一种灾难现场多功能生命救助系统救助卡随机接入方法 技术领域 本发明涉及无线通信和公共安全领域， 具体的说， 是在地震、 泥石流等灾害发生现 场， 对被困人员实施定位的一种基于多功能生命救助系统的灾难现场多功能生命救助系统 救助卡随机接入方法。
技术背景 近年来， 地震、 泥石流、 滑坡等自然灾害频繁发生。 由于目前技术手段的相对滞后， 对这些突发性地质灾害还无法准确预警。一旦灾害发生， 往往导致房屋垮塌、 人员被埋， 人 民的生命安全遭受严重威胁。为了更好的挽救灾害发生后被困人员的生命， 研究有效的救 援手段、 开发可靠的救援设备势在必行。
多功能生命救助系统是一种在灾害环境下动态建立的生命搜救系统， 由被困人员 随身携带的救助卡与救援人员手持的接收仪构成。 救援人员利用接收仪对救助卡执行唤醒 启动操作， 启动被困人员随身携带的救助卡发送快速接入信息， 并通过无线连接建立请求
获取被困人员的基本信息， 为有效地展开被困人员救援与定位提供帮助。
在实际灾难现场， 被困人员随身携带的生命救助卡与救援人员携带的信号接收仪 组成 MP-to-MP(Multi-Point-to-Multi-Point) 结构。首先， 由于掩埋、 废墟等特殊环境使 得救援系统中救助卡与接收仪之间链路数据传输的可靠性无保障 ； 其次， 由于救助卡体积、 成本、 功耗、 供电等多方面的限制使得其难以实现精确同步， 这也使得难以采用譬如 TDMA、 CDMA 等接入控制协议 ； 再者， 救援现场存在的多个接收仪在搜救过程中可能存在控制指令 相互干扰。
基于上述原因使得生命救助系统救助卡与接收仪之间的接入通信存在多种不确 定因素与干扰， 而高效的救助卡接入、 救助卡信息获取以及救助卡定位是快速展开救援的 关键。目前也尚无基于生命救助系统的接入协议。 发明内容
本发明提供一种基于多功能生命救助系统的灾难现场多功能生命救助系统救助 卡随机接入方法， 特别针对灾害发生后的特定环境， 能够有效克服现有定位方法在灾害环 境下的不足， 准确获取被困人员的位置信息和个人信息。
为达到上述目的， 本发明建立在多功能生命救助系统的基础上。
多功能生命救助系统由至少一个生命救助卡和至少一个生命信号接收仪组成， 生 命救助卡在灾害发生时能够向外界发送包含有佩戴人员身份等信息的信号， 生命信号接收 仪通过接收到的信号实施对被困人员定位。
其中生命救助卡设置有人体热红外传感器模块和心脏探测传感器模块 ；
所述人体热红外传感器模块的输出端连接在第一低功耗单片机模块的热红外输 入端 ；
所述心脏探测传感器模块的输出端连接在第一低功耗单片机模块的心电输入端； 所述第一低功耗单片机模块的调制解调端与第一无线调制解调模块双向连接 ；
所述第一无线调制解调模块经第一收发天线与所述生命信号接收仪无线通信 ；
所述生命信号接收仪设置有第二无线调制解调模块， 该第二无线调制解调模块经 第三收发天线与所述第一收发天线无线通信 ；
所述第二无线调制解调模块还与第二低功耗单片机模块双向连接 ；
所述第二低功耗单片机模块的视频端连接在 LCD 驱动模块的输入端上， LCD 驱动 模块的输出端连接有 LCD 显示模块 ；
所述第二低功耗单片机模块的音频端连接在 D/A 转换模块的数字输入端上 ；
所述 D/A 转换模块的模拟输出端连接在音频滤波 / 放大模块输入端上， 所述音频 滤波 / 放大模块的输出端连接有扬声器。
所述第一低功耗单片机模块的数据接口端组双向连接有大容量 Flash 存储器。
所述第一低功耗单片机模块的双音多频端与第一双音多频模块双向连接 ；
所述第一双音多频模块的无线收发端与第一模拟调制解调模块双向连接 ；
所述第一模拟调制解调模块经第二收发天线与所述生命信号接收仪无线通信 ；
所述生命信号接收仪设置有第二模拟调制解调模块， 该第二模拟调制解调模块经 第四收发天线与所述第二收发天线无线通信 ；
所述第二模拟调制解调模块与第二双音多频模块的无线收发端双向连接 ；
所述第二双音多频模块与所述第一低功耗单片机模块的双音多频端双向连接。
所述生命救助卡还设置有第一电源模块， 该第一电源模块为所述生命救助卡中各 单元模块供电 ；
所述生命信号接收仪还设置有第二电源模块， 该第二电源模块为所述生命信号接 收仪中各单元模块供电。
所述第一模拟调制解调模块和第二收发天线的射频工作频率选择为 88MHz ～ 108MHz 调频频段 ；
所述第二模拟调制解调模块和第四收发天线的射频工作频率选择为 88MHz ～ 108MHz 调频频段。
所述第一无线调制解调模块和第一收发天线的射频工作频率选择为 433MHz ISM 频段 ；
所述第二无线调制解调模块和第三收发天线的射频工作频率选择为 433MHz ISM 频段。
所述生命救助卡存储有携带者的身份信息和血型信息， 能够检测到生命迹象的存 在， 利用生命迹象信号触发， 将携带者的身份信息和血型信息等组帧， 加入信标信号， 构成 求救信号， 以射频方式周期性间断发射 ；
生命信号接收仪接收生命救助卡发出的射频信号， 通过解调后， 提取出携带者的 身份信息和血型信息等， 存储并通过 LCD 显示这些信息， 同时通过语音播报被困人员的救 援信息。
生命救助卡平时处于低功耗待机状态， 当发生灾害时， 救援人员携带生命信号接 收仪到达搜救现场， 通过生命信号接收仪唤醒被困人员随身携带的生命救助卡， 生命救助
卡利用人体热红外传感器和心脏探测传感器感应被困人员的生命体征， 以此生命迹象的存 在信号作为触发信号， 把被困人员的身份信息和血型信息等组帧， 加入信标信号， 构成求救 信号， 通过微波数字调制方式或模拟调频方式， 把数字信号调制到载频上， 最后以射频方式 周期性间断发射 ； 救援人员通过生命信号接收仪搜寻来自生命救助卡发射的射频信号， 一 旦搜寻到， 通过微波数字解调或模拟解调后， 提取出携带者的身份信息和血型信息等， 存储 并通过 LCD 显示这些信息， 同时通过语音播报被困人员的救援信息 ； 利用信标信号和无线 定位算法实施被困人员搜寻定位， 指导救援人员有目的地实施救援工作。
本发明表述的一种灾难现场多功能生命救助系统救助卡随机接入方法， 其关键在 于： 由接收仪接入控制方法和救助卡接入控制方法组成， 其中接收仪接入控制方法包括救 助卡统计流程和救助卡信息获取流程， 实现接收仪和救助卡的无线交互通信。
A1、 所述接收仪的救助卡统计流程依据如下步骤 ：
步骤 1.1、 接收仪参数初始化 ；
步骤 1.2、 接收仪下行信道广播， 启动唤醒指令 n1 次， 唤醒接收仪信号覆盖区内的 救助卡 ；
步骤 1.3、 接收仪切换到上行信道， 进入监听周期 ； 步骤 1.4、 接收仪判断是否有救助卡发送的接入请求和救助卡的序列号， 如果接 受到接入请求和救助卡的序列号， 则记录救助卡的序列号， 催眠该救助卡， 监听周期数 n 清 零， 进入步骤 1.5 ；
如果未接受到接入请求和救助卡的序列号， 则监听周期数 n ＝ n+1， 进入步骤 1.5 ；
步骤 1.5、 判断监听周期数 n 是否达到 n2 次， 如果没有达到 n2 次， 则返回所述步骤 1.3， 进入新的监听周期 ；
如果监听周期数 n 达到 n2 次， 则进入步骤 1.6 ；
步骤 1.6、 判断是否有救助卡的接入请求和序列号信息， 如果没有接入请求和序列 号信息， 则判断没有救助对象 ；
如果有接入请求和序列号信息， 则进行救助卡信号解析和数量 n3 统计。
在搜救现场， 可以事先设定一个搜索区域， 并围绕该区域做至少三次救助卡统计 流程， 通过三次定向搜索， 再对三次搜索到的 n3 进行统计， 找出其中序列号信息完全一致 的救助卡， 就能确定为在该区域内的救助卡， 其他信息不一致的信息， 可能是搜索区域外的 救助卡， 需要进一步在多个区域进行统计。经过筛选后的 n3 条信息是比较准确的救助卡资 源信息。
A2、 所述接收仪的救助卡信息获取流程依据如下步骤 ：
步骤 2.1、 选定 n3 条救助卡中的任一条信息， 提取该救助卡的序列号 ；
步骤 2.2、 根据救助卡序列号激活该救助卡， 保持对其它救助卡的催眠 ；
步骤 2.3、 判断是否获得所述激活救助卡的信息， 如果没有获得所述激活救助卡 的信息， 则判断是否对该救助卡进行了 n4 次激活， 如果还未到 n4 次激活， 则返回所述步骤 2.2， 如果已经进行了 n4 次激活， 则进入步骤 2.4 ；
如果获得了所述激活救助卡的信息， 则直接进入步骤 2.4 ；
步骤 2.4、 释放该救助卡 ；
步骤 2.5、 判断是否完成所有 n3 条救助卡的释放 ； 如果没有完成， 则返回所述步骤2.1 ； 如果已经完成 n3 条救助卡的释放， 则完成信息获取 ；
救助卡信息获取流程也需要在搜救区域的至少三个位置重复执行， 主要原因是生 命信号接收仪于探测点 A1、 B1、 C1 接收 n3 个生命救助卡中依次被唤醒的每一个生命救助卡 通讯信号并存储， 根据接收信号强度估计每一个生命救助卡与生命信号接收仪之间的距离 向量 da1、 db1、 dc1 ； 再根据所述距离向量 da1、 db1、 dc1 中的元素 da1i、 db1i、 dc1i， 采用三边测量法 计算出被困人员的位置信息 ；
探测点 A1、 探测点 B1、 探测点 C1 的坐标分别为 (xa1， ya1， za1)、 (xb1， yb1， zb1)、 (xc1， yc1， zc1)， 生命救助卡的坐标为 (x， y， z)， 存在下列公式 ：
可以得到被困人员的坐标为 ：从而得到被困人员的位置信息。
B1、 所述救助卡接入控制方法的流程为 ：
步骤 3.1、 救助卡初始化， 救助卡处于下行信道监听状态 ；
步骤 3.2、 判断救助卡是否收到接收仪发出的唤醒指令 ；
如果未收到唤醒指令， 则继续判断是否收到唤醒指令 ；
如果收到唤醒指令， 则进入步骤 3.3 ；
步骤 3.3、 执行退避算法， 设定接入请求发送时间点， 在发送接入时间点发送接入 请求和序列号信息， 打开退避计数器 ；
如果所有救助卡都在同一时间发送接入请求， 接收仪就难以一一获取和识别所有 救助卡的接入请求， 因此需要救助卡随机设定一个发送接入时间点， 彼此错开接入请求发 送时间。
步骤 3.4、 判断是否接收到含有本救助卡序列号的催眠指令 ； 如果接收到催眠指 令， 则进入步骤 3.5 ；
接收仪一次激活一个救助卡， 其他救助卡被催眠， 避免出现信号干扰。
如果未收到催眠指令， 则判断退避计数器是否减到零， 如果未减到零， 则返回所述 步骤 3.4， 如果退避计数器减到零， 则切换到上行通道， 连续发送 n5 次含有本救助卡序列号 的接入请求， 切换到下行信道， 返回所述步骤 3.3 ；
步骤 3.5、 记录发送催眠指令的接收仪的序列号， 关闭退避计数器， 处于下行信道监听状态 ；
如果是其它区域的接收仪在工作， 未对本响应救助卡发送的接入请求响应， 救助 卡会回到初始状态， 继续等待。
如果是本区域的接收仪在工作， 救助卡收到接收仪的激活指令或催眠指令， 都视 该接收仪为归属接收仪， 只对该接收仪的指令进行响应。
步骤 3.6、 判断是否收到含有本救助卡序列号的激活指令， 如果未收到激活指令， 则判断等待激活指令的时间是否超时， 如果未超时， 则继续判断是否收到含有本救助卡序 列号的激活指令， 如果等待激活指令的时间超时， 则返回所述步骤 3.1 ；
如果收到激活指令， 则进入步骤 3.7 ；
步骤 3.7、 发送本救助卡存储的信息 ；
步骤 3.8、 判断是否收到含有本救助卡序列号的释放指令， 如果收到释放指令， 则 返回所述步骤 3.1 ；
接收仪发送释放指令， 解除接收仪与救助卡之间的归属关系， 救助卡可以接收其 他接收仪的信息指令。
如果未收到， 则进入步骤 3.8 ； 步骤 3.8、 判断等待释放指令的时间是否超时， 如果等待释放指令的时间未超时， 则返回所述步骤 3.6 ；
如果等待释放指令的时间超时， 则返回所述步骤 3.1。
本发明的显著效果是 ： 提供了一种灾难现场多功能生命救助系统救助卡的随机接 入方法， 特别针对灾害发生后的特定环境， 能够有效克服现有接入方法和定位方法在灾害 环境下的不足， 可靠获取被困人员的位置信息和个人信息。
附图说明
图 1 是多功能生命救助系统的结构框图 ；
图 2 是本发明应用场景描述图， 在灾难现场存在多个需要救援的区域， 如图中虚 线框所示区域， 救援区内的空心圆代表被困人员佩戴的救助卡， 区域外的 PDA 即为生命信 号接收仪， 生命信号接收仪执行救助卡统计与信息获取， 救助卡 2 根据接收仪指令执行接 入过程， 各 PDA 可以独立不干扰的工作 ；
图 3 是接收仪接入控制方法中救助卡统计流程图 ；
图 4 是接收仪接入控制方法中救助卡信息获取流程图 ；
图 5 是救助卡接入控制方法流程图 ；
图 6 是接收仪逐一确定待定位的被困人员示意图， 图中空心圆代表非被困人员佩 戴的救助卡， 实心圆， 即 D 点代表被激活的生命救助卡， 灰色圆代表被催眠的生命救助卡和 无生命体征的生命救助卡， PDA 代表生命信号接收仪， A1、 B1、 C1 表示接收仪的三个测量点。 具体实施方式
下面就具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图 1、 2 所示 ： 多功能生命救助系统由至少一个生命救助卡和至少一个生命信 号接收仪组成， 生命救助卡在灾害发生时能够向外界发送包含有佩戴人员身份等信息的信号， 生命信号接收仪通过接收到的信号实施对被困人员定位。
其中生命救助卡设置有人体热红外传感器模块和心脏探测传感器模块 ；
所述人体热红外传感器模块的输出端连接在第一低功耗单片机模块的热红外输 入端 ；
所述心脏探测传感器模块的输出端连接在第一低功耗单片机模块的心电输入 端；
所述第一低功耗单片机模块的调制解调端与第一无线调制解调模块双向连接 ；
所述第一无线调制解调模块经第一收发天线与所述生命信号接收仪无线通信 ；
所述生命信号接收仪设置有第二无线调制解调模块， 该第二无线调制解调模块经 第三收发天线与所述第一收发天线无线通信 ；
所述第二无线调制解调模块还与第二低功耗单片机模块双向连接 ；
所述第二低功耗单片机模块的视频端连接在 LCD 驱动模块的输入端上， LCD 驱动 模块的输出端连接有 LCD 显示模块 ；
所述第二低功耗单片机模块的音频端连接在 D/A 转换模块的数字输入端上 ；
所述 D/A 转换模块的模拟输出端连接在音频滤波 / 放大模块输入端上， 所述音频 滤波 / 放大模块的输出端连接有扬声器。
所述第一低功耗单片机模块的数据接口端组双向连接有大容量 Flash 存储器。
所述第一低功耗单片机模块的双音多频端与第一双音多频模块双向连接 ；
所述第一双音多频模块的无线收发端与第一模拟调制解调模块双向连接 ；
所述第一模拟调制解调模块经第二收发天线与所述生命信号接收仪无线通信 ；
所述生命信号接收仪设置有第二模拟调制解调模块， 该第二模拟调制解调模块经 第四收发天线与所述第二收发天线无线通信 ；
所述第二模拟调制解调模块与第二双音多频模块的无线收发端双向连接 ；
所述第二双音多频模块与所述第一低功耗单片机模块的双音多频端双向连接。
所述生命救助卡还设置有第一电源模块， 该第一电源模块为所述生命救助卡中各 单元模块供电 ；
所述生命信号接收仪还设置有第二电源模块， 该第二电源模块为所述生命信号接 收仪中各单元模块供电。
如图 3、 4、 5 所示 ： 一种灾难现场多功能生命救助系统救助卡随机接入方法， 其关 键在于 ： 由接收仪 1 接入控制方法和救助卡 2 接入控制方法组成， 其中接收仪 1 接入控制方 法包括救助卡统计流程和救助卡信息获取流程， 实现接收仪 1 和救助卡 2 的无线交互通信。
如图 3 所示 ： A1、 所述接收仪 1 的救助卡统计流程依据如下步骤 ：
步骤 1.1、 接收仪 1 参数初始化 ；
步骤 1.2、 接收仪 1 下行信道广播， 启动唤醒指令 n1 次， 唤醒接收仪 1 信号覆盖区 内的救助卡 2 ；
步骤 1.3、 接收仪 1 切换到上行信道， 进入监听周期 ；
步骤 1.4、 接收仪 1 判断是否有来自救助卡 2 的接入请求和救助卡 2 的序列号， 如 果接收到接入请求和救助卡 2 的序列号， 则记录救助卡 2 的序列号， 催眠该救助卡 2， 监听周 期数 n 清零， 进入步骤 1.5 ；监听周期数 n 的初始值为零。 如果未接收到接入请求和救助卡 2 的序列号， 则监听周期数 n ＝ n+1， 进入步骤1.5 ； 步骤 1.5、 判断监听周期数 n 是否达到 n2 次， 如果未达到 n2 次， 则返回所述步骤 1.3， 进入新的监听周期 ；
如果监听周期数 n 达到 n2 次， 即 n ＝ n2， 则进入步骤 1.6 ；
步骤 1.6、 判断是否有救助卡 2 的接入请求和序列号信息， 如果没有接入请求和序 列号信息， 则判断没有救助对象 ；
如果有接入请求和序列号信息， 则进行救助卡 2 的信号解析和数量 n3 统计。
在搜救现场， 可以事先设定一个搜索区域， 并围绕该区域做至少三次救助卡统计 流程， 通过三次定向搜索， 再对三次搜索到的 n3 进行统计， 找出其中序列号信息完全一致 的救助卡 2， 就能确定为在该区域内的救助卡 2， 其他信息不一致的信息， 是搜索区域外的 救助卡 2。经过筛选后的 n3 条信息是比较准确的救助卡 2 资源信息。 。
如图 4 所示 ： A2、 所述接收仪 1 的救助卡信息获取流程依据如下步骤 ：
步骤 2.1、 选定 n3 条救助卡 2 中的任一条信息， 提取该救助卡 2 的序列号 ；
步骤 2.2、 根据救助卡 2 序列号激活该救助卡 2， 保持对其它救助卡的催眠 ；
步骤 2.3、 判断是否获得所述激活救助卡 2 的信息， 如果没有获得所述激活救助卡 2 的信息， 则判断是否对该救助卡 2 进行了 n4 次激活， 如果还未到 n4 次激活， 则返回所述步 骤 2.2， 如果已经进行了 n4 次激活， 则进入步骤 2.4 ；
如果获得了所述激活救助卡 2 的信息， 则直接进入步骤 2.4 ；
步骤 2.4、 释放该救助卡 2 ；
步骤 2.5、 判断是否完成所有 n3 条救助卡 2 的释放 ； 如果没有完成， 则返回所述步 骤 2.1 ；
如果已经完成 n3 条救助卡 2 的释放， 则完成信息获取 ；
救助卡信息获取流程也需要在搜救区域的至少三个位置重复执行， 主要原因是 ：
如图 6 所示 ： 生命信号接收仪于探测点 A1、 B1、 C1 接收 n3 个生命救助卡中依次被唤 醒的每一个生命救助卡通讯信号并存储， 根据接收信号强度估计每一个生命救助卡与生命 信号接收仪的距离向量 da1、 db1、 dc1 ；
再根据所述距离向量 da1、 db1、 dc1 中的元素 da1i、 db1i、 dc1i， 采用三边测量法计算出被 困人员的位置信息 ；
探测点 A1、 探测点 B1、 探测点 C1 的坐标分别为 (xa1， ya1， za1)、 (xb1， yb1， zb1)、 (xc1， yc1， zc1)， 生命救助卡的坐标为 (x， y， z)， 存在下列公式 ：
可以得到被困人员的坐标为 ：从而得到了被困人员的准确位置信息。
如图 5 所示 ： B1、 所述救助卡 2 接入控制方法的流程为 ：
步骤 3.1、 救助卡 2 初始化， 救助卡 2 处于下行信道监听状态 ；
步骤 3.2、 判断救助卡 2 是否收到接收仪 1 发出的唤醒指令 ；
如果未收到唤醒指令， 则继续判断是否收到唤醒指令 ；
如果收到唤醒指令， 则进入步骤 3.3 ；
步骤 3.3、 执行退避算法， 设定接入请求发送时间点， 在发送接入时间点发送接入 请求和序列号信息， 打开退避计数器 ；
如果所有救助卡 2 都在同一时间发送接入请求， 接收仪 1 难以一一获取和识别所 有救助卡 2 的接入请求， 因此需要救助卡 2 随机设定一个发送接入时间点， 彼此错开接入请 求发送时间。
步骤 3.4、 判断是否接收到含有本救助卡 2 序列号的催眠指令 ； 如果接收到催眠指 令， 则进入步骤 3.5 ；
接收仪 1 一次激活一个救助卡 2， 其它救助卡 2 被催眠， 避免出现信号干扰。
如果未收到催眠指令， 则判断退避计数器是否减到零， 如果未减到零， 则返回所述 步骤 3.4， 如果退避计数器减到零， 则切换到上行通道， 连续发送 n5 次含有本救助卡 2 序列 号的接入请求， 切换到下行信道， 返回所述步骤 3.3 ；
步骤 3.5、 记录发送催眠指令的接收仪 1 的序列号， 关闭退避计数器， 处于下行信 道监听状态 ；
设定为归属接收仪 1。
如果是其它区域的接收仪 1 在工作， 未对本响应救助卡 2 发送的接入请求响应， 救 助卡 2 会回到初始状态， 继续等待。
如果是本区域的接收仪 1 在工作， 救助卡 2 收到接收仪 1 的激活指令或催眠指令， 都视该接收仪 1 为归属接收仪 1， 只对该接收仪 1 的指令进行响应。
步骤 3.6、 判断是否收到含有本救助卡序列号的激活指令， 如果未收到激活指令， 则判断等待激活指令的时间是否超时， 如果未超时， 则继续判断是否收到含有本救助卡序 列号的激活指令， 如果等待激活指令的时间超时， 则返回所述步骤 3.1 ；
如果收到激活指令， 则进入步骤 3.7 ；
步骤 3.7、 发送本救助卡存储的信息 ；
步骤 3.8、 判断是否收到含有本救助卡序列号的释放指令， 如果收到释放指令， 如 则返回所述步骤 3.1 ；
接收仪 1 发送释放指令， 解除接收仪 1 与救助卡 2 之间的归属关系， 救助卡 2 可以 接收其他接收仪 1 的信息指令。
如果未收到， 则进入步骤 3.8 ；
步骤 3.8、 判断等待释放指令的时间是否超时， 如果等待释放指令的时间未超时， 则返回所述步骤 3.6 ；
如果等待释放指令的时间超时， 则返回所述步骤 3.1。