【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及應(yīng)急救援，具體為一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、在自然災(zāi)害和人為事故中含水土質(zhì)環(huán)境下的埋壓人員救援面臨諸多挑戰(zhàn)，目前基于多個(gè)參數(shù)的滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)已相對(duì)成熟，主要依賴雨量、位移、應(yīng)變等指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算與分析，因受巖土性質(zhì)、地形條件和降雨特性等復(fù)雜因素影響導(dǎo)致災(zāi)害鏈預(yù)警難度較高，目前的預(yù)警平臺(tái)大都針對(duì)災(zāi)害進(jìn)行事前預(yù)警，幾乎沒(méi)有針對(duì)災(zāi)害發(fā)生后的監(jiān)測(cè)預(yù)警，現(xiàn)有技術(shù)缺乏一種能夠綜合監(jiān)測(cè)生命體征、救援裝備安全狀態(tài)和救援環(huán)境安全，為應(yīng)急救援人員設(shè)計(jì)的二次災(zāi)害預(yù)警平臺(tái)。
2、現(xiàn)有技術(shù)中救援預(yù)警系統(tǒng)存在的缺陷是：
3、1、專利文件us20080137589a1公開(kāi)了無(wú)線礦井跟蹤、監(jiān)測(cè)和救援通信系統(tǒng)，該救援通信系統(tǒng)不能對(duì)埋壓人員和救援人員的生命體征、救援裝備安全狀態(tài)以及救援環(huán)境安全進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警，無(wú)法確保救援人員在安全的環(huán)境下進(jìn)行救援行動(dòng)，救援風(fēng)險(xiǎn)高且救援效率低。
4、2、專利文件cn116400348a公開(kāi)了一種含水土質(zhì)埋壓人員救援現(xiàn)場(chǎng)邊坡安全監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置及方法，該監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置不能對(duì)埋壓人員和救援人員的生命體征、救援裝備安全狀態(tài)以及救援環(huán)境安全進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警，無(wú)法確保救援人員在安全的環(huán)境下進(jìn)行救援行動(dòng)，救援風(fēng)險(xiǎn)高且救援效率低。
5、3、專利文件cn115862263b公開(kāi)了一種含水土質(zhì)埋壓人員救援安全綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警裝備，該監(jiān)測(cè)預(yù)警裝備不能適應(yīng)數(shù)據(jù)的變化，無(wú)法在復(fù)雜的救援環(huán)境中做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和決策不利于評(píng)估災(zāi)害的影響、優(yōu)化救援方案并降
6、4、專利文件cn112419644a公開(kāi)了一種森林火災(zāi)應(yīng)急救援風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及方法，該監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)不能適應(yīng)數(shù)據(jù)的變化，無(wú)法在復(fù)雜的救援環(huán)境中做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和決策不利于評(píng)估災(zāi)害的影響、優(yōu)化救援方案并降低災(zāi)害損失，救援效率和質(zhì)量差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，以解決上述
技術(shù)介紹
中提出的問(wèn)題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，包括生命體征監(jiān)測(cè)模塊、救援裝備安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、救援環(huán)境安全監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)融合與算法分析模塊和安全監(jiān)測(cè)評(píng)估預(yù)警模塊；
3、所述數(shù)據(jù)融合與算法分析模塊將生命體征監(jiān)測(cè)模塊、救援裝備安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊及救援環(huán)境安全監(jiān)測(cè)模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，并采用隨機(jī)森林、孤立森林和arima+gru算法進(jìn)行分析。
4、優(yōu)選的，所述生命體征監(jiān)測(cè)模塊包括體征監(jiān)測(cè)傳感器和信號(hào)處理模塊，生命體征監(jiān)測(cè)模塊用于持續(xù)監(jiān)測(cè)被壓人員和救援人員的體溫、脈搏、呼吸、血壓四大生命體征，并確認(rèn)不同生理階段人員生命體征的安全狀態(tài)特征參量及閾值，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。
5、優(yōu)選的，所述救援裝備安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊采用高精度、高靈敏度傾角傳感器，結(jié)合三維動(dòng)態(tài)模擬仿真分析方法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)救援裝備的穩(wěn)定狀態(tài)。
6、優(yōu)選的，所述救援裝備安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊還包括傾角傳感器校準(zhǔn)模塊，所述傾角傳感器校準(zhǔn)模塊用于確保傾角傳感器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
7、優(yōu)選的，所述救援環(huán)境安全監(jiān)測(cè)模塊采用傳感器陣列技術(shù)，將邊坡變形監(jiān)測(cè)傳感器、邊坡二次坍塌監(jiān)測(cè)傳感器、氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器、土質(zhì)含水量變化監(jiān)測(cè)傳感器和危險(xiǎn)氣體種類和濃度監(jiān)測(cè)傳感器統(tǒng)一整合，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)救援環(huán)境的安全狀況。
8、優(yōu)選的，所述救援環(huán)境安全監(jiān)測(cè)模塊還包括數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊用于對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和特征提取。
9、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)融合與算法分析模塊還包括數(shù)據(jù)質(zhì)量控制模塊，用于確保數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。
10、優(yōu)選的，采用隨機(jī)森林算法確定危險(xiǎn)源分類，所述隨機(jī)森林算法公式如下：
11、gini(u)＝∑p(ui)*(1-p(ui))
12、其中p(ui)表示隨機(jī)樣本屬于類別i的概率，隨機(jī)森林在構(gòu)建每一棵樹(shù)時(shí)會(huì)從原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中有放回地隨機(jī)抽取樣本，并隨機(jī)選擇特征進(jìn)行劃分，在隨機(jī)森林中每一棵樹(shù)都會(huì)對(duì)輸入樣本進(jìn)行分類，最后通過(guò)投票的方式?jīng)Q定最終的分類結(jié)果。
13、優(yōu)選的，采用孤立森林算法識(shí)別埋壓人員生命體征和救援裝備安全狀態(tài)的異常，所述孤立森林算法公式如下：
14、s(x,n)＝2(-c(n)eh(x))
15、
16、其中s(x,n)表示樣本x的異常分?jǐn)?shù)，eh(x)為x在多棵樹(shù)中的路徑長(zhǎng)度的期望值，c(n)為包含n個(gè)樣本的數(shù)據(jù)集中樹(shù)的平均路徑長(zhǎng)度，用于標(biāo)準(zhǔn)化記錄x的路徑長(zhǎng)度；n表示生成每棵樹(shù)所使用的樣本數(shù)量。
17、優(yōu)選的，采用arima+gru算法對(duì)救援環(huán)境進(jìn)行預(yù)測(cè)，所述arima+gru算法公式如下：
18、arima(p,d,q)＝ar(p)+i(d)+ma(q)
19、其中ar(p)表示自回歸模型，i(d)表示差分模型，ma(q)表示移動(dòng)平均模型；
20、
21、其中ht是當(dāng)前時(shí)間步的隱藏狀態(tài)，是候選隱藏狀態(tài)，wh和uh是權(quán)重矩陣，bh是偏置項(xiàng)，tanh是雙曲正切激活函數(shù)，⊙表示逐元素乘法，rt是重置門(mén)的輸出，xt是當(dāng)前時(shí)間步的輸入，zt是更新門(mén)的輸出。
22、優(yōu)選的，所述安全監(jiān)測(cè)評(píng)估預(yù)警模塊根據(jù)分析數(shù)據(jù)建立，用于實(shí)時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，安全監(jiān)測(cè)評(píng)估預(yù)警模型還包括預(yù)警信息推送單元，所述預(yù)警信息推送單元用于將預(yù)警信息實(shí)時(shí)發(fā)送給指揮員和救援人員。
23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果如下：
24、1、本專利技術(shù)對(duì)埋壓人員和救援人員的生命體征、救援裝備安全狀態(tài)以及救援環(huán)境安全進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)救援環(huán)境的安全狀態(tài)確保救援人員在安全的環(huán)境下進(jìn)行救援行動(dòng)，保障救援人員的生命安全，提高救援效率和安全性，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)埋壓人員和救援人員的生命體征，為救援行動(dòng)提供及時(shí)的信息支持，從而提高救援效率并降低救援風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)救援裝備的安全狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)避免在救援過(guò)程中因裝備問(wèn)題導(dǎo)致的二次傷害或事故，系統(tǒng)整合了生命體征數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、裝備數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)源，為救援決策提供科學(xué)依據(jù)，提高決策的準(zhǔn)確性和有效性，為災(zāi)后評(píng)估、災(zāi)害成因分析以及未來(lái)的災(zāi)害預(yù)警提供有力的數(shù)據(jù)支持。
25、2、本專利技術(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)融合與算法分析模塊將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行融合并采用隨機(jī)森林、孤立森林和arima+gru算法進(jìn)行分析，隨機(jī)森林算法顯著降低單個(gè)決策樹(shù)的過(guò)擬合風(fēng)險(xiǎn)，從而提高整體模型的穩(wěn)定性和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，有助于更準(zhǔn)確地確定危險(xiǎn)源分類，為應(yīng)急救援提供有力支持，孤立森林算法在處理大數(shù)據(jù)時(shí)速度快，實(shí)時(shí)識(shí)別埋壓人員生命體征和救援裝備安全狀態(tài)的異常，有助于在資源有限的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)快速響應(yīng)和處置，arima+gru算法可以通過(guò)調(diào)整參數(shù)來(lái)捕捉不同類型的時(shí)間序列特征，并適應(yīng)數(shù)據(jù)的變化，有助于在復(fù)雜的救援環(huán)境中做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和決策，使應(yīng)急救援人員快速了解災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的情況，做出正確的決策和行動(dòng)，有助于評(píng)估災(zāi)害的影響、優(yōu)化救援方案并降低災(zāi)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：包括生命體征監(jiān)測(cè)模塊、救援裝備安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、救援環(huán)境安全監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)融合與算法分析模塊和安全監(jiān)測(cè)評(píng)估預(yù)警模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述生命體征監(jiān)測(cè)模塊包括體征監(jiān)測(cè)傳感器和信號(hào)處理模塊，生命體征監(jiān)測(cè)模塊用于持續(xù)監(jiān)測(cè)被壓人員和救援人員的體溫、脈搏、呼吸、血壓四大生命體征，并確認(rèn)不同生理階段人員生命體征的安全狀態(tài)特征參量及閾值，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述救援裝備安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊采用高精度、高靈敏度傾角傳感器，結(jié)合三維動(dòng)態(tài)模擬仿真分析方法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)救援裝備的穩(wěn)定狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述救援裝備安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊還包括傾角傳感器校準(zhǔn)模塊，所述傾角傳感器校準(zhǔn)模塊用于確保傾角傳感器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述救援環(huán)境安全監(jiān)測(cè)模塊還包括數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊用于對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和特征提取。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)融合與算法分析模塊還包括數(shù)據(jù)質(zhì)量控制模塊，用于確保數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：采用隨機(jī)森林算法確定危險(xiǎn)源分類，所述隨機(jī)森林算法公式如下：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：采用孤立森林算法識(shí)別埋壓人員生命體征和救援裝備安全狀態(tài)的異常，所述孤立森林算法公式如下：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：采用ARIMA+GRU算法對(duì)救援環(huán)境進(jìn)行預(yù)測(cè)，所述ARIMA+GRU算法公式如下：
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述安全監(jiān)測(cè)評(píng)估預(yù)警模塊根據(jù)分析數(shù)據(jù)建立，用于實(shí)時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，安全監(jiān)測(cè)評(píng)估預(yù)警模型還包括預(yù)警信息推送單元，所述預(yù)警信息推送單元用于將預(yù)警信息實(shí)時(shí)發(fā)送給指揮員和救援人員。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：包括生命體征監(jiān)測(cè)模塊、救援裝備安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、救援環(huán)境安全監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)融合與算法分析模塊和安全監(jiān)測(cè)評(píng)估預(yù)警模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述生命體征監(jiān)測(cè)模塊包括體征監(jiān)測(cè)傳感器和信號(hào)處理模塊，生命體征監(jiān)測(cè)模塊用于持續(xù)監(jiān)測(cè)被壓人員和救援人員的體溫、脈搏、呼吸、血壓四大生命體征，并確認(rèn)不同生理階段人員生命體征的安全狀態(tài)特征參量及閾值，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述救援裝備安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊采用高精度、高靈敏度傾角傳感器，結(jié)合三維動(dòng)態(tài)模擬仿真分析方法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)救援裝備的穩(wěn)定狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述救援裝備安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊還包括傾角傳感器校準(zhǔn)模塊，所述傾角傳感器校準(zhǔn)模塊用于確保傾角傳感器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多數(shù)據(jù)融合的含水土質(zhì)埋壓人員救援監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述救援環(huán)境安全監(jiān)測(cè)模塊采用傳感器陣列技術(shù)，將邊坡變形監(jiān)測(cè)傳感器、邊坡二次坍塌監(jiān)測(cè)傳感器、氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器、土質(zhì)含水量變化監(jiān)測(cè)傳感器和危險(xiǎn)氣體種類和濃度監(jiān)測(cè)傳感器統(tǒng)一整合，實(shí)時(shí)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王俊軍，華萬(wàn)仁，陳洪亮，仲秉夫，翟志軒，王子幼，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：應(yīng)急管理部上海消防研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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