装甲车辆乘载员生命指标远程监控系统的设计

考希宾，孔　巍，万　红，王延琦，夏宝清，武海明，闫永平

装甲车辆乘载员生命指标远程监控系统的设计

考希宾，孔巍，万红，王延琦，夏宝清，武海明，闫永平

目的：设计一种装甲车辆乘载员生命指标远程监控系统。方法：运用传感器测试技术、信息传输技术、芯片技术等相关技术进行设计，系统包括生命指标参数测试传感器、环境参数测试传感器、士兵信息模块、调制解调器、信息发送与接收系统等。系统硬件由单人设备、车载设备和监控终端3个部分组成；软件通过2级网络实现人员生命体征及周边环境条件的实时监控。结果：该系统能够满足装甲车辆乘载员生命体征和舱室微环境指标监控的需要。结论：该系统对于评价战士身体状态和舱室微环境、提高战伤救治水平、保护乘载员生命安全具有重要意义。

装甲车辆；生命指标；远程监控

0　引言

装甲车辆乘载员生命指标远程监控系统用于装甲车辆乘载员身体健康状况和周围环境的远程监控，通过智能传感器实时监测人体主要生命指标参数和周边环境参数。美军早在10多年前就已运用生命体征监测系统开展士兵动态生理参数测试及评估等工作。该系统由体温传感器、呼吸探测器、生命信号探测器、个人生命信息中心等部件构成，监测乘员的体温、心率、呼吸等指标，并通过网络上传，指挥员和医务人员通过生命体征来判断人员的身体状况，为战场人员生命紧急救治提供依据，在感知战场局势、决策卫勤保障方案以及兵力调动部署方面具有重要作用。国内多运用实车测试对乘载员血压、心率、脉搏、体温等生理指标进行实时监测，根据生理指标变化情况可以分析被监测人员的疲劳及伤病状态，有助于全面了解被监测人员的生理状态。

1　系统结构及特点

1.1总体结构

装甲车辆乘载员生命指标远程监控系统由单人设备、车载设备和监控终端3个部分组成。运用传感器测试技术、无线传输技术、芯片技术、数据集成技术等，通过人体生命指标传感器和环境参数传感器采集人体的多项生命体征信息及相关环境参数，采集信息依次经过调制解调器处理，集成到无线网络中并传输至远端医疗救援中心或/和指挥中心，中心人员可以通过实时监测到的士兵训练、演习、实战及休息过程中各项生命指标参数及周边环境参数的变化，了解并初步判断士兵的生命状况及环境影响因素状况。该系统随着卫星导航、远程医疗信息技术的逐步发展，将人员导航定位及远程医疗救护等功能纳入到整个系统中，最终实现全天候、全时段、全地域对人员生命体征及其周边环境状况的实时、定位监控。整个系统的原理示意图如图1所示。

图1　装甲车辆乘载员生命指标远程监控系统原理示意图

1.2系统硬件组成模块

1.2.1单人设备

单人设备包括士兵信息模块、生命指标参数测试传感器、环境参数测试传感器和单兵终端。士兵信息模块存储每位乘载员的健康状况与基本情况等信息，可为救援人员提供必要指导，如姓名、性别、血型、伤病史、过敏史及其他有关情况；生命指标参数测试传感器主要采集呼吸、心率、皮肤温度、血压、血氧饱和度、人体活动度和姿态等；环境参数测试传感器主要采集温湿度、风速、气压、氧气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、二氧化硫、二氧化氮、氨气、X线、γ线、电磁辐射等；单兵终端的功能为士兵信息记录、生命指标参数和环境参数采集、北斗授时、北斗定位及与车载设备的通信。

系统各项生命指标参数及环境参数的报警阈值可自行设定，当达到阈值时系统自动报警，同时兼有手动报警功能。指挥人员可以及时与乘载员进行沟通，在综合分析这些信息后作出合理决策，并协助他们完成各项复杂危险的任务。系统具有自存储功能，用于事后数据分析。

1.2.2车载设备

车载设备包括车内控制器局域网络（controller area network，CAN）总线链路、车载终端、备用终端、通信电台和北斗通信收发信机。车载设备的功能为接收单兵信息、信息的显示、信息的无线发送。

1.2.3监控终端

监控终端包括监控计算机、无线通信电台和北斗通信收发信机。监控终端的功能为与车载设备通信，通过接收车载设备的信息，掌握各个乘载员的生命指标参数和环境参数以及乘载员的位置坐标。

1.3系统软件及接口关系

系统软件通过2级网络实现人员生命体征及周边环境条件的实时监控。车内信息传输采用有线方式或者ZigBee自组网无线方式，通过车载无线网络并传输至远端医疗救援中心或/和指挥中心。

第一级网络是乘载员通过单人终端与车载设备的通信。乘载员在车内，可以通过车内CAN总线与车长终端进行有线通信；若乘载员离开车辆，可通过ZigBee无线通信接口与车长终端进行组网通信。

第二级网络是车载设备与监控终端的通信，其方式有2种：一种是通过车载电台的方式与监控终端电台进行数据通信，另一种是通过卫星通信模块与监控终端的卫星通信模块进行数据通信。

系统设备接口与连接关系框图如图2所示。

图2　系统设备接口与连接关系框图

2　应用效果

我国在航空、航天领域人体生理及环境条件参数的测试传输监测方面的研究已相对完善，在石油化工、抗震救灾、医疗等领域也有初步应用，目前报道的可穿戴式无线多参数生命体征监测系统等都可实现患者个体健康状况的监测[1-5]。美国未来战士装备研究中心运用单兵生命体征监测系统开展了士兵动态生理参数测试及评估工作，可以掌握每个战士的实时生理数据，美军已将该项技术应用于海外部队[6]。

该系统可广泛应用于军队作训、武警特警人员安全监控、消防人员危险作业安全监测、环保监察应急能力建设、危险物质监测、工业污染清理、医疗救治、药物研究、石油化工探测、反恐维和等领域，应用前景广阔。

3　结语

装甲车辆乘载员生命指标远程监控系统以人体生理参数监测为基础，以信息技术为平台，通过小型化、智能化的传感器测试技术，借助无线网络的强大传输和兼容功能，实现乘载员生命指标和环境参数的远程实时监控[7-9]。该系统对于评价战士身体状态和舱室微环境、提高医疗救援水平、保护乘载员生命安全具有重要意义，主要适用于装甲机械化部队，特别适用于侦察分队、医疗救护分队、通信保障分队、执行特殊任务分队以及各级指挥人员等在日常作训

（▶▶▶▶）（◀◀◀◀）过程中和战时的生命体征状况的监测。一方面可以及时掌握战时士兵生命体征状况及周边环境条件，提高救治水平，并根据环境条件的变化采取合理有效的措施，保护人员生命及财产安全；另一方面可以监测士兵日常训练水平及强度，合理安排休息，以促进士兵体力恢复，提高作训效率。另外，该系统可与通信卫星互联互通，实现作战区域人员生命指标与战场作战信息的一体化，为战场指挥人员和救援人员提供及时有效的信息。随着信息化技术的不断发展，该系统将不断完善和拓展应用，逐步实现师（旅）、军乃至整个战区士兵生命指标的全程同步监控。总之，该系统应用范围广、市场前景广阔，不仅可以用于装甲车辆乘载员等部队作战人员，还具有十分广泛的民用前景。

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（收稿：2014-09-20修回：2015-03-24）

Design of remote vital signs monitoring device in armored vehicle

KAO Xi-bin1,2,KONG Wei1,WAN Hong1,WANG Yan-qi1,XIA Bao-qing1,WU Hai-ming1,YAN Yong-ping2
（1.Health Research Institute of Ordnance industry,Xi'an 710065,China; 2.The Fourth Military Medical University,Xi'an 710032,China）

Objective To develop a remote vital signs monitoring device for the crewman in the armed vehicle.Methods The device involved in the technologies of sensor,information transmission,array and etc,and consisted of vital signs sensor,environment sensor,soldier information module,modem,information sending and receiving system and etc.The hardware of the device was composed of three components of personal terminal,vehicle-mounted instrument and monitoring terminal.The software of the device realized real-time monitoring of vital signs and environment through a two-level network.Results The device could realize the monitoring of personnel vital signs and chamber micro environment in the armed vehicle.Conclusion The device facilitates the evaluation of soldier physical condition and chamber micro environment.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（10）：43-44，82]

armored vehicle;vital signs;remote monitoring

[中国图书资料分类号]R318；TP311.1A

1003-8868（2015）10-0043-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.10.043

考希宾（1980—），男，高级工程师，主要从事人机工效及生命保障装备方面的研究工作，E-mail：xbkao1980@163.com。

710065西安，兵器工业卫生研究所（考希宾，孔巍，万红，王延琦，夏宝清，武海明）；710032西安，第四军医大学（考希宾，闫永平）

闫永平，E-mail：yanping@fmmu.edu.cn