地質(zhì)災(zāi)害搜救通信體系

1、 目錄1. 地質(zhì)災(zāi)害概述32. 建立搜救通信體系的必要性43. 地質(zhì)災(zāi)害搜救通信體系43.1 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警通信儀器43.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)53.2 地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情評估通信儀器63.2.1 地理信息系統(tǒng)63.2.2 日本衛(wèi)星系統(tǒng)83.2.2.1 日本準天頂”衛(wèi)星系統(tǒng)83.2.3 北斗衛(wèi)星系統(tǒng)93.2.4 海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)123.2.4.1 海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成123.2.5 “資源一號”衛(wèi)星133.2.5.1 搭載設(shè)備133.2.5.2 設(shè)計方案133.2.6 無人機航空影像及遙感影像數(shù)據(jù)一體化測圖系統(tǒng)pixelgrid163.2.6.1 pixelgrid系統(tǒng)的構(gòu)成163.3

2、 地質(zhì)災(zāi)害搜救人員、物質(zhì)協(xié)調(diào)通信儀器193.3.1 海事衛(wèi)星電話193.3.2 小型移動應(yīng)急平臺193.3.3 移動基站203.3.4 基于zig bee技術(shù)的搜救通信系統(tǒng)213.3.4.1 所需的通信設(shè)施： 微處理器、rf收發(fā)器和天線213.3.4.2 zig bee的搜救原理223.3.4.3 zig bee總體模型233.4 地質(zhì)災(zāi)害搜救通信儀器233.4.1 生命探測儀233.4.1.1 雷達生命探測系統(tǒng)243.4.1.2 雷達生命探測系統(tǒng)的總體設(shè)計254. 案例分析274.1 舟曲泥石流概況274.2舟曲泥石流通信概況274.3 災(zāi)情評估274.3.1 日本衛(wèi)星系統(tǒng)274.3.2 無

3、人機航空影像及遙感影像數(shù)據(jù)一體化測圖系統(tǒng)pixelgrid294.3.3 海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)304.3.4 北斗衛(wèi)星系統(tǒng)304.4 搜救人員、物質(zhì)的協(xié)調(diào)314.4.1 海事衛(wèi)星電話324.4.2 小型移動應(yīng)急平臺324.4.3 移動基站344.5 搜救災(zāi)民354.5.1 雷達生命探測系統(tǒng)354.6 災(zāi)害搜救視頻35 地質(zhì)災(zāi)害搜救通信體系1. 地質(zhì)災(zāi)害概述地質(zhì)災(zāi)害簡稱地災(zāi)。以地質(zhì)動力活動或地質(zhì)環(huán)境異常變化為主要成因的自然災(zāi)害。在地球內(nèi)動力、外動力或人為地質(zhì)動力作用下,地球發(fā)生異常能量釋放、物質(zhì)運動、巖土體變形位移以及環(huán)境異常變化等,危害人類生命財產(chǎn)、生活與經(jīng)濟活動或破壞人類賴以生存與發(fā)展的資源、環(huán)

4、境的現(xiàn)象或過程。不良地質(zhì)現(xiàn)象通常叫做地質(zhì)災(zāi)害，是指自然地質(zhì)作用和人類活動造成的惡化地質(zhì)環(huán)境，降低了環(huán)境質(zhì)量，直接或間接危害人類安全，并給社會和經(jīng)濟建設(shè)造成損失的地質(zhì)事件。地質(zhì)災(zāi)害的分類，有不同的角度與標準，十分復(fù)雜，就其地質(zhì)環(huán)境或地質(zhì)體變化的速度而言，可分突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害與緩變性地質(zhì)災(zāi)害兩大類。前者如崩塌、滑坡、泥石流、地裂縫、地面塌陷、崩塌和泥石流、地裂縫，即習慣上的狹義地質(zhì)災(zāi)害；后者如水土流失、土地沙漠化等，又稱環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害。在這里我們主要討論的是突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害中的崩塌、泥石流的搜救通信體系。崩塌：是指較陡的斜坡上的巖土體在重力的作用下突然脫離母體崩落、滾動堆積在坡腳的地質(zhì)現(xiàn)象。 泥石流：是

5、山區(qū)特有的一種自然現(xiàn)象。它是由于降水而形成的一種帶大量泥沙、石塊等固體物質(zhì)條件的特殊洪流。斜坡的局部穩(wěn)定性受破壞，在重力作用下，巖體或其他碎屑沿一個或多個破裂滑動面向下做整體滑動的過程與現(xiàn)象。2. 建立搜救通信體系的必要性 破壞性的泥石流、滑坡和崩塌所造成的社會災(zāi)害損失越來越嚴重，科技的發(fā)展，技術(shù)的進步，能讓人們能在泥石流、滑坡和崩塌發(fā)生后比以往更快的速度到達災(zāi)區(qū)進行救援，減少社會財產(chǎn)的損失和挽救更多的生命。通常在泥石流、滑坡和崩塌發(fā)生后， 如果我們盡快的估計災(zāi)區(qū)的災(zāi)情分布 、以及損失分布情況等其他信息，就能為救援人員提供信息參考和決策依據(jù)。因此，建立行之有效的搜救通信體系是十分有必要的。3.

6、 地質(zhì)災(zāi)害搜救通信體系3.1 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警通信儀器3.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng) 以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)建立山體滑坡預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)，主要由數(shù)據(jù)采集模塊，gprs(general packet radio service)n關(guān)模塊，服務(wù)器和手機組成。連接傳感器的普通節(jié)點將收集的觀測數(shù)據(jù)傳給匯聚節(jié)點后，通過不同的at指令控制gprs模塊經(jīng)internet傳給有關(guān)部門的服務(wù)器或者經(jīng)gsm網(wǎng)絡(luò)傳到居民手機?；卤O(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖11所示。 為了能將監(jiān)測信息準確、可靠的采集和及時傳給監(jiān)測區(qū)域的居民并讓他們知曉預(yù)警信息，本文開展了以下工作，具體流程如圖12所示。1監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、測試和傳輸：

7、以山體運動位移為測量信息，在掌握cc2430213工作原理的基礎(chǔ)上，將wxy30t221拉繩式位移傳感器與普通節(jié)點接口連接，應(yīng)用程序普通節(jié)點對位移數(shù)據(jù)進行采集并傳輸?shù)絽R聚節(jié)點，首先匯聚節(jié)點直接與pc機進行串口通信來測試位移數(shù)據(jù)，確認功能正常后，位移數(shù)據(jù)經(jīng)匯聚節(jié)點上的gprs模塊，通過移動網(wǎng)絡(luò)或internet傳到居民手機或遠程終端中心服務(wù)器。2數(shù)據(jù)的管理： 通過對gsm系統(tǒng)手機短信息業(yè)務(wù)和滑坡區(qū)可能出現(xiàn)人員情況的分析，監(jiān)測區(qū)常駐居民以點對點短信息方式將消息傳達，接著通過對手機短信息應(yīng)用程序進行了適合實際需要的開發(fā)，包括了通過對手機系統(tǒng)監(jiān)聽實現(xiàn)指定號碼判斷和短消息優(yōu)先顯示、語音朗讀短信息、數(shù)據(jù)的

8、圖形走勢化顯示，使得常駐居民可以及時的、直觀的知曉預(yù)警消息，對于外來人員和不常在區(qū)域的居民通過小區(qū)廣播的方式將消息傳達。3信息知曉率的優(yōu)化：服務(wù)器根據(jù)居民知曉短信息的反饋情況指派人員去通知沒有反饋的居民來提高預(yù)警信息傳達率，對無線傳感器分簇算法中簇首選取的方法【23粕1和多屬性決策問題中的賦權(quán)法27。29】進行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合本地居民傳達消息的特性提出一種以權(quán)值為基礎(chǔ)的人員選取算法，使用主客觀賦權(quán)法確定權(quán)值因子的值，并且建立數(shù)學(xué)模型來驗證算法可行性。3.2 地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情評估通信儀器3.2.1 地理信息系統(tǒng) 地理信息系統(tǒng)(簡稱gis)是以地理信息為研究對象，由計算機硬件、軟件和不同的方法組成的

9、系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示。gis提供空間分析技術(shù)、模型分析技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)的二次開發(fā)環(huán)境，最終實現(xiàn)各種系統(tǒng)應(yīng)用功能，滿足各類用戶的廣泛需求。一般說來，一個完整的地理信息系統(tǒng)通常由四個部分組成如下圖所示，它們是計算機硬件環(huán)境、軟件環(huán)境、地理空間數(shù)據(jù)、系統(tǒng)維護和使用人員。 地理信息系統(tǒng)的基本構(gòu)成 地理信息系統(tǒng)主要為了生成空間影像，分析災(zāi)情，從而得到災(zāi)害損失分布圖。3.2.2 日本衛(wèi)星系統(tǒng) 日本衛(wèi)星系統(tǒng)是以“準天頂”衛(wèi)星系統(tǒng)為主體，即是圍繞準天頂”衛(wèi)星系統(tǒng)建立的衛(wèi)星體系。3.2.2.1 日本準天頂”衛(wèi)星系統(tǒng) qzss是準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)（quasi-z

10、enith satellite system）的簡稱，以高仰角服務(wù)和大橢圓非對稱“8”字形地球同步軌道為其特征，服務(wù)于鬧市區(qū)和中緯山區(qū)的通信與定位，是gps的區(qū)域增強系統(tǒng)，發(fā)射l1、l2和l5三種頻率。 qzss由三顆分置于相間120的三個軌道面上的衛(wèi)星組成，軌道周期為23小時56分鐘，傾角45，偏心率0.1，軌道高度為31 50040 000 公里。3.2.3 北斗衛(wèi)星系統(tǒng) 北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是由中國建立的區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。該系統(tǒng)由四顆（兩顆工作衛(wèi)星、2顆備用衛(wèi)星）北斗定位衛(wèi)星（北斗一號）、地面控制中心為主的地面部份、北斗用戶終端三部分組成。北斗定位系統(tǒng)可向用戶提供全天候、二十四小時的即時定位

11、服務(wù)，授時精度可達數(shù)十納秒(ns)的同步精度，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)三維定位精度約幾十米，授時精度約100ns。 北斗一號衛(wèi)星定位系統(tǒng)的英文簡稱為bd，在itu（國際電信聯(lián)合會）登記的無線電頻段為l波段（發(fā)射）和s波段（接收）。 北斗二代衛(wèi)星定位系統(tǒng)的英文為compass（即指南針），在itu登記的無線電頻段為l波段。 北斗一號系統(tǒng)的基本功能包括：定位、通信（短消息）和授時。 北斗二代系統(tǒng)的功能與gps相同，即定位與授時。 編輯本段系統(tǒng)工作原理“北斗一號”衛(wèi)星定位系出用戶到第一顆衛(wèi)星的距離，以及用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和，從而知道用戶處于一個以第一顆衛(wèi)星為球心的一個球面，和以兩顆衛(wèi)星為焦點的橢球面之間的交線

12、上。另外中心控制系統(tǒng)從存儲在計算機內(nèi)的數(shù)字化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶出于某一與地球基準橢球面平行的橢球面上。從而中心控制系統(tǒng)可最終計算出用戶所在點的三維坐標，這個坐標經(jīng)加密由出站信號發(fā)送給用戶。 “北斗一號”的覆蓋范圍是北緯5一55，東經(jīng)70一140之間的心臟地區(qū)，上大下小，最寬處在北緯35左右。其定位精度為水平精度100米(1)，設(shè)立標校站之后為20米(類似差分狀態(tài))。工作頻率：2491.75mhz。系統(tǒng)能容納的用戶數(shù)為每小時540000戶。 北斗衛(wèi)星與gps系統(tǒng)對比，具有以下特點1、覆蓋范圍：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是覆蓋我國本土的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。覆蓋范圍東經(jīng)約70一140，北緯5一55。g

13、ps是覆蓋全球的全天候?qū)Ш较到y(tǒng)。能夠確保地球上任何地點、任何時間能同時觀測到6-9顆衛(wèi)星(實際上最多能觀測到11顆)。2、衛(wèi)星數(shù)量和軌道特性：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是在地球赤道平面上設(shè)置2顆地球同步衛(wèi)星顆衛(wèi)星的赤道角距約60。gps是在6個軌道平面上設(shè)置24顆衛(wèi)星，軌道赤道傾角55，軌道面赤道角距60。航衛(wèi)星為準同步軌道，繞地球一周11小時58分。3、定位原理：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是主動式雙向測距二維導(dǎo)航。地面中心控制系統(tǒng)解算，供用戶三維定位數(shù)據(jù)。gps是被動式偽碼單向測距三維導(dǎo)航。由用戶設(shè)備獨立解算自位解算在那里而不是由用戶設(shè)備完成的。為了彌補這種系統(tǒng)易損性，gps正在發(fā)展星際橫向數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，使萬一主控站被毀

14、后gps衛(wèi)星可以獨立運行。而“北斗一號”系統(tǒng)從原理上排除了這種可能性，一旦中心控制系統(tǒng)受損，系統(tǒng)就不能繼續(xù)工作了。4、實時性：“北斗一號”用戶的定位申請要送回中心控制系統(tǒng)，中心控制系統(tǒng)解算出用戶的三維位置數(shù)據(jù)之后再發(fā)回用戶，其間要經(jīng)過地球靜止衛(wèi)星走一個來回，再加上衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)，中心控制系統(tǒng)的處理，時間延遲就更長了，因此對于高速運動體，就加大了定位的誤差。此外，“北斗一號”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也有一些自身的特點，其具備的短信通訊功能就是gps所不具備的。 北斗衛(wèi)星系統(tǒng)示意圖3.2.4 海事衛(wèi)星通信系統(tǒng) 海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)是利用通信衛(wèi)星作為中繼站的一種船舶無線電通信系統(tǒng)。它具有全球（除南北極區(qū)外）、全時、全天候

15、、穩(wěn)定、可靠、高質(zhì)量、大容量和自動通信等顯著優(yōu)點，既可改善船舶營運和提高管理效率、密切船岸聯(lián)系，而且有助于保障海上人命安全。國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)（inmarsat）是移動業(yè)務(wù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)（mss）的一種。它包括移動臺之間、移動臺與固定臺之間、固定臺與公眾通信網(wǎng)用戶之間的通信。國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)是世界上第一個全球性的移動業(yè)務(wù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。3.2.4.1 海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成 海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由裝在船舶（包括海上工作平臺）上的海事衛(wèi)星通信地球站(簡稱船站)、設(shè)在海岸上的海事衛(wèi)星通信地球站（簡稱岸站）和海事通信衛(wèi)星組成（下圖）。3.2.5 “資源一號”衛(wèi)星 資源一號衛(wèi)星，又稱“中巴地球資源衛(wèi)星

16、一號”，是由中國和巴西共同研制的地球資源衛(wèi)星。資源一號是采用國際上先進的公用平臺設(shè)計思想設(shè)計的。這顆衛(wèi)星未經(jīng)試驗衛(wèi)星階段，就直接進入實用階段，且衛(wèi)星起點高，技術(shù)難度大，是中國衛(wèi)星研制史上星上元器件最多，系統(tǒng)最為復(fù)雜的一顆衛(wèi)星。資源一號衛(wèi)星于1999年10月14日由長征4b運載火箭從太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。3.2.5.1 搭載設(shè)備 資源一號衛(wèi)星主要搭載了3臺遙感儀器用于對地觀測：20米分辨率的5譜段ccd相機80米和160米分辨率的4譜段紅外掃描儀 256米分辨率的2譜段寬視場成像儀3.2.5.2 設(shè)計方案 資源一號衛(wèi)星是顆三軸穩(wěn)定，太陽同步軌道衛(wèi)星。衛(wèi)星包括有效載荷和服務(wù)系統(tǒng)兩部分，共由十五

17、個分系統(tǒng)組成。衛(wèi)星總質(zhì)量為1540千克。星體為長方體，采用單翼太陽電池陣，本體外形尺寸為200018002250mm3。飛行狀態(tài)尺寸200084403215mm3。星體采用分艙設(shè)計。 結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)有結(jié)構(gòu)壁板、承力筒、星箭對接艙、大支架、太陽電池陣的基板和展開機構(gòu)等組成。服務(wù)艙有姿軌控、s波段測控、超短波測控、星上數(shù)據(jù)管理、電源和熱控等六個分系統(tǒng)。電源采用太陽電池加鎘鎳蓄電池方案。衛(wèi)星姿態(tài)控制采用高精度的對地指向三軸穩(wěn)定和太陽電池陣對日定向跟蹤和軌道調(diào)整方案。它由測量、控制和執(zhí)行等三類設(shè)備組成。測控由四個獨立信道（超短波和s波段）組成，具有測速、測距和測角功能，用測距音可單站定軌。星上數(shù)據(jù)管理和測

18、控在地面網(wǎng)站的配合下，完成衛(wèi)星的跟蹤測軌、遙控、遙測和其他管理任務(wù)。由于衛(wèi)星在地球地面站視場較小，數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)采用星上計算機來管理收發(fā)的數(shù)據(jù)，衛(wèi)星在故障時能“智能化”處理。熱控以被動式溫控為主，電加熱主動溫控為輔的方案。有效載荷艙有ccd相機、紅外掃描儀（也稱紅外相機）、寬視場相機、圖像數(shù)據(jù)傳輸、空間環(huán)境監(jiān)測和星上數(shù)據(jù)收集（dcs）等分系統(tǒng)。ccd相機有蘭、綠、紅、近紅外和全色等五個光譜段，采用推掃式成像技術(shù)獲取地球圖像信息。它只在白天工作，并有側(cè)視功能（32）。紅外掃描儀有可見光、短波紅外和熱紅外共四個譜段，采用雙向掃描技術(shù)獲取地球圖像信息，它可晝夜成像。寬視場相機具有紅光和近紅外譜段，由

19、于掃描輻寬達890千米，因而五天內(nèi)可對地球覆蓋一遍。三臺遙感器的圖像數(shù)據(jù)傳輸均采用x頻段。ccd相機數(shù)據(jù)傳輸分二個通道，紅外掃描儀和寬視場相機共用第三個數(shù)據(jù)傳輸通道。圖像數(shù)據(jù)經(jīng)編碼、調(diào)制、變頻和功放由天線發(fā)射出射頻信號，在衛(wèi)星經(jīng)過地面站上空時，被地面站接收。衛(wèi)星上數(shù)據(jù)收集分系統(tǒng)利用地面設(shè)置的幾百個數(shù)據(jù)收集平臺（dcp）收集的水文和氣象數(shù)據(jù)，通過星上轉(zhuǎn)發(fā)器實時地傳送到地面接收站。 由于衛(wèi)星設(shè)置多光譜觀察、對地觀察范圍大、數(shù)據(jù)信息收集快，并宏觀、直觀，因此，特別有利于動態(tài)和快速觀察地球地面信息。 “資源一號”衛(wèi)星3.2.6 無人機航空影像及遙感影像數(shù)據(jù)一體化測圖系統(tǒng)pixelgrid 高分辨率遙感

20、影像數(shù)據(jù)一體化測圖系統(tǒng)pixelgrid（以下簡稱“pixelgrid”）。pixelgrid以其先進的攝影測量算法、集群分布式并行處理技術(shù)、強大的自動化業(yè)務(wù)化處理能力、高效可靠的作業(yè)調(diào)度管理方法、友好靈活的用戶界面和操作方式，全面實現(xiàn)了對衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)、航空影像數(shù)據(jù)以及低空無人機影像數(shù)據(jù)的快速自動處理，可以完成遙感影像從空中三角測量到各種比例尺的dem/dsm、dom等測繪產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)。 pixelgrid軟件主界面。3.2.6.1 pixelgrid系統(tǒng)的構(gòu)成目前pixelgrid系統(tǒng)分為三大數(shù)據(jù)處理模塊：高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)處理模塊（pixelgrid-sat）、航空影像數(shù)據(jù)處理模塊（p

21、ixelgrid-aeo）以及無人機數(shù)據(jù)處理模塊（pixelgrid-uav）。在三大數(shù)據(jù)處理模塊中，均包括正射影像快速更新、高分辨率遙感影像自動配準及融合模塊（pixelgrid-g3d）與集群分布式并行遙感影像數(shù)據(jù)處理模塊（pixelgrid-pdp）。 高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)處理模塊（pixelgrid-sat）主界面 航空影像數(shù)據(jù)處理模塊（pixelgrid-aeo）主界面 無人機數(shù)據(jù)處理模塊3.3 地質(zhì)災(zāi)害搜救人員、物質(zhì)協(xié)調(diào)通信儀器3.3.1 海事衛(wèi)星電話 國際海事衛(wèi)星電話（international maritime satellite telephone service）指通過國際

22、海事衛(wèi)星接通的船與岸、船與船之間的電話業(yè)務(wù)。 海事衛(wèi)星電話用于船舶與船舶之間、船舶與陸地之間的通信，可進行通話、 數(shù)據(jù)傳輸和傳真. 海事衛(wèi)星電話的業(yè)務(wù)種類有遇險電話、叫號電話和叫人電話。我國各地均開放海事衛(wèi)星電話業(yè)務(wù)。3.3.2 小型移動應(yīng)急平臺 小型移動應(yīng)急平臺是以便攜式電腦、pda作為現(xiàn)場信息分析處理系統(tǒng)載體，附加便攜衛(wèi)星通信設(shè)備、海事衛(wèi)星電話、無線傳真機等多種移動通信設(shè)備，數(shù)碼相機、攝像機等現(xiàn)場圖像音頻采集設(shè)備，gps定位設(shè)備組成的系統(tǒng)。 小型移動應(yīng)急平臺由前端便攜設(shè)備和中心接入設(shè)備兩部分組成。3.3.3 移動基站 中國移動的基站采用小區(qū)制，覆蓋范圍幾km；而聯(lián)通采用大區(qū)制，可以覆蓋幾十

23、km；輻射的頻率大小和能量決定覆蓋范圍。從另一角度來看，從能量守恒的角度來分析：手機輻射大的其基站輻射?。╣sm），反之手機輻射小的其基站輻射大（cdma） 。 基站的構(gòu)成一般分為以下幾個系統(tǒng)：傳輸系統(tǒng)，包括sdh設(shè)備，ptn設(shè)備，pdh設(shè)備，光纜，電纜等等；動力系統(tǒng)，蓄電池，ups系統(tǒng)，市電等等；動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)；天饋系統(tǒng)；bts主設(shè)備；以及其他輔助設(shè)備， 移動基站3.3.4 基于zig bee技術(shù)的搜救通信系統(tǒng)3.3.4.1 所需的通信設(shè)施： 微處理器、rf收發(fā)器和天線 zig bee是一種新興的易組建、低功耗、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),但傳輸數(shù)據(jù)速率較低,它依據(jù)802.15.4標準可以在數(shù)以千計

24、的微小的傳感器之間實現(xiàn)通信,這些傳感器以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器,所以它們的通信效率非常高。zig bee節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)如下圖3.3.4.2 zig bee的搜救原理 災(zāi)區(qū)人工散布傳輸節(jié)點,搜救人員佩戴的信號發(fā)射器,在設(shè)計中盡量追求簡便,因為參與崩塌和泥石流搜救的人員都沒有經(jīng)過專門訓(xùn)練,大部分都是部隊官兵、老百姓,所以信號發(fā)射器被設(shè)計成帶有幾種顏色的控制指示燈設(shè)備,當某救援隊需要醫(yī)療小組增援的時候,就按信號裝置的黃燈,需要救援人員增援就按紅燈,需要大型挖掘機增援就按綠燈,指示燈控制信號通過zig bee節(jié)點多跳的方式傳送到控制中心,控制中心點可視圖分析軟件(如圖1

25、所示)可以得出救援信號源所在位置,指揮者在中心控制點根據(jù)屏幕顯示的指示燈狀態(tài)及救援信號所處的位置派遣救援隊伍,中心控制點附近就是臨時醫(yī)療中心、救援物品調(diào)度中心,這樣方便指揮人員進行救援資源的有效、快捷調(diào)度,如圖2所示.(1)人工散布傳輸節(jié)點(ffd)(2)搜救人員佩戴的信號發(fā)射器(ffd)(3)控制中心協(xié)調(diào)器(ffd) 圖1 圖2信號示意圖3.3.4.3 zig bee總體模型3.4 地質(zhì)災(zāi)害搜救通信儀器3.4.1 生命探測儀 生命探測儀是美國超視安全系統(tǒng)公司于2005年新近推出的一種安全救生系統(tǒng)。著名物理學(xué)家，麻省理工學(xué)院博士大衛(wèi)席思創(chuàng)造性地將雷達超寬頻技術(shù)(uwb)應(yīng)用于安全救生領(lǐng)域，從而

26、為該領(lǐng)域帶來一項革命性的新技術(shù)。 基于這種新技術(shù)的安全救生系統(tǒng)-生命探測儀，成功地解決了多項困擾傳統(tǒng)安全救生系統(tǒng)的問題，使搜救工作比以往更迅速，更精確，也更安全，是現(xiàn)在世界上最先進的生命探測系統(tǒng)。該系統(tǒng)的天線是美國航空航天局（nasa）指定的火星探測器兩種候選雷達天線之一，是世界上最先進的探地雷達天線，能夠非常敏銳地捕捉到非常微弱的運動。 適用于倒塌物下的廢墟救援。 生命探測儀可以分為以下幾類：紅外生命探測儀、音頻生命探測儀、雷達生命探測儀。3.4.1.1 雷達生命探測系統(tǒng) 雷達生命探測系統(tǒng)：主要基于多普勒原理，當雷達波穿透一定障礙物而碰到人體時，反射的回波信號被人體生命活動(如呼吸、心跳等)

27、引起的微動所調(diào)制，使得回波信號的一些參數(shù)(如頻率、相位)發(fā)生改變，我們把回波信號經(jīng)過適當處理后就能從中提取出人體相關(guān)的生命特征信息，從而在不接觸人體的情況下，可得知在廢墟、瓦礫、 下是否有活的生命體的存在。利用雷達波探測生命體的方法，克服了傳統(tǒng)的探生設(shè)備容易受外界環(huán)境限制和干擾的缺點，抗干擾能力強，適用于發(fā)生塌方、雪崩、崩塌和泥石流等災(zāi)害后對受傷人員的及時搜救，同時也可用于心理測評及反恐等領(lǐng)域。 該生命探測系統(tǒng)包括雷達天線、現(xiàn)場探測裝置和遠端測控pda三部分?，F(xiàn)場探測裝置包括雷達收發(fā)模塊和基于dsp的前端預(yù)處理系統(tǒng)。前端預(yù)處理系統(tǒng)以tms320c5509a為核心，負責對解調(diào)后信號的實時采集和處

28、理，遠端測控pda部分為搜救人員使用的手持式主機，pda通過rs232接口從現(xiàn)場探測裝置獲取數(shù)據(jù)，同時也能對現(xiàn)場探測裝置進行控制。 前端預(yù)處理系統(tǒng)依靠dsp強大的實時數(shù)字信號處理和運算能力，高效、實時地完成對信號的采集和實時處理。完成了對低頻信號采集和處理的軟硬件設(shè)備。3.4.1.2 雷達生命探測系統(tǒng)的總體設(shè)計生命探測系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如下圖所示，該系統(tǒng)主要由雷達天線、現(xiàn)場探測裝置和遠端測控pda三部分組成?，F(xiàn)場探測裝置包括射頻收發(fā)模塊和基于dsp的前端預(yù)處理嵌入式系統(tǒng)組成。遠端測控pda部分為搜救人員使用的手持式pda，現(xiàn)場探測裝置與遠端pda通過rs232接口進行通信。該系統(tǒng)的基本工作原理

29、是：收發(fā)模塊向天線饋送1728ghz連續(xù)波信號，經(jīng)過功率放大后由天線定向輻射出去，當遇到動目標后，回波信號(含人體體征信息)又經(jīng)同一天線進入接收機，回波信號在收發(fā)模塊中經(jīng)過雜波對消、混頻、濾波、放大、解調(diào)等處理后得到模擬的iq信號，該信號包含了人體生命特征。然后將該工q信號送入前端預(yù)處理系統(tǒng)，在前端預(yù)處理系統(tǒng)中將iq信號放大、濾波、再經(jīng)ad轉(zhuǎn)換后送dsp進行數(shù)字預(yù)處理，在dsp中對信號進行實時濾波、分析等處理，最后，將處理過的數(shù)據(jù)通過rs232接口送到遠端pda對預(yù)處理后的信號作進一步的分析和特征提取，并顯示生命特征檢測的結(jié)果。搜救人員可以通過pda對現(xiàn)場探測裝置中的各個單元進行控制，命令由r

30、s232接口發(fā)送到dsp，dsp解析命令后去完成相應(yīng)的操作：如放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)、采樣率的調(diào)節(jié)、fir濾波參數(shù)選擇等?，F(xiàn)場探測裝置采用輕便的大容量鋰聚合物充電電池供電，整機體積小、重量輕、攜帶十分方便。dsp預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計如下圖前端預(yù)處理系統(tǒng)完成對iq信號的調(diào)理、ad轉(zhuǎn)換、部分實時數(shù)字信號處理、處理后數(shù)據(jù)的傳輸，以及接收和處理后端發(fā)來的命令(包括放大倍數(shù)、ad的采樣率、數(shù)字信號處理參數(shù)的選擇等)。預(yù)處理系統(tǒng)框圖如圖31所示。輸入的低頻微弱信號經(jīng)過前置放大、低通濾波、隔直緩沖和差分后送入ad中進行ad轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入dsp中，在dsp中對采集到的數(shù)據(jù)進行實時處理，處理后的數(shù)據(jù)通過rs232接口

31、送入后端pda，后端pda再對數(shù)據(jù)進行進一步的處理及其結(jié)果顯示，后端pda可以通過rs232接口發(fā)送命令給dsp，通過dsp實現(xiàn)對ad采樣頻率、pga放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)、以及對dsp中數(shù)字信號處理算法的選擇等。dsp外擴的flash用于boot loader，上電啟動后dsp自動從flash中加載程序到dsp內(nèi)部ram中運行，外擴的sdram用于dsp進行算法處理時暫存數(shù)據(jù)。4. 案例分析4.1 舟曲泥石流概況 2010年8月7日22時左右，甘南藏族自治州舟曲縣城東北部山區(qū)突降特大暴雨，降雨量達97毫米，持續(xù)40多分鐘，引發(fā)三眼峪、羅家峪等四條溝系特大山洪地質(zhì)災(zāi)害，泥石流長約5千米，平均寬度300

32、米，平均厚度5米，總體積750萬立方米，流經(jīng)區(qū)域被夷為平地。4.2舟曲泥石流通信概況87甘肅舟曲特大泥石流，發(fā)生于2010年8月7日甘肅省甘南藏族自治州的舟曲縣，持續(xù)40多分鐘的暴雨使得土石沖進縣城，并截斷兩條河流形成堰塞湖。據(jù)中國舟曲災(zāi)區(qū)指揮部消息，截至21日，舟曲“88”特大泥石流災(zāi)害中遇難1434人，失蹤331人，累計門診人數(shù)2062人。在災(zāi)害發(fā)生的過程中，通信體系遭到嚴重破壞。例如在8日12時，甘肅省甘南藏族自治州舟曲縣泥石流災(zāi)害遇難人數(shù)已上升至85人，另有70余人受傷。根據(jù)甘南州州長毛生武現(xiàn)場的電話介紹，形成堰塞體的泥石流掩埋了一個300戶余戶群眾的村莊。受強降雨造成的泥石流等災(zāi)害影

33、響，甘肅省舟曲縣超過三分之二的區(qū)域供電全部中斷，通信基站受損嚴重。4.3 災(zāi)情評估4.3.1 日本衛(wèi)星系統(tǒng) 甘南藏族自治州舟曲縣8月7日22時突降強降雨，暴雨造成舟曲羅家溝發(fā)生泥石流，舟曲縣城被淹。在災(zāi)害發(fā)生時，日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)公布了一組陸地觀測技術(shù)衛(wèi)星拍攝到的照片，顯示了舟曲縣發(fā)生的大規(guī)模泥石流的痕跡。這些照片由日本的陸地觀測技術(shù)衛(wèi)星“大地”拍攝，被認為是甘南藏族自治州舟曲縣發(fā)生的大規(guī)模泥石流的痕跡。據(jù)介紹，照片拍攝于泥石流發(fā)生2天后的日本時間10日下午1點10分左右。這和該機構(gòu)今年3月10日拍攝的該地區(qū)照片對比可以發(fā)現(xiàn)山地植被消失。該機構(gòu)認為這是泥石流沖刷后的痕跡。該組織機構(gòu)有關(guān)人士表示，他們將會這一組照片將免費提供給中國，用于把握災(zāi)害規(guī)模。 這些照片很有利于救災(zāi)人員分析、了解災(zāi)情發(fā)布，便于搜救人員及時開展搜救活動。4.3.2 無人機航空影像及遙感影像數(shù)據(jù)一體化測圖系統(tǒng)pixelgrid 甘肅舟曲特大泥石流災(zāi)害發(fā)生后，在災(zāi)區(qū)通信、交通嚴重破壞的情況下，國家測繪局立即調(diào)遣無人飛機前往災(zāi)區(qū)開展航空攝影工作