一种基于物联网的火场进入控制方法技术领域
本发明涉及一种火灾智能救助领域，尤其是涉及一种基于物联网的火场进入控制
方法。
背景技术
一、低功耗广域网(LPWAN)：
当前，低功耗广域网(LPWAN)是物联网领域中一个新的发展热点，由于其低功耗、
广域的特点，非常适合于物联网大规模的部署。在中国制造2025和智慧城市建设发展过程
中，低功耗广域网应用将会越来越多。下面可以从几个方面了解一下低功耗广域网：
近距离和远距离：常见的近距离无线通信技术，如Wi-Fi、蓝牙等，通信距离一般几
十米，若要覆盖一个地区一个城市的网络，则部署成本会较高。而低功耗广域网无线通信距
离可达几公里，甚至几十公星。无线通信距离的增加，为物联网应用带来了新的发展空间，
补上了物联网无线通信距离的短板，为物联网大规模的应用部署提供了技术支撑。
高速率和低速率：电脑、手机上网浏览网页、视频等应用需求追求的是高数据速
率，速度越快越好。而另一方面，物联网的一些应用中，数据速率并非越快越好，通讯频次
低，传输的数据量也非常少，如抄表等。
电源和低功耗：高数据速率带来的是高功耗，需要有充足的电源供应。而低功耗广
域网的数据速率低，终端节点仅需要少量的电能就可以维持工作，这样就可以使用电池供
电或其他的能量收集的方式供电，这有助于在一定范围内使终端节点可以大规模地接入网
络。
公共网和私有网：相对于电信运营商遍布全国的网络，地功耗广域网方兴未艾。电
信网络运营商有成熟的商业模式，而低功耗广域网没有现成的商业模式可以参考，需要不
断探索创新。低功耗广域网的建设相对电信运营商的网络来说成本小很多，可以以较小的
投入搭建起一个小的运营网络来，可以做一些项目的商业化运营。但若要大面积铺设网络，
覆盖一个城市甚至一个国家，还是离不开电信运营商的参与和支持(如现在的铁塔公司)。
若电信网络的称之为“公网”，商业化运营的低功耗广域网络则可称为“私网”或“小网”，在
小范围内独立化商业化运营，未来可能会出现一种“私网”的运营商。
二、技术和LoRaWANTM：
LoRa是“Long Rang”的意思，是一种低功耗长距离无线通信技术，主要面向物联网
(IoT)或M2M等应用，是低功耗广域网(LPWAN)一种重要的无线技术。
·长距离：在密集的城市环境和市内，基站或网关具有较强的穿透能力。
在空旷郊区连接传感器距离可以达到15-30KM，甚至更远。
·低成本：的基础建设和运营成本低，终端节点传感器的成本也低。
·标准化：LoRaWANTM保证了应用之间的豆操作性，物联网方案提供商和电信运营
商可以加速采用和部署。
·低功耗：LoRaWANTM协议专门为低功耗而开发，电池寿命可达多年。
LoRaWANTM属于一种低功耗广域网络(LPWAN)规范，适用于在地区、国家或全球网络
中的电池供电的无线设备。LoRaWANTM以物联网的关键要求为目标，如安全的双向通讯、移动
化和本地化服务。该标准提供智能设备间无缝的互操作性，不需要复杂的本地安装，给用
户、开发者、企业以自由，使其在物联网中发挥作用。
LoRaWANTM网络结构通常地布局为一个星型拓扑结构，其中网关是一个透明桥接，
在终端设备和后台中央网络服务器之间转送数据。通过标准IP协议连接网关与网络服务
器，而终端设备使用无线通信单跳到一个或多个网关。所有终端节点通信一般都是双向的，
但还支持诸如组播操作以实现软件空中升级(OTA)或其他大量信息分发以减少空中通信时
间。
终端设备和网关之间的通信以不同频道和数据速率传播。数据速率的选择需要在
通信距离和通信时延间做一个权衡。由于扩频技术，不同数据速率的通信相互间不会干扰，
并会创建一组“虚拟”通道，增加了网关的容量。LoRaWANTM的数据速率范围从0.3kbps到
50kbps。
为最大限度地提升终端设备的电池寿命和整体网络容量，LoRaWANTM网络服务器通
过一种自适应数据速率(ADR)的方法分别为每个终端设备和RF输出管理数据。
针对物联网的全国范围的网络，如重要的基础设施、保密的个人数据或对安全通
信有特殊需求的社会重要功能。这己通过几层的加密解决了。
低功耗广域网(LPWAN)预计将会支持物联网预测的数十亿设备的一个主要部分。
LoRaWANTM协议采用自下而上设计，为电池寿命、容量、距离和成本而优化了LPWAN。
是物理层或无线调制用于建立长距离通信链路。许多传统的无线系统使
用频移键控(FSK)调制作为物理层，因为它是一种实现低功耗的非常有效的调制。
采用线性调频扩频调制技术，它保持了与FSK调制相同的低功耗特性，但明显地增加了通信
距离。线性扩频己在军事和空间通信领域使用了数十年，由于其可以实现长通信距离和干
扰的鲁棒性，但是是第一个用于商业用途的低成本实现。
长距离能力是的巨大优势。单个网关或基站可以覆盖整个城市或数百平
方公里范围。在一个给定的位置，距离在很大程度上取决于环境或障碍物，但和
LoRaWANTM有一个链路预算优于其他任何标准化的通信技术。链路预算，通常用分贝(dB为单
位)表示，是在给定的环境中决定距离的主要因素。
LoRaWANTM定义了网络的通讯协议和系统架构，而物理层能够使长距离通
讯链路成为可能。协议和网络架构对节点的电池寿命、网络容量、服务质量、安全性、网络的
各种应用服务质量等影响最大。
许多现有部署的网络采用了网状网络架构。在网状网络中，个别终端节点转发其
他节点的信息，以增加网络的通信距离和网络区域规模大小。虽然这增加了范围，但也增加
了复杂性，降低了网络容量，并降低了电池寿命，因节点接受和转发来自其他节点的可能与
其不相关的信息。当实现长距离连接时，长距离星型架构最有意义的是保护了电池寿命。
在LoRaWANTM网络中，节点与专用网关无关。相反，一个节点传输的数据通常是由多
个网关收到。每个网关将从终端节点接收到的数据包通过一些回程(LTE、以太网、卫星或
Wi-Fi)转发到基于云计算的网络服务器。智能化和复杂性放到了服务器上，服务器管理网
络和过滤冗余的接受到的数据，执行安全检查，通过最优的网关进行调度确认，并执行自适
应数据速率等。如果一个节点是移动的或正在移动，不需要从网关到网关切换，这是一个重
要的功能，可以应用于资产跟踪。
物联网应用中的无线技术，除通信网的2G/3G/4G外，还有局域网和短距的多种通
信技术，比如2.4G频段的WiFi，蓝牙、Zigbee和Sub-Ghz等等。这些短距无线技术，优缺点也
都非常明显。而且从无线应用开发和工程运维人员角度来看，一直以来都存在这样一个两
难问题：即设计人员在更长的距离和更低的功耗两者之间只能二选一。而采用LoRa技术之
后，设计人员现在可做到两者都兼顾，最大程度地实现更长距离的通信与更低的功耗，同时
还可节省额外的中继器成本。
LoRa作为低功耗广域网(LPWAN)的一种长距离通信技术，近些年受到越来越多的
关注。随着物联网从近距离到远距离的发展，必将会产生一些新的行业应用和商务模式。思
科(Cisco)、IBM、升特(Semtech)及微芯(Microchip)等LoRa联盟成员正在积极推广LoRa技
术。ST己与Semtech达成合作，将会推出基于LoRa的参考设计，提供给LoRa开发者更多的产
品和设计资源，以帮助开发者进行基于LoRa技术的物联网设计开发。
火场进入系统需要实时的将消防员附近的温度，以及消防员随身携带的压缩空气
气体压力，发送给现场救援的火场指挥官，指挥官依据现场情况，获得第一手的资料，通过
无线对讲机进行语音沟通，以及下达指令。
火场进入系统需要能够将消防员的异常状态，以及其他信息通知现场火场指挥
官，同时，现场指挥官也需要能够及时的下发撤退指令，通过声音，灯光指示灯信息，告知消
防员撤退。
但是一般来说，火场情况复杂，在某些特定的条件下，无线的语音沟通失效，LoRa
的深度覆盖能力表现出优秀的，无可比拟的能力。
发明内容
在部署LoRa物联网应用时，需要有较强的技术基础，尤其是LoRaWAN协议，设计一
个稳定可靠的产品系统，仍有一定的技术门槛。为减少LoRa开发者的基础工作的工作量，加
速物联网系统的设计和部署，本发明提供了一种基于LoRa的极速的物联网平台解决方案。
具体地，提供了一种基于物联网的火场进入控制系统和方法。
一种基于物联网的火场进入控制系统，其特征在于，该系统包括火场进入Node子
系统、火场进入LoRa Gateway&Server子系统、以及监视控制子系统；
所述火场进入Node子系统包含多个LoRa Node终端，每个进入火场的用户配置一
个LoRa Node终端，每个LoRa Node终端包含LoRa天线、以及WIFI天线；
所述火场进入LoRa Gateway&Server子系统包含集成的LoRa Gateway芯片和LoRa
Server芯片、LoRa天线、WIFI天线、以及电池组；
所述监视控制子系统用于对火场进入Node子系统和火场进入LoRa Gateway&
Server子系统进行监控；
所述LoRa Node终端之间通过LoRa连接；
所述火场进入Node子系统中的每个LoRa Node终端与所述火场进入LoRa
Gateway&Server子系统之间通过LoRa WAN网络无线连接；
所述火场进入Node子系统中的每个LoRa Node终端与所述监视控制子系统之间通
过WIFI和/或COFDM无线连接；
所述火场进入LoRa Gateway&Server子系统与所述监视控制子系统之间通过WIFI
和/或COFDM无线连接。
可选地，所述LoRa Node终端包括以下功能模块：
·视频采集模块，包括红外线摄像机和可见光摄像机；
·火场环境检测模块，包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、空气成份传感
器、风速传感器；
所述空气成份传感器可以监测石油气、甲烷、一氧化碳、以及二氧化碳的浓度；
·生命体征检测模块，包括体表温度传感器、心率传感器、血压传感器、以及呼吸
传感器；
·A/D转换模块，用于将火场环境检测模块和生命体征检测模块中各个传感器采
集的模拟信号转换成数字信号；
·导航定位模块，包括惯性导航定位单元、以及卫星导航定位单元；所述卫星导航
定位单元包括GPS定位子单元和北斗定位子单元；当卫星导航定位信号较强时，使用卫星导
航定位单元进行导航定位；当卫星导航定位信号较弱或不存在时，使用惯性导航定位单元
进行导航定位；
·无线通讯模块，包括LoRa天线、以及WIFI天线；
·电子地图接收模块，用于在用户进入火场之前，通过LoRaWAN网络从所述火场进
入LoRa Gateway&Server子系统下载火场的建筑物电子地图；或者，通过WIFI网络从所述监
视控制子系统下载火场的建筑物电子地图；
·预定路线生成模块，用于在用户进入火场之前，根据下载的火场的建筑物电子
地图生成多条进入火场的预定路线，并将最优的预定路线推荐给用户；
·预定路线偏离提示模块，用于当用户的实际位置偏离所述预定路线时，提示用
户当前位置已经偏离预定路线；
·逃生路线计算模块，用于当用户当前位置已经偏离预定路线时，根据所述火场
的建筑物电子地图以及用户的当前位置为用户重新计算路线；
·障碍物提示模块，用于实时读取用户的实际位置，当用户接近所述火场的建筑
物电子地图中的障碍物时，语音提示用户注意上述障碍物；所述障碍物包括：台阶、转弯、楼
梯、横梁、立柱、门、门框、门槛、地面凸起物、坑、洞；
·气瓶连接模块，用于将所述LoRa Node终端的高压气管接口与呼吸器气瓶的气
管连接，所述连接通过插销固定；
·开机模块，用于当满足以下条件之一时，实现所述LoRa Node终端的开机；
i)在终端关机的状态下，用户按压电源键超过3秒；
ii)在终端关机的状态下，打开气瓶高压阀后，气瓶输出压力大于1Mpa的时间持续
3秒以上；
·关机模块，用于在终端开机的状态下，当压力表压力显示值低于1MPa，且用户按
电源键超过3秒时，实现所述LoRa Node终端的关机；
·终端屏幕切换模块，用于当用户按压换屏按键时，使终端屏幕在下面两种界面
之间切换：
a)只显示气瓶压力；
b)同时显示气瓶压力、气瓶剩余呼吸时间、以及环境温度；
·气瓶气压显示模块，用于实时显示气瓶内的气压值；
·气瓶气压报警模块，用于当气瓶气压超出安全范围时，同时进行声音报警和灯
光报警；
所述声音报警通过蜂鸣器的鸣叫实现；所述灯光报警通过指示灯的闪烁实现；
所述蜂鸣器的鸣叫音量≥90dB；当且仅当1Mpa≤气瓶内的气压值≤6Mpa时，气瓶
气压属于安全范围；
·气瓶剩余气量和使用时间显示模块，用于实时、动态地显示气瓶内剩余气量以
及气瓶的剩余可用时间；
·电池低压报警模块，用于当终端的电池剩余电量低于第一电量阈值时，通过使
电池低压指示灯变为黄色且长亮，进行电池低压报警提示；所述第一电量阈值为电池总容
量的20％；
·跌倒报警呼救模块，用于在用户遇险跌倒后进行自动预报警和/或报警呼叫；
·主动呼救模块，用于用户在危险情况下主动呼救；
当用户持续按压呼救按键的时间超过3秒时，启用所述主动呼救模块；
在所述主动呼救模块启用的情况下，当用户持续按压呼救按键的时间超过2秒时，
停用所述主动呼救模块；
·火场环境参数实时显示模块，用于实时显示火场环境的温度、湿度、气压、空气
成份、和/或风速；
·生命体征参数实时显示模块，用于实时显示进入火场的用户的体表温度、心率、
血压、和/或呼吸参数；
·指示灯模块，包括一组不同颜色的指示灯，用于指示所述终端的不同状态，所述
指示灯包括：
LoRa Node终端与LoRa Gateway&Server子系统连接指示灯，为蓝色；
LoRa Node终端与监视控制子系统连接指示灯，为绿色；
电池低压指示灯，为黄色；
温度指示灯，为红色；
空气成份指示灯，为粉色；
气瓶和呼吸异常指示灯，为橙色；
生命体征异常指示灯，为紫色；
预定路线偏离指示灯，为灰色；
报警指示灯，为白色。
一种基于物联网的火场进入控制方法，该方法用于所述的基于物联网的火场进入
控制系统，每个进入火场的用户配备一个LoRa Node终端，其特征在于，在用户进入火场之
前，依次执行以下步骤：
a1.用户检查所述终端是否开机；若未开机，可通过以下两种方式之一开机：
i)按压电源键超过3秒；
ii)打开气瓶高压阀，当气瓶输出压力大于1Mpa的时间持续3秒以上时自动开机；
a2.检测所述终端的LoRa网络是否正常连接；若否，则向监视控制子系统发出LoRa
网络连接异常的提示；
a3.检测所述终端的WIFI网络是否正常连接；若否，则向火场进入LoRa Gateway&
Server子系统发出WIFI网络连接异常的提示；
a4.检测所述终端的高压气管接口是否与呼吸器气瓶的气管正确连接；若未正确
连接，提示用户固定好插销；
a5.检测气瓶是否需要更换；具体地，当满足下列条件之一时，需要更换气瓶；
i)气瓶气压不属于安全范围；
ii)气瓶内剩余气量低于预设值；
iii)气瓶的剩余可用时间低于预设值；
a6.检测所述终端的电池电压是否低于第二电池电量阈值；若低于，则提示用户充
电或更换电池；其中，所述第二电量阈值为电池总容量的30％；
a7.检测指示灯模块中的各个指示灯是否均正常工作；若否，则向监视控制子系统
发出指示灯模块初始化异常的提示；
a8.检测火场环境检测模块中的各个传感器是否均正常工作；若否，则向监视控制
子系统发出火场环境检测模块初始化异常的提示；
a9.检测视频采集模块中的各个摄像机是否均正常工作；若否，则向监视控制子系
统发出视频采集模块初始化异常的提示；
a10.检测生命体征检测模块中的各个传感器是否均正常工作；若否，则向监视控
制子系统发出生命体征检测模块初始化异常的提示；
a11.检测导航定位模块中的各个导航定位单元是否均正常工作；若否，则向监视
控制子系统发出导航定位模块初始化异常的提示；
a12.判断所述火场进入LoRa Gateway&Server子系统中是否保存有火场的建筑物
电子地图；
若否，则通过所述监视控制子系统下载火场的建筑物电子地图，然后将火场的建
筑物电子地图上传至火场进入LoRa Gateway&Server子系统；
a13.判断用户的LoRa Node终端与火场进入LoRa Gateway&Server子系统之间
LoRaWAN的网络传输速度是否达到预定值；
若是，用户的LoRa Node终端通过LoRa WAN网络从火场进入LoRa Gateway&Server
子系统下载火场的建筑物电子地图；
否则，用户的LoRa Node终端通过WIFI网络从监视控制子系统下载火场的建筑物
电子地图；
a14.根据下载的火场的建筑物电子地图生成多条进入火场的预定路线，并将最优
的预定路线推荐给用户。
可选地，在用户进入火场之后，实时执行以下操作：
b1.若检测到用户的实际位置偏离预定路线，则提示用户当前位置已经偏离预定
路线；并根据所述火场的建筑物电子地图以及用户的当前位置为用户重新计算路线；
b2.若检测到用户接近所述火场的建筑物电子地图中的障碍物，则语音提示用户
注意上述障碍物；所述障碍物包括：台阶、转弯、楼梯、横梁、立柱、门、门框、门槛、地面凸起
物、坑、洞；
b3.若检测到用户跌倒，且用户的静止时间超过最大静止时间阈值，则进入预报警
状态，此时连续发出“滴-嘟-”的预报警鸣叫声；
在进入预报警状态之后，判断在预报警时间阈值内是否检测到用户移动；
若是，则自动撤销报警并停止鸣叫；
否则，从预报警状态切换至报警状态，此时连续发出“滴-嘟-”报警鸣叫声；
其中，所述报警鸣叫声的频率和分贝数均高于所述预报警鸣叫声的频率和分贝
数；
b4.通过指示灯模块对用户进行指示，具体如下：
若检测到LoRa Node终端与LoRa Gateway&Server子系统未正确连接，则点亮蓝色
指示灯；
若检测到LoRa Node终端与监视控制子系统未正确连接，则点亮绿色指示灯；
若检测到终端的电池剩余电量低于第一电量阈值，则点亮黄色指示灯；
若检测到火场的环境温度超过预设值，则点亮红色指示灯；
若检测到火场的空气成份中各类气体的含量超出预设值，则点亮粉色指示灯；
若检测到气瓶未正确连接，或者气瓶气压超出安全范围，则点亮橙色指示灯并闪
烁；
若检测到生命体征参数异常，则点亮紫色指示灯；
若检测到用户偏离了预定路线，则点亮灰色指示灯；
若检测到用户跌倒，则点亮白色指示灯；
b5.将所述终端的视频采集模块采集的火场视频数据存入终端的视频数据缓冲
区；每隔固定的时间间隔，或者当所述视频数据缓冲区已满时，执行以下操作：
b5-1.将视频数据缓冲区中存储的火场视频数据进行编码；
b5-2.将编码后的火场视频数据上传至监视控制子系统；
b5-3.监视控制子系统将所述编码后的火场视频数据转发至火场进入LoRa
Gateway&Server子系统中的数据库；
b5-4.清空视频数据缓冲区；
当火场进入LoRa Gateway&Server子系统接收到来自所述终端的火场视频数据
时，执行以下操作：
b5-1’.对接收的火场视频数据进行解码；
b5-2’.对解码后的火场视频数据进行特征提取，获得特征数据；
b5-3’.根据获得的特征数据，判断是否需要更新所述火场的建筑物电子地图；
若需要更新，则将更新后的火场的建筑物电子地图发送至所述终端以及监视控制
子系统；
b6.将火场环境检测模块和生命体征检测模块中各个传感器采集的模拟信号转换
成数字信号；基于转换获得的数字信号，根据需要触发指示灯模块。
本发明中的LoRaWAN实现的是低速率的无线传输；而实现高速率的传输可采用多
种方式，作为一种可替换的方式，本发明中的WIFI无线传输方式完全可以替换采用COFDM无
线传输方式。
具体实施方式
为使本发明的技术方案的优点能够更加明显易懂，下面结合具体的实施例对本发
明的技术方案进行详细的描述。
LoRa实现的是低速率的无线传输，而实现高速率的传输(例如：视频数据)，可采用
多种方式；本发明的具体实施例仅以WIFI传输方式示例；而作为一种可替换的方式，下述具
体实施例中的WIFI无线传输方式完全可以替换采用COFDM无线传输方式。
首先，本发明提供了一种基于物联网的火场进入控制系统，所述基于物联网的火
场进入控制系统主要由以下三个子系统组成：
1.火场进入Node子系统；
2.火场进入LoRa Gateway&Server子系统；
3.监视控制子系统。
其中，所述火场进入Node子系统包含多个LoRa Node终端，每个进入火场的用户配
置一个LoRa Node终端，每个LoRa Node终端包含LoRa天线、以及WIFI天线；
所述火场进入LoRa Gateway&Server子系统包含集成的LoRa Gateway芯片和LoRa
Server芯片、LoRa天线、WIFI天线、以及电池组；
所述监视控制子系统用于对火场进入Node子系统和火场进入LoRa Gateway&
Server子系统进行监控；
所述LoRa Node终端之间通过LoRa连接；
所述火场进入Node子系统中的每个LoRa Node终端与所述火场进入LoRa
Gateway&Server子系统之间通过LoRaWAN网络无线连接；
所述火场进入Node子系统中的每个LoRa Node终端与所述监视控制子系统之间通
过WIFI和/或COFDM无线连接；
所述火场进入LoRa Gateway&Server子系统与所述监视控制子系统之间通过WIFI
和/或COFDM无线连接。
可选地，所述LoRa Node终端包括以下功能模块：
·视频采集模块，包括红外线摄像机和可见光摄像机；
·火场环境检测模块，包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、空气成份传感
器、风速传感器；
所述空气成份传感器可以监测石油气、甲烷、一氧化碳、以及二氧化碳的浓度；
·生命体征检测模块，包括体表温度传感器、心率传感器、血压传感器、以及呼吸
传感器；
·A/D转换模块，用于将火场环境检测模块和生命体征检测模块中各个传感器采
集的模拟信号转换成数字信号；
·导航定位模块，包括惯性导航定位单元、以及卫星导航定位单元；所述卫星导航
定位单元包括GPS定位子单元和北斗定位子单元；当卫星导航定位信号较强时，使用卫星导
航定位单元进行导航定位；当卫星导航定位信号较弱或不存在时，使用惯性导航定位单元
进行导航定位；
·无线通讯模块，包括LoRa天线、以及WIFI天线；
·电子地图接收模块，用于在用户进入火场之前，通过LoRaWAN网络从所述火场进
入LoRa Gateway&Server子系统下载火场的建筑物电子地图；或者，通过WIFI网络从所述监
视控制子系统下载火场的建筑物电子地图；
·预定路线生成模块，用于在用户进入火场之前，根据下载的火场的建筑物电子
地图生成多条进入火场的预定路线，并将最优的预定路线推荐给用户；
·预定路线偏离提示模块，用于当用户的实际位置偏离所述预定路线时，提示用
户当前位置已经偏离预定路线；
·逃生路线计算模块，用于当用户当前位置已经偏离预定路线时，根据所述火场
的建筑物电子地图以及用户的当前位置为用户重新计算路线；
·障碍物提示模块，用于实时读取用户的实际位置，当用户接近所述火场的建筑
物电子地图中的障碍物时，语音提示用户注意上述障碍物；所述障碍物包括：台阶、转弯、楼
梯、横梁、立柱、门、门框、门槛、地面凸起物、坑、洞；
·气瓶连接模块，用于将所述LoRa Node终端的高压气管接口与呼吸器气瓶的气
管连接，所述连接通过插销固定；
·开机模块，用于当满足以下条件之一时，实现所述LoRa Node终端的开机；
i)在终端关机的状态下，用户按压电源键超过3秒；
ii)在终端关机的状态下，打开气瓶高压阀后，气瓶输出压力大于1Mpa的时间持续
3秒以上；
·关机模块，用于在终端开机的状态下，当压力表压力显示值低于1MPa，且用户按
电源键超过3秒时，实现所述LoRaNode终端的关机；
·终端屏幕切换模块，用于当用户按压换屏按键时，使终端屏幕在下面两种界面
之间切换：
a)只显示气瓶压力；
b)同时显示气瓶压力、气瓶剩余呼吸时间、以及环境温度；
·气瓶气压显示模块，用于实时显示气瓶内的气压值；
·气瓶气压报警模块，用于当气瓶气压超出安全范围时，同时进行声音报警和灯
光报警；
所述声音报警通过蜂鸣器的鸣叫实现；所述灯光报警通过指示灯的闪烁实现；
所述蜂鸣器的鸣叫音量≥90dB；当且仅当1Mpa≤气瓶内的气压值≤6Mpa时，气瓶
气压属于安全范围；
·气瓶剩余气量和使用时间显示模块，用于实时、动态地显示气瓶内剩余气量以
及气瓶的剩余可用时间；
·电池低压报警模块，用于当终端的电池剩余电量低于第一电量阈值时，通过使
电池低压指示灯变为黄色且长亮，进行电池低压报警提示；所述第一电量阈值为电池总容
量的20％；
·跌倒报警呼救模块，用于在用户遇险跌倒后进行自动预报警和/或报警呼叫；
·主动呼救模块，用于用户在危险情况下主动呼救；
当用户持续按压呼救按键的时间超过3秒时，启用所述主动呼救模块；
在所述主动呼救模块启用的情况下，当用户持续按压呼救按键的时间超过2秒时，
停用所述主动呼救模块；
·火场环境参数实时显示模块，用于实时显示火场环境的温度、湿度、气压、空气
成份、和/或风速；
·生命体征参数实时显示模块，用于实时显示进入火场的用户的体表温度、心率、
血压、和/或呼吸参数；
·指示灯模块，包括一组不同颜色的指示灯，用于指示所述终端的不同状态，所述
指示灯包括：
LoRa Node终端与LoRa Gateway&Server子系统连接指示灯，为蓝色；
LoRa Node终端与监视控制子系统连接指示灯，为绿色；
电池低压指示灯，为黄色；
温度指示灯，为红色；
空气成份指示灯，为粉色；
气瓶和呼吸异常指示灯，为橙色；
生命体征异常指示灯，为紫色；
预定路线偏离指示灯，为灰色；
报警指示灯，为白色。
下面具体地介绍所述火场进入Node子系统中LoRa Node终端、以及火场进入LoRa
Gateway&Server子系统的硬件实现和性能特定以及参数：
一、火场进入Node子系统
物联网应用中的无线技术，除通信网的2G/3G/4G外，还有局域网和短距的多种通
信技术，比如2.4G频段的WiFi，蓝牙、Zigbee和Sub-Ghz等等。这些短距无线技术，优缺点也
都非常明显。而且从无线应用开发和工程运维人员角度来看，一直以来都存在这样一个两
难问题：即设计人员在更长的距离和更低的功耗两者之间只能二选一。而采用LoRa技术之
后，设计人员现在可做到两者都兼顾，最大程度地实现更长距离的通信与更低的功耗，同时
还可节省额外的中继器成本。
所述火场进入Node子系统中LoRa Node终端的硬件实现和性能参数如下：
-LoRaWAN Module内置STM32L051C8T6 CPU
-完整实现LoRaWAN 1.0协议栈
-板载STM32L051C8T6 CPU
-支持LoRaWAN ClassA、Class C
-使用TCXO
-168db动态范围RSSI
-9.9mA低RX电流，200nA寄存器保持
-FSK,GFSK,MSK,GMSK,LoRaTM和OOK调制
-频率范围：433/470/490/780/868/915MHz
-输出功率：+20dBm(100mW)
-电源：2.4～3.6V
-灵敏度：-147dBm
-距离：＞1.8km
-工作温度范围：-40～+85℃
二、火场进入LoRa Gateway&Server子系统
火场进入LoRa Gateway&Server子系统的硬件实现和性能参数如下：
-可同时接收同一信道流量
-8个通道，每个通道可同时收发多个数据
-易于扩展，增加网络容量
-可同时解调2MHz的带宽
-简单的星形网络、无延迟、无损失
-自适应链路速率
-同时通讯节点10万指标
-回传接入方式：LAN、WIFI
-发射功率：27dBm(可调节)
-链路灵敏度：-157dBm
-距离：1.5KM
-频率支持：433/868MHz
-电源：POE
-工作温度范围：-40℃到+85℃
此外，本发明还提供了一种基于物联网的火场进入控制方法，该方法用于上述基
于物联网的火场进入控制系统，每个进入火场的用户配备一个LoRa Node终端，在用户进入
火场之前，依次执行以下步骤：
a1.用户检查所述终端是否开机；若未开机，可通过以下两种方式之一开机：
i)按压电源键超过3秒；
ii)打开气瓶高压阀，当气瓶输出压力大于1Mpa的时间持续3秒以上时自动开机；
a2.检测所述终端的LoRa网络是否正常连接；若否，则向监视控制子系统发出LoRa
网络连接异常的提示；
a3.检测所述终端的WIFI网络是否正常连接；若否，则向火场进入LoRa Gateway&
Server子系统发出WIFI网络连接异常的提示；
a4.检测所述终端的高压气管接口是否与呼吸器气瓶的气管正确连接；若未正确
连接，提示用户固定好插销；
a5.检测气瓶是否需要更换；具体地，当满足下列条件之一时，需要更换气瓶；
i)气瓶气压不属于安全范围；
ii)气瓶内剩余气量低于预设值；
iii)气瓶的剩余可用时间低于预设值；
a6.检测所述终端的电池电压是否低于第二电池电量阈值；若低于，则提示用户充
电或更换电池；其中，所述第二电量阈值为电池总容量的30％；
a7.检测指示灯模块中的各个指示灯是否均正常工作；若否，则向监视控制子系统
发出指示灯模块初始化异常的提示；
a8.检测火场环境检测模块中的各个传感器是否均正常工作；若否，则向监视控制
子系统发出火场环境检测模块初始化异常的提示；
a9.检测视频采集模块中的各个摄像机是否均正常工作；若否，则向监视控制子系
统发出视频采集模块初始化异常的提示；
a10.检测生命体征检测模块中的各个传感器是否均正常工作；若否，则向监视控
制子系统发出生命体征检测模块初始化异常的提示；
a11.检测导航定位模块中的各个导航定位单元是否均正常工作；若否，则向监视
控制子系统发出导航定位模块初始化异常的提示；
a12.判断所述火场进入LoRa Gateway&Server子系统中是否保存有火场的建筑物
电子地图；
若否，则通过所述监视控制子系统下载火场的建筑物电子地图，然后将火场的建
筑物电子地图上传至火场进入LoRa Gateway&Server子系统；
a13.判断用户的LoRa Node终端与火场进入LoRa Gateway&Server子系统之间
LoRaWAN的网络传输速度是否达到预定值；
若是，用户的LoRa Node终端通过LoRa WAN网络从火场进入LoRa Gateway&Server
子系统下载火场的建筑物电子地图；
否则，用户的LoRa Node终端通过WIFI网络从监视控制子系统下载火场的建筑物
电子地图；
a14.根据下载的火场的建筑物电子地图生成多条进入火场的预定路线，并将最优
的预定路线推荐给用户。
可选地，在用户进入火场之后，实时执行以下操作：
b1.若检测到用户的实际位置偏离预定路线，则提示用户当前位置已经偏离预定
路线；并根据所述火场的建筑物电子地图以及用户的当前位置为用户重新计算路线；
b2.若检测到用户接近所述火场的建筑物电子地图中的障碍物，则语音提示用户
注意上述障碍物；所述障碍物包括：台阶、转弯、楼梯、横梁、立柱、门、门框、门槛、地面凸起
物、坑、洞；
b3.若检测到用户跌倒，且用户的静止时间超过最大静止时间阈值，则进入预报警
状态，此时连续发出“滴-嘟-”的预报警鸣叫声；
在进入预报警状态之后，判断在预报警时间阈值内是否检测到用户移动；
若是，则自动撤销报警并停止鸣叫；
否则，从预报警状态切换至报警状态，此时连续发出“滴-嘟-”报警鸣叫声；
其中，所述报警鸣叫声的频率和分贝数均高于所述预报警鸣叫声的频率和分贝
数；
b4.通过指示灯模块对用户进行指示，具体如下：
若检测到LoRa Node终端与LoRa Gateway&Server子系统未正确连接，则点亮蓝色
指示灯；
若检测到LoRa Node终端与监视控制子系统未正确连接，则点亮绿色指示灯；
若检测到终端的电池剩余电量低于第一电量阈值，则点亮黄色指示灯；
若检测到火场的环境温度超过预设值，则点亮红色指示灯；
若检测到火场的空气成份中各类气体的含量超出预设值，则点亮粉色指示灯；
若检测到气瓶未正确连接，或者气瓶气压超出安全范围，则点亮橙色指示灯并闪
烁；
若检测到生命体征参数异常，则点亮紫色指示灯；
若检测到用户偏离了预定路线，则点亮灰色指示灯；
若检测到用户跌倒，则点亮白色指示灯；
b5.将所述终端的视频采集模块采集的火场视频数据存入终端的视频数据缓冲
区；每隔固定的时间间隔，或者当所述视频数据缓冲区已满时，执行以下操作：
b5-1.将视频数据缓冲区中存储的火场视频数据进行编码；
b5-2.将编码后的火场视频数据上传至监视控制子系统；
b5-3.监视控制子系统将所述编码后的火场视频数据转发至火场进入LoRa
Gateway&Server子系统中的数据库；
b5-4.清空视频数据缓冲区；
当火场进入LoRa Gateway&Server子系统接收到来自所述终端的火场视频数据
时，执行以下操作：
b5-1’.对接收的火场视频数据进行解码；
b5-2’.对解码后的火场视频数据进行特征提取，获得特征数据；
b5-3’.根据获得的特征数据，判断是否需要更新所述火场的建筑物电子地图；
若需要更新，则将更新后的火场的建筑物电子地图发送至所述终端以及监视控制
子系统；
b6.将火场环境检测模块和生命体征检测模块中各个传感器采集的模拟信号转换
成数字信号；基于转换获得的数字信号，根据需要触发指示灯模块。
以上实施例仅用以说明本发明而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说
明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改该或者同等替换，而不脱离本
发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。