智能头盔在森林火灾扑救中的应用——以八达岭林场为例

李文利 卓丹丹 付 琼

（八达岭林场管理处，北京 102102）

森林火灾扑救，即对森林火灾采取的控制和扑灭措施，目的是使火灾造成的损失减少到最低限度，将火灾现场的情况及时回传到指挥中心，便于指挥中心人员了解真实的火灾现场情况、科学地部署扑救力量、正确地指挥调度、出色地完成森林火灾任务[1-4]。森林火灾现场的突发情况随时威胁森林扑火队员人身安全，全球每年发生众多森林扑火队员伤亡事故，故此加强扑火队员的个人防护和对森林火灾现场具体情况的了解和实时同指挥中心人员沟通尤为重要[5-8]。在火灾扑救中，若能实时获取现场环境信息和扑火队员自身信息，则扑火战斗人员即能对潜在危险做出及时有效的判断，避免自身的伤亡事故发生[9-13]。同时，扑火指挥人员也能根据现场实时信息，作出及时有效的决策，优化调度现场人员森林火灾扑救作业，更好的指令扑火队员；在保障扑火队员自身安全的前提下，使其尽最大化的减少森林资源被火灾破坏[14-15]，本文旨在通过探索和分析智能头盔当前在森林火灾扑救领域的应用研究现状，以期解决当前森林火灾扑救活动中林区环境视野差、协同效率低、扑救人员健康状态无法保证等问题，提高森林火灾扑救装备的功能性和保障性，避免扑救活动中可能发生的火灾安全事故。

1 智能头盔现状研究

传统的扑火防护头盔还停留在被动防护功能的层面上，缺乏信息感知和无线传输的信息化和智能化功能。在当今互联网、大数据蓬勃发展的时代，智能扑火装备已成为扑火行业装备的发展趋势，扑火现场作业对智能化的信息感知和指挥调度有着强烈需求。扑火装备的革新换代将促进其由功能型装备向智能型装备演化[16-20]。

2 智能头盔总体设计

提供一种在扑火救援现场能够感知现场环境信息和扑火战斗员自身信息，并将数据信息实时传递给车载服务器和远程服务器，使得扑火指挥员能够作出及时有效的决策，实现智能信息交互功能的智能扑火头盔。

2.1 功能

头盔本体位于顶部缓冲层与中部缓冲层之间的区域为电子装置安装区域，在电子装置安装区域内设有主控制器、传感器与执行器模块、电源模块以及短距无线通信模块，传感器与执行器模块、电源模块以及短距无线通信模块均与主控制器相连，在头盔本体位于中部缓冲层的前下方区域上装有与主控制器相连的近红外摄像头及近红外发光二极管(LED)照明模块，主控制器还与扑火战斗员头部佩戴的生命体征探测器，以及头盔内部AI语音全功能，有效解放双手，通过语音控制实现远程同指挥中心联系，语音打开灯光，所述传感器与执行器模块包括近红外摄像头、近红外LED照明模块、生命体传感器、有毒气体传感器、全球卫星导航系统(GNSS)接收机等轨迹跟踪设备。

2.2 特征

智能头盔通过内嵌5GHz频段的Wi-Fi模块，与现场按需布设5GHz频段的Wi-Fi无线接入点，以及扑火车的车载5GHz频段的Wi-Fi路由器建立本地无线通信链路，组成现场作业内网；头盔所用外网包括扑火车上搭载有4G等公众通信无线路由器和车载服务器。车载服务器经由4G无线路由器接入因特网，接入因特网远程服务器获取多个智能头盔所上传的数据信息。

图1 在线指挥调度平台Fig.1 Online command and dispatch platform

3 智能头盔优势简析

3.1 工作原理

智能扑火头盔硬件系统由一个主控制器按需灵活扩展多种传感器与执行器模块组成。其不仅能够获取现场环境信息，还能获取扑火队员个人资料、生命体征等信息。

3.2 工作内容

智能头盔配备生命体特征传感器，实时采集人员心率、血氧含量、移动速度等信息。指挥中心在发现队员生命体征出现问题时，可通过无线对讲与其进行沟通，同时通过GPS定位确定位置，确保扑火队员的生命安全。

3.3 操作及适应性

智能扑火头盔有完整的网络通信系统和软件界面，车载服务器和远程服务器监控作业现场的实时状况和扑火战斗员的自身信息。采用5GHz频段的Wi-Fi模块组建现场作业的内网，拥有数据带宽，覆盖范围广，抗干扰性强，网络拓扑灵活等优势。

4 智能头盔在八达岭林场森林火灾扑救中的应用

4.1 扑火队员日常训练中的应用

八达岭林场现有扑火队员30 人。为加强扑火队伍专业化、正规化建设，定期开展训练，采取理论与实际操作相结合，技能培训和实战演练相结合的方式，重点从多方位加强扑火队员的防扑火技能训练和体能训练，进行严格的扑火队列演练，在组织纪律和配合协调能力等方面给扑火队员做内容丰富、全面细致、贴合实战的培训。其中就包括林火原理、火场形势研判分析、扑火技能方法掌握、火场风险规避等内容，以在日常训练中提高应对森林火灾的快速反应和扑救能力。在扑火技能训练中，可将灭火任务中常见的地表火、草塘火、灌丛火等多火场形式表现出来，提升队伍协同作战经验。同时，扑火队长、班长要全面分析安全形势，综合评估训练安全风险，制定安全措施。通过模拟真实火灾现场，在噪音大，烟雾浓，无法近距离观察周围情况时，使用空中无人机、山顶电视检测设备、智能头盔等智能设备传移动回传火灾现场画面和信息，为指挥中心决策森林火灾扑救方案提供整体研判信息。智能头盔实时传送画面且近距离直击第一现场的可视化视频能第一时间呈现在指挥者面前，发挥了“黑匣子”的作用。

4.2 森林火灾现场扑救演练的应用

当发生森林火灾时，扑火队员抵达救援现场。扑火队员执行森林扑灭火任务，开启硬件系统，智能头盔内置传感器与执行器开始获取数据信息，近红外摄像头模块也开始对实时获取现场视频信息，指挥中心可通过终端网页，查看救援现场实时视频以及其他数据信息。此时，实时传感器数据信息显示在指挥中心屏幕上，指挥员根据信息进行分析判断，并通过智能头盔语音系统发送指令，扑火队员接收到指挥员命令信息，实现信息交互，执行并完成现场森林扑火作业任务。

图2 演练实时数据传输Fig.2 Exercise real-time data transmission

5 结语

智能化可穿戴设备为森林防火工作提供了较多便利，已在业内成为人员智能化管理不可缺少的一部分。智能头盔设备结合人员信息，数据通过模块传输将各项数据传输到指挥中心监控平台，不仅能够实现火场扑火队人员的监测与管理，还能实现人员定位、安全等信息传送，这有助于提高森林防火人员工作效率，有效保护国家森林资源安全。