專利名稱：基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法與系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法與系統，屬于通訊技術領域。
背景技術：
近年來，受極端天氣、地震及工程建設等因素的影響，各種自然災害對人類造成的重大傷亡和財產損失不斷加重。由于災后緊急搜救技術水平對于減輕災害損失具有極其重要的意義，因此提高并完善救災體系受到各個國家的廣泛重視。目前國內外投入使用的搜救系統主要有四種光學型、音頻型、紅外型、雷達型。光學型搜救系統利用可以任意彎曲的金屬蛇皮管使前端的鏡頭通過建筑物廢墟的縫隙觀察廢墟下的情況并將圖像傳回，但是這種搜救系統探測距離短，而且在廢墟無縫隙時無法使用；音頻型搜救系統采用高靈敏度拾音器加上高倍信號放大、特殊濾波技術等偵聽廢墟下是否有幸存者的呼吸聲、呻吟聲或者敲擊聲等音頻和振動信息，從而發現被掩埋在廢墟下面的人，但是該系統要求在比較安靜的環境下使用才能獲得較好的效果，測量精確度低，搜救效率也較低；紅外搜救系統利用紅外輻射測量生命體溫，可以不必接觸被測生命體，測量距離遠到幾十米，但是該系統受環境影響較大，測量精確度低；雷達搜救系統是近年來研究的熱點，該搜救系統發射高頻電磁波被人體進行呼吸或者心跳運動的胸廓表面反射，利用這些波動造成的反射波相位差來解析出心跳或呼吸等微弱信號，從而發現被掩埋的生命， 但是在實際救援時，廢墟下的不明情況或者現場的各種干擾信號使得判別是否存在及其微弱的生命信息非常困難，測量精確度低。另外還有一種使用較多的搜救系統，它是利用需救助者隨身攜帶的手機、PDA或者帶有通信功能的計算機筆記本等電子設備作為終端，探測儀通過解調手機用戶的擴頻碼或者通過溫度探測來判斷是否有幸存者。但是需救助者隨身攜帶的這類電子設備體積相對較大，在災害發生時容易損壞；另外由于災后通信中斷，可能導致搜救系統不能發揮作用；對于礦井而言，地下一定的深度，可能手機等信號不能覆蓋，那么也將影響搜救的效率。此外，上述電子產品造價不便宜，不可能每個人都攜帶；需救助人員攜帶的電子設備需要額外的供電電源，存在能量耗盡的問題，如果能量耗盡的話，那么地上搜救系統就接收不到信號，會直接導致搜救效率大大降低；另外在礦難中，如果氣體濃度過高，一定的電流還可能會引發爆炸。因此，如何設計搜救效率高、測量范圍寬、造價成本低，不受災后環境影響和能量限制的搜救系統成為研究的重點。
發明內容
本發明的目的在于，提供基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法與系統，它可以擴大搜救系統的測量范圍，并且使得搜救系統不受災后環境影響和能量限制，測量精確度提高，造價成本降低，同時大大提高搜救效率。
為解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法，包括以下步驟Si，搜救信號發射機產生強度可調的中高頻信號；S2，求救信號發生器接收該中高頻信號并將其轉換為電能，驅動求救信號發生器發出指定頻率的中高頻求救信號；S3，求救信號識別定位儀對中高頻求救信號進行無縫捕捉并確定需救助人員的方位和距離。前述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法中，步驟Sl所述的強度可調的中高頻信號，其中可根據不同環境采用手動、有線或無線的方式來調整中高頻信號的強度， 從而保證搜救人員進行的搜救測量范圍寬，不受環境限制。前述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法中，步驟S2所述的求救信號發生器包括信號接收裝置、能量采集裝置和求救信號產生裝置，在求救信號發生器中設置能量采集裝置，將搜救信號發射機產生的一定頻段的中高頻信號轉換為直流電，驅動求救信號產生裝置產生求救信號，從而使得只要有搜救信號發射機產生的中高頻信號，處于災難中的需救助人員攜帶的求救信號發生器就能接收到該信號并發出求救信號，而不必擔心求救信號發生器的能量問題，從而可保證需救助人員被救的及時性。另外，求救信號發生器在未接收到搜救信號發射機產生的一定頻段的中高頻信號時，求救信號發生器處于無電待機狀態，從而大大降低了在氣體濃度過高的情況下發生爆炸的可能性。前述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法中，所述的信號接收裝置包括天線和濾波裝置，其中，濾波裝置用于將其他頻段的無線信號過濾掉，使得信號接收裝置只接收指定頻段的搜救信號，從而使得需救助人員攜帶的求救信號發生器獲取準確的搜救信號后作出響應，保證了搜救的目標性更強。前述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法中，所述的能量采集裝置包括阻抗匹配及濾波電路和整流電路，阻抗匹配及濾波電路使得傳輸不會產生反射，所有能量都被負載吸收，避免了在傳輸中的能量損失，同時能夠抑制諧波的產生；整流電路將天線接收到的無線信號能量轉換為直流電，從而驅動求救信號產生裝置產生求救信號；該能量采集裝置適用于除收音機使用頻段的任一中高頻段。所述的能量采集裝置也可采用現有的芯片來實現，該芯片的最佳工作頻段是 902-928MHZ，與工作在其他頻段相比，其能量轉換效率提高了約10 %。前述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法中，步驟S3中所述的求救信號識別定位儀包括天線、識別器和監視器，所述的識別器通過采用實時并行計算的方式將中高頻求救信號無縫捕捉到內存中并進行頻譜分析，從而保證了求救信號識別定位儀接收中高頻求救信號的及時性。前述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法中，步驟Sl所述的搜救信號發射機采用中高頻信號發生器芯片和天線。實現前述方法的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救系統，包括搜救信號發射機、求救信號發生器和求救信號識別定位儀。其中，搜救信號發射機和求救信號識別定位儀稱為地上搜救系統；求救信號發生器稱為地下求救系統。
搜救信號發射機可產生強度可調的中高頻信號，所述的強度可調的中高頻信號， 可根據不同環境采用手動、有線或無線的方式來調整中高頻信號的強度，從而保證搜救人員進行的搜救測量范圍寬，不受環境限制。前述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救系統中，所述的求救信號發生器包括信號接收裝置、能量采集裝置和求救信號產生裝置，在求救信號發生器中設置能量采集裝置，將搜救信號發射機產生的一定頻段的中高頻信號轉換為直流電，驅動求救信號產生裝置產生求救信號，從而使得只要有搜救信號發射機產生的中高頻信號，處于災難中的需救助人員攜帶的求救信號發生器就能接收到該信號并發出求救信號，而不必擔心求救信號發生器的能量問題，從而可保證需救助人員被救的及時性。另外，求救信號發生器在未接收到搜救信號發射機產生的一定頻段的中高頻信號時，求救信號發生器處于無電待機狀態， 從而大大降低了在氣體濃度過高的情況下發生爆炸的可能性。前述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救系統中，所述的信號接收裝置包括 天線和濾波裝置，其中，濾波裝置用于將其他頻段的無線信號過濾掉，使得信號接收裝置只接收指定頻段的搜救信號，從而使得需救助人員攜帶的求救信號發生器獲取準確的搜救信號后作出響應，保證了搜救的目標性更強。前述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救系統中，所述的能量采集裝置包括 阻抗匹配及濾波電路和整流電路，阻抗匹配及濾波電路使得傳輸不會產生反射，所有能量都被負載吸收，避免了在傳輸中的能量損失，同時能夠抑制諧波的產生；整流電路將天線接收到的無線信號能量轉換為直流電，從而驅動求救信號產生裝置產生求救信號；該能量采集裝置適用于除收音機使用頻段的任一中高頻段。所述的能量采集裝置也可采用現有的芯片來實現，該芯片的最佳工作頻段是 902-928MHZ，與工作在其他頻段相比，其能量轉換效率提高了約10 %。前述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救系統中，所述的求救信號識別定位儀包括天線、識別器和監視器，所述的識別器通過采用實時并行計算的方式將中高頻求救信號無縫捕捉到內存中并進行頻譜分析，從而保證了求救信號識別定位儀接收并分析中高頻求救信號的及時性。前述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救系統中，所述的搜救信號發射機采用中高頻信號發生器芯片和天線。與現有技術相比，本發明是基于求救信號發生器組成的傳感器網絡的搜救系統， 由于傳感器網絡的自組織性較強，因此本發明中的搜救系統受外界環境的影響較小。另外， 本發明中的搜救信號發射機、求救信號發生器及求救信號識別定位儀都是基于中高頻無線信號的，中頻信號繞射能力強，高頻信號穿透能力強，較其他現有搜救方式受環境影響較小，并且搜救信號發射機發射的無線搜救信號強度可調，可根據實際災后環境進行調整，因而本發明相對于現有技術而言可以擴大搜救測量范圍，并且不受災后環境影響，測量精確度提高，同時大大提高了搜救效率；另外，本發明是基于自助傳感器網絡的即基于地下求救系統作為節點所組成的傳感器網絡的，本發明中的地下求救系統不需要額外的供電系統， 可以將無線中高頻信號能量轉換為電能，驅動求救信號發生器發出指定頻率的中高頻求救信號，從而只要有搜救信號發射機產生的中高頻信號，處于災難中的需救助人員攜帶的求救信號發生器就能接收到該信號并發出求救信號，而不必擔心求救信號發生器的能量問題，從而保證了需救助人員被救的及時性。此外，由于集成電路的飛速發展，搭建相應電路可實現求救信號發生器的功能，求救信號發生器可做的很小，成本低，便于攜帶，在未接收到搜救信號發射機產生的一定頻段的中高頻信號時，求救信號發生器處于無電待機狀態， 從而大大降低了在氣體濃度過高的情況下發生爆炸的可能性。此外，所述的能量采集裝置包括阻抗匹配及濾波電路和整流電路，阻抗匹配及濾波電路使得傳輸不會產生反射，所有能量都被負載吸收，避免了在傳輸中的能量損失，同時能夠抑制諧波的產生；整流電路將天線接收到的無線信號能量轉換為直流電，從而驅動求救信號產生裝置產生求救信號；該能量采集裝置適用于除收音機使用頻段的任一中高頻段。所述的能量采集裝置也可采用現有的芯片來實現，該芯片的最佳工作頻段是902-928MHZ，與工作在其他頻段相比，其能量轉換效率提高了約10%。再次，搜救信號發射機產生強度可調的中高頻信號，可根據不同環境采用手動、有線或無線的方式來調整中高頻信號的強度，從而進一步保證了搜救人員進行的搜救測量范圍寬，不受環境限制。再次，本發明中的信號接收裝置包括天線和濾波裝置，其中，濾波裝置用于將其他頻段的無線信號過濾掉，只接收指定頻段的搜救信號，從而使得需救助人員攜帶的求救信號發生器獲取準確的搜救信號后作出響應，搜救人員根據該中高頻求救信號進行搜救，從而保證了搜救的目標性更強。最后，本發明中的所述的求救信號識別定位儀包括天線、識別器和監視器，所述的識別器通過采用實時并行計算的方式將中高頻求救信號無縫捕捉到內存中并進行頻譜分析，從而保證了求救信號識別定位儀接收中高頻求救信號的及時性。
圖1是本發明的一種實施例的結構示意圖；圖2是本發明的一種實施例中信號接收裝置的結構示意圖；圖3是本發明的一種實施例中能量采集裝置的結構示意圖；圖4是本發明的一種實施例的工作流程圖。下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的說明。
具體實施例方式
具體實施例方式基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法，包括以下步驟Si，搜救信號發射機產生強度可調的中高頻信號；S2，求救信號發生器接收該中高頻信號并將其轉換為電能，驅動求救信號發生器發出指定頻率的中高頻求救信號；S3，求救信號識別定位儀對中高頻求救信號進行無縫捕捉并確定需救助人員的方位和距離。上述方法中，步驟Sl所述的強度可調的中高頻信號，其中可根據不同環境采用手動、有線或無線的方式來調整中高頻信號的強度，即可以通過手動的在面板或者界面上調整參數、通過有線或者無線的方式修改軟件程序，進而調整發射信號強度，其中所述的修改軟件程序是指設計幅度可調的信號發生器，從而保證搜救人員進行的搜救測量范圍寬，不受環境限制。上述方法中，步驟S2所述的求救信號發生器包括信號接收裝置、能量采集裝置和求救信號產生裝置，其中，求救信號產生裝置可采用中高頻信號發生器芯片，在求救信號發生器中設置能量采集裝置，將搜救信號發射機產生的一定頻段的中高頻信號轉換為直流電，驅動求救信號產生裝置產生求救信號，從而使得只要有搜救信號發射機產生的中高頻信號，處于災難中的需救助人員攜帶的求救信號發生器就能接收到該信號并發出求救信號，而不必擔心求救信號發生器的能量問題，從而可保證需救助人員被救的及時性。另外， 求救信號發生器在未接收到搜救信號發射機產生的一定頻段的中高頻信號時，求救信號發生器處于無電待機狀態，從而大大降低了在氣體濃度過高的情況下發生爆炸的可能性。上述方法中，所述的信號接收裝置包括天線和濾波裝置，其中，所述的天線可采用匹配阻抗為50歐姆的天線，濾波裝置用于將其他頻段的無線信號過濾掉，使得信號接收裝置只接收指定頻段的搜救信號，從而使得需救助人員攜帶的求救信號發生器獲取準確的搜救信號后作出響應，保證了搜救的目標性更強。上述方法中，所述的能量采集裝置包括阻抗匹配及濾波電路和整流電路，阻抗匹配及濾波電路使得傳輸不會產生反射，所有能量都被負載吸收，避免了在傳輸中的能量損失，同時能夠抑制諧波的產生；整流電路將天線接收到的無線信號能量轉換為直流電，從而驅動求救信號產生裝置產生求救信號；該能量采集裝置適用于除收音機使用頻段的任一中高頻段。所述的能量采集裝置也可采用現有的芯片來實現，該芯片的最佳工作頻段是 902-928MHZ，與工作在其他頻段相比，其能量轉換效率提高了約10 %。上述方法中，步驟S3中所述的求救信號識別定位儀包括天線、識別器和監視器， 其中，天線可采用貼片天線；監視器可采用LCD液晶顯示器；識別器是指頻譜儀，識別器中包括多個數字信號處理器，所述的識別器通過利用多個數字信號處理器進行實時并行計算，將中高頻求救信號無縫捕捉到內存中并進行頻譜分析，從而保證了求救信號識別定位儀接收中高頻求救信號的及時性。由于求救信號發生器發射的是指定頻率的中高頻信號， 頻率是已知的，因此當頻譜儀采集到數據后，通過頻譜分析，可以確定是否是指定的求救信號。確定是求救信號后，可采用基于能量的測距方法和定位法來確定需救助人員的距離和方位。上述方法中，步驟Sl所述的搜救信號發射機采用中高頻信號發生器芯片和天線，其中可采用匹配阻抗為50歐姆的天線。實現上述方法的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救系統，如圖1所示，包括搜救信號發射機、求救信號發生器和求救信號識別定位儀。其中，搜救信號發射機和求救信號識別定位儀稱為地上搜救系統；求救信號發生器稱為地下求救系統。搜救信號發射機可產生強度可調的中高頻信號，所述的強度可調的中高頻信號， 可根據不同環境采用手動、有線或無線的方式來調整中高頻信號的強度，即可以通過手動的在面板或者界面上調整參數、通過有線或者無線的方式修改軟件程序，進而調整發射信號強度，其中所述的修改軟件程序是指設計幅度可調的信號發生器，從而保證搜救人員進行的搜救測量范圍寬，不受環境限制。上述系統中，所述的求救信號發生器包括信號接收裝置、能量采集裝置和求救信號產生裝置，其中，求救信號產生裝置可采用中高頻信號發生器芯片，在求救信號發生器中設置能量采集裝置，將搜救信號發射機產生的一定頻段的中高頻信號轉換為直流電，驅動求救信號產生裝置產生求救信號，從而使得只要有搜救信號發射機產生的中高頻信號，處于災難中的需救助人員攜帶的求救信號發生器就能接收到該信號并發出求救信號，而不必擔心求救信號發生器的能量問題，從而可保證需救助人員被救的及時性。另外，求救信號發生器在未接收到搜救信號發射機產生的一定頻段的中高頻信號時，求救信號發生器處于無電待機狀態，從而大大降低了在氣體濃度過高的情況下發生爆炸的可能性。上述系統中，所述的信號接收裝置(如圖2所示)包括天線和濾波裝置，其中，所述的天線可采用匹配阻抗為50歐姆的天線，濾波裝置用于將其他頻段的無線信號過濾掉， 使得信號接收裝置只接收指定頻段的搜救信號，從而使得需救助人員攜帶的求救信號發生器獲取準確的搜救信號后作出響應，保證了搜救的目標性更強。上述系統中，所述的能量采集裝置(如3所示)包括阻抗匹配及濾波電路和整流電路，阻抗匹配及濾波電路使得傳輸不會產生反射，所有能量都被負載吸收，避免了在傳輸中的能量損失，同時能夠抑制諧波的產生；整流電路將天線接收到的無線信號能量轉換為直流電，從而驅動求救信號產生裝置產生求救信號；該能量采集裝置適用于除收音機使用頻段的任一中高頻段。所述的能量采集裝置將信號能量轉換為直流電的工作原理是兩個二極管實現交流電的整流，當天線接收裝置因電磁感應產生的電壓為負半周時，D1導通，D2截止，C1充電；當電壓為正半周時，C1上電壓與該電壓相加，使得D2導通，D1 截止，C2充電，最終輸出直流電壓。所述的能量采集裝置也可采用現有的芯片來實現，該芯片的最佳工作頻段是 902-928MHZ，與工作在其他頻段相比，其能量轉換效率提高了約10 %。上述系統中，所述的求救信號識別定位儀包括天線、識別器和監視器，其中，天線可采用貼片天線；監視器可采用IXD液晶顯示器；識別器是指頻譜儀，識別器中包括多個數字信號處理器，所述的識別器通過利用多個數字信號處理器進行實時并行計算，將中高頻求救信號無縫捕捉到內存中并進行頻譜分析，從而保證了求救信號識別定位儀接收中高頻求救信號的及時性。上述系統中，所述的搜救信號發射機采用中高頻信號發生器芯片和天線，其中， 可采用匹配阻抗為50歐姆的天線。本發明的一種實施例的工作流程(如圖4所示)Si，搜救信號發射機產生強度可調的某個頻段的中高頻信號；S2，信號接收裝置接收該中高頻信號，并利用濾波裝置過濾掉其他頻段的中高頻無線信號；S3，能量采集裝置將過濾后的中高頻無線信號能量轉換為電能，驅動求救信號發生器發出指定頻率的中高頻求救信號；S4，求救信號識別定位儀上的天線接收該中高頻求救信號，識別器對該中高頻求救信號進行無縫捕捉及頻譜分析，確定需救助人員的方位和距離并通過監視器顯示此信肩、ο
8
權利要求
1.基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法，其特征在于，包括以下步驟S1，搜救信號發射機產生強度可調的中高頻信號；S2，求救信號發生器接收該中高頻信號并將其轉換為電能，驅動求救信號發生器發出指定頻率的中高頻求救信號；S3，求救信號識別定位儀對中高頻求救信號進行無縫捕捉并確定需救助人員的方位和距離。
2.根據權利要求1所述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法，其特征在于，步驟S2中所述的求救信號發生器包括信號接收裝置、能量采集裝置和求救信號產生裝置。
3.根據權利要求2所述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法，其特征在于，所述的信號接收裝置包括天線和濾波裝置，其中，濾波裝置用于將其他頻段的中高頻無線信號過濾掉，使得信號接收裝置只接收指定頻段的搜救信號。
4.根據權利要求2所述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法，其特征在于，所述的能量采集裝置包括阻抗匹配及濾波電路和整流電路。
5.根據權利要求1所述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法，其特征在于，步驟S3中所述的求救信號識別定位儀包括天線、識別器和監視器。
6.根據權利要求1所述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法，其特征在于，步驟Sl中所述的搜救信號發射機采用中高頻信號發生器芯片和天線。
7.實現權利要求1 6所述方法的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救系統，其特征在于，包括搜救信號發射機、求救信號發生器和求救信號識別定位儀。
8.根據權利要求7所述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救系統，其特征在于，所述的求救信號發生器包括信號接收裝置、能量采集裝置和求救信號產生裝置。
9.根據權利要求8所述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救系統，其特征在于，所述的信號接收裝置包括天線和濾波裝置，其中，濾波裝置用于將其他頻段的無線信號過濾掉，使得信號接收裝置只接收指定頻段的搜救信號。
10.根據權利要求8所述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救系統，其特征在于，所述的能量采集裝置包括阻抗匹配及濾波電路和整流電路。
11.根據權利要求7所述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救系統，其特征在于，所述的求救信號識別定位儀包括天線、識別器和監視器。
12.根據權利要求7所述的基于自助傳感器網絡的災后實時搜救系統，其特征在于，所述的搜救信號發射機采用中高頻信號發生器芯片和天線。
全文摘要
本發明公開了基于自助傳感器網絡的災后實時搜救方法與系統，所述方法包括以下步驟S1，搜救信號發射機產生強度可調的中高頻信號；S2，求救信號發生器接收該中高頻信號并將其轉換為電能，驅動求救信號發生器發出指定頻率的中高頻求救信號；S3，求救信號識別定位儀對中高頻求救信號進行無縫捕捉并確定需救助人員的方位和距離。本發明中搜救信號發射機、求救信號發生器及求救信號識別定位儀都是基于中高頻無線信號的，與現有搜救系統相比，受環境影響較小，還可以擴大搜救測量范圍，提高測量精確度，同時大大提高搜救效率；另外，本發明可以將無線中高頻信號能量轉換為電能，避免了能量耗盡的問題。
文檔編號A62B33/00GK102281497SQ201110204940
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月21日 優先權日2011年7月21日
發明者汪晉寬, 韓英華 申請人:東北大學秦皇島分校