直是景區(qū)管理者、游客自身、專業(yè)高山救援隊等共同面臨的技術難題。

從我國歷年山地景區(qū)應急救援的成效來看，一旦發(fā)生旅游安全事故，政府常不惜代價地投入大量人力物力實施救援，但其技術手段以傳統(tǒng)的地面搜救方式為主，這與探險活動發(fā)達的歐美國家多采用航空救援技術相比，搜救能力和效率相對低下。缺乏一套適合復雜山地景區(qū)，能夠整合導航定位和通信等先進技術，指揮救援可操作性強的立體搜救模式，是當前山地旅游安全保障面臨的主要的技術瓶頸。

隨著移動通信技術、衛(wèi)星通信技術和無人機通信技術的發(fā)展，這些通信技術的接口在逐步的開放，應用成本也逐漸降低，應急救援領域可利用這些技術來滿足應用需求。中國國土資源航空物探遙感中心牽頭研發(fā)了基于北斗導航定位的野外地質(zhì)調(diào)查作業(yè)管理與安全保障系統(tǒng)(2014)?？蓪崿F(xiàn)北斗通訊和導航信息的實時顯示、通訊歷史記錄和工作軌跡的查詢、野外工作人員的聯(lián)絡與定位等，管理部門利用該系統(tǒng)可對野外作業(yè)人員的人身安全和救援提供決策支撐。英國蘭卡斯特大學研發(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)對搜救隊進行簡報、實時位置定位和搜救隊部署，并指引搜救隊前往偏遠地區(qū)進行救援。LARS系統(tǒng)通過混合網(wǎng)絡(hybrid network)方式進行指揮部服務端和移動客戶端的通信，不同的功能模塊采用獨立的通信網(wǎng)絡方式進行數(shù)據(jù)傳輸。成都理工大學使用游客攜帶的RFID標簽和在景區(qū)內(nèi)布設讀卡器作為技術方案，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)查中的應用(李志忠，汪大明，2014年發(fā)表):中國地質(zhì)調(diào)查局組織實施的“安全生產(chǎn)管理保障系統(tǒng)”和“基于我國衛(wèi)星的野外地質(zhì)調(diào)查應用高技術產(chǎn)業(yè)化示范工程”等項目成果，不僅包含了“安全生產(chǎn)管理平臺”中北斗在應急救援中的相關應用，還包含了在野外地質(zhì)調(diào)查時北斗衛(wèi)星發(fā)揮的關鍵作用等應用?？蓪崿F(xiàn)北斗通訊和導航信息的實時顯示、通訊歷史記錄和工作軌跡的查詢、野外工作人員的聯(lián)絡與定位等，管理部門利用該系統(tǒng)可對野外作業(yè)人員的人身安全和救援提供決策支撐。

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

本發(fā)明在無人機搜救平臺和移動端游客救助App的研究基礎上，提出整合北斗定位、體征監(jiān)測及短報文通信技術，構建復雜山地景區(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，增強景區(qū)處置突發(fā)事故的應急能力提供有效途徑。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的

本發(fā)明提供了一種適用于復雜山地景區(qū)的天地空一體化協(xié)同搜救系統(tǒng)，所解決的技術問題是：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”各自獨立技術平臺的局限。

技術方案

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種適用于復雜山地景區(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，體征傳感器通過藍牙接口把檢測到的信號傳給嵌入式終端，嵌入式終端再利用通信模塊將遇險人員的地理位置信息和體征信息傳到后端服務器，進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，采用低功耗無線可穿戴式生命體征傳感器來監(jiān)測人員的體征信息，包括獲取心率、ECG和體態(tài)參數(shù)，使用中央控制器對數(shù)據(jù)進行處理并通過WiFi和RS232分別與手機和通信終端進行數(shù)據(jù)通信；通過協(xié)同搜救模式對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，用于體征信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后利用MSP430對數(shù)字信號進行濾波后，通過藍牙4.0模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出來，游客救助終端通過相匹配的藍牙模塊對數(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)，包含的搜救技術平臺分別是：北斗通信系統(tǒng)、無人機搜救系統(tǒng)和地面通信系統(tǒng)及相關信息基礎設施，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)，對景區(qū)應急救援中心的搜救資源調(diào)配、搜救信號捕獲與傳遞、救援路徑的決策和導航進行模擬，包括通信終端、服務器和顯示系統(tǒng)；通信終端對接天地空協(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，通過救援支持系統(tǒng)軟件的地圖服務器和搜救資源數(shù)據(jù)庫來處理和分析應急救援的決策信息，并將救援指令通過集成的通信系統(tǒng)反饋給搜救隊伍與被跟蹤的人員。

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，促進了搜救技術平臺的集成和協(xié)同化，形成針對復雜山地景區(qū)的旅游安全保障技術整合框架。本發(fā)明通過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，解決復雜山地景區(qū)搜救信號的傳輸問題，最后連接到后臺服務器端，處理和分析應急救援的決策信息，建立了一種復雜山地景區(qū)“天-空-地”(一體化)協(xié)同搜救及救援指揮模式。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構示意圖；

圖2為“天-空-地”協(xié)同搜救模式的工作流程圖；

具體實施方式

本發(fā)明設計并實現(xiàn)了一種復雜山地景區(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。體征傳感器通過藍牙接口把檢測到的信號傳給嵌入式終端，嵌入式終端再利用通信模塊將遇險人員的地理位置信息和體征信息傳到后端服務器，進而建立了一種“天-空-地”(一體化)協(xié)同搜救系統(tǒng)。

(1)游客救助終端，采用低功耗無線可穿戴式生命體征傳感器來監(jiān)測人員的體征信息，包括獲取心率、ECG(心電圖儀)和體態(tài)等參數(shù)，使用中央控制器對數(shù)據(jù)進行處理并通過WiFi和RS232分別與手機和通信終端進行數(shù)據(jù)通信。通過協(xié)同搜救模式對游客救助終端的整合，其關鍵技術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)，包含的搜救技術平臺分別是：北斗通信系統(tǒng)(“天基”組件)、無人機搜救系統(tǒng)(“空基”組件)和地面通信系統(tǒng)及相關信息基礎設施(“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；在無公網(wǎng)地區(qū)，對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)，可以利用無人機搜救系統(tǒng)與人員攜帶的救助終端進行數(shù)據(jù)通信，獲取相關人員地理位置和體征信息；而在地域較廣的高海拔景區(qū)，則采用北斗短報文通信方式進行搜救和導航數(shù)據(jù)的傳遞。

(3)山地旅游救援支持系統(tǒng)，對景區(qū)應急救援中心的搜救資源調(diào)配、搜救信號捕獲與傳遞、救援路徑的決策和導航進行模擬，包括通信終端、服務器和顯示系統(tǒng)等組成部分。通信終端對接“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，通過救援支持系統(tǒng)軟件的地圖服務器和搜救資源數(shù)據(jù)庫來處理和分析應急救援的決策信息，并將救援指令通過集成的通信系統(tǒng)反饋給搜救隊伍與被跟蹤的人員。

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

(1)在人員進入景區(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，景區(qū)應急救援中心通過有線或者無線網(wǎng)絡將注冊匹配好的身份識別碼存儲在救援支持系統(tǒng)駐留的服務器數(shù)據(jù)庫中。

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

(3)根據(jù)人員遇險的地理環(huán)境選擇適宜的通信方式，搜救信息的捕獲可通過地面通信系統(tǒng)、無人機搜救系統(tǒng)或北斗短報文通信系統(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，并反饋應急救援的決策信息。