具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

一种基于MESH的移动式地震应急流动监测指挥箱，所述移动式地震应急流动监测指挥箱包括监测箱体，该监测箱体设置有监控指挥系统，该监控指挥系统包括：

主控模块，

通信网络模块，与所述主控模块连接，用于实现监控指挥系统与外部设备建立通信，以及用于实现多个监控指挥系统之间的通信；

数据存储模块，与所述主控模块连接，用于存储数据；

供电模块，与所述主控模块连接，用于为所述监控指挥系统提供工作所需的工作电源；

信息采集模块，与所述主控模块连接，用于采集所述监测箱体周边与地震灾害相关的数据信息，并将采集所得的数据传输至所述主控模块进行数据处理；

震动感知模块，与所述主控模块连接，用于感知并获取所述监测箱体周边的震动数据信息，并将震动数据信息传输至所述主控模块进行数据处理；

指挥信息发布模块，与所述主控模块连接，用于将所述震动数据信息以及与地震灾害相关的数据信息上传至指挥平台，并接收和发布来自指挥平台的救援信息。其中，指挥平台的救援信息，可以包括外部救援措施、内部自救措施指引信息、心理安抚信息、外部救援进度通报信息等。

本发明实施例中，所述监测箱体的具体结构及形状，本领域的技术人员可以根据具体要求设置，且所述监测箱体也并非本发明方案的发明改进点，故在此不再对其进行详述。

以下对所述监控指挥系统的各功能模块作进一步的详述：

在其中一个优选的实施例中，所述通信网络模块包括有基于MESH网络的通信网络模块；Mesh网络，即”无线网格网络”，是“多跳(multi-hop)”网络，是由Ad Hoc网络发展而来，是解决“最后一公里”问题的关键技术之一。无线Mesh网络可以与其它网络协同通信，是一个动态的可以不断扩展的网络架构，任意的两个设备均可以保持无线互联。

无线Mesh网络凭借多跳互连和网状拓扑特性，已经演变为适用于宽带家庭网络、社区网络、企业网络和城域网络等多种无线接入网络的有效解决方案。无线Mesh路由器以多跳互连的方式形成自组织网络，为WMN组网提供了更高的可靠性、更广的服务覆盖范围和更低的前期投入成本。WMN继承了无线自组织网络的大部分特性，但仍存在一些差异。一方面，不同于无线Ad Hoc网络节点的移动性，无线Mesh路由器的位置通常是固定的；另一方面，与能量受限的无线Ad Hoc网络相比，无线Mesh路由器通常具有固定电源供电。此外，WMN也不同于无线传感器网络，通常假定无线Mesh路由器之间的业务模式相对稳定，更类似于典型的接入网络或校园网络。因此，WMN可以充当业务相对稳定的转发网络，如传统的基础设施网络。当临时部署WMN执行短期任务时，通常可以充当传统的移动自组织网络。

本实施例中的移动式地震应急流动监测指挥箱(以下简称为监测指挥箱)，其通信网络模块通过采用mesh组网技术，使得每个监测指挥箱均可作为一个无线网络收发平台；多个监测指挥箱之间进行mesh组网，可以使多个监测指挥箱所在的区域实现无线mesh网络覆盖，并为周围移动终端(如智能手机、平板电脑、智能IoT设备等)的网络接入，以及数据交换提供稳定的通信平台。由于地震突发情况，各监测指挥箱受地震灾情损坏程度不一致，可能导致个别监测指挥箱的通信功能受损，然而由于mesh网络具有强大的自愈能力，可以自动改变通信链路，保证无线终端的通信顺畅。

作为优选的实施例，所述通信网络模块包括还可以包括有其他的通信模块，如北斗通信模块，可用于连接卫星进行报文通信；或者可以包括5G、4G或NB-IoT网络通信模块，可以连接蜂窝无线网进行远程信息通信；还可以包括WIFI模块、蓝牙模块等进行本地局域网通信；或者也可以通过固定网络进行数据传输。在实际应用时，监测指挥箱按照通信效率由高到低逐步监测外部网络情况，进行动态选择，及时与外部指挥平台进行数据交换。

另外，本实施例中的通信网络模块，其还用于实现定位功能，通过定位功能，可以使得指挥平台或相关工作人员准确地获取监测指挥箱的所在位置。所述定位功能，可以通过网络定位，基站定位，GPS定位，北斗定位等方式实现。所述定位功能为现有技术可实现的功能，在此不再对其定位原理进行详述。

本实施例中，所述主控模块是监测指挥箱的核心处理单元，用于协调各个功能模块的运行。在一个具体的实施例中，所述主控模块的主控芯片可采用现有技术中的嵌入式微机处理芯片MCU、数字处理器芯片DSP、可编程逻辑处理器PLC、FPGA等芯片。

在一个具体的实施例中，所述供电模块采用双电源输入供电系统，包括市电供电和应急供电(如蓄电池供电、燃料电池供电、光伏供电等)，电源的输出可以是实体连接插座输出，无线输出供电，以实现为各种移动终端提供电源。所述供电模块为现有技术可以实现的功能模块，在此不再对其具体组成及其工作原理进行详述。

在一个优选的实施例中，所述信息采集模块具体包括摄像头图像采集模块，通过摄像头图像采集模块，可以拍摄到监测指挥箱周围的图像，视频，声音等信息，从而可以跟踪记录地震灾情现场情况。另外，所述信息采集模块可以设置有亮度检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、声音检测模块中的一种或多种检测模块；其中，通过亮度检测模块检测所述监测指挥箱环境的亮度情况，从而可以判断监测指挥箱是否位于被物体掩埋，当亮度不足影响到摄像头拍摄时，还可以进行照明补光；此外，在光线昏暗的地方可以启动应急呼叫灯，以提醒搜救人员，告知监测指挥箱的位置；利用所述温度检测模块、湿度检测模块可以分别检测获取监测指挥箱周围的温度及湿度的信息，从而可以判断监测指挥箱所处环境的温湿度的情况；利用所述声音检测模块，可以检测获取监测指挥箱周围的声音信息，从而可以判断监测指挥箱周边是否有人进行呼救，便于搜救人员进行救援。所述信息采集模块为现有技术可以实现的功能模块，在此不再对其工作原理进行详述。

在一个具体的本实施例中，所述数据存储模块用于存储所述信息采集模块采集所得的的环境信息数据，如图片、视频、声音、温湿度、光强度等信息，震动感知模块获取的震动数据，电源供电的电源数据、通信网络模块的位置数据信息，以及当监测指挥箱接入无线终端传递过来的等数据信息。当监测指挥箱的各功能模块获取到相关信息时，可以第一时间通过通信网络模块发布到指挥平台，当发布成功后，相关信息进行滚动覆盖处理，以节约存储空间。当外网不稳定，特别是完全断开外网时，监测指挥箱获取到的相关信息则在所述数据存储模块进行本地存储，以备救援人员获取相关数据进行分析。所述数据存储模块为现有技术可以实现的功能模块，在此不再对其工作原理进行详述。

在本实施例中，所述震动感知模块用于感知并获取所述监测箱体周边的震动数据信息，通过所述震动感知模块感知获取的震动数据信息，可以用来判断地震的震动烈度，震后搜救时可以对外提示，在挖掘救援过程产生的震动影响，从而可以指导挖掘救援动作。另外，当多个监测指挥箱构成的监测网络，可以通过感知数据的时延，判断地震中心的方位。通过震动感知模块获取震动数据，可以使得救援相关人员及时地进行相关数据分析，并及时制订救灾方案，从而可使得指挥平台实时调集和控制各种应急队伍，并准确地实施救援，从而可最大限度地降低财产损失和减少人员伤亡。

在一个较佳的实施例中，所述震动感知模块具体包括有密封容器、平衡支撑杆、垂直杆以及设置于平衡支撑杆上的三轴加速度传感器，如附图2所示：

所述密封容器内设置有液体，且密封容器内的液体上漂浮有刚性浮标，垂直杆的一端与所述平衡支撑杆连接，垂直杆的另一端贯穿所述密封容器的侧壁与所述刚性浮标连接，所述三轴加速度传感器与所述主控模块连接。本实施例中，所述刚性浮标是指外壳不容易变形的金属浮标(如不锈钢浮标、钛合金浮标、铝合金浮标等)，以保证数据监测的准确度。本实施例中，所述刚性浮标优选采用不锈钢浮标，用不锈钢设计制成的浮标，可防止其外壳氧化锈蚀导致浮标损坏而影响震动感知模块的寿命。另外，所述刚性浮标的整体形状优选为正方体或长方体。

在一个较佳的实施例中，所述垂直杆与所述平衡支撑杆及所述刚性浮标连接均为垂直设置；另外，所述三轴加速度传感器优选设置于平衡支撑杆的中间位置。本实施例中，所述密封容器内的液体，其容量约为密封容器体积的一半；为了提高密封性，所述垂直杆与所述密封容器的侧壁之间设置有密封圈，该密封圈为柔性密封圈，以使垂直杆在刚性浮标有波动时，可以进行相应的振动或摇摆，由于柔性密封圈可以起到一定的缓冲滤波作用，所以所述柔性密封圈还能起到减少误差的作用，避免影响监测数据的准确度。

在一个优选的实施例中，所述震动感知模块还包括有差分处理模块，且所述三轴加速度传感器设置有两个；具体如附图3所示，两三轴加速度传感器分别设置于所述平衡支撑杆的两端，且两个三轴加速度传感器分别与所述差分处理模块的两输入端连接，所述差分处理模块的输出端与所述主控模块连接；本实施例中，所述差分处理模块为用于对数据进行差分处理的比较器。为了减少干扰误差，本实施例通过设置两个三轴加速度传感器和一个比较器，利用比较器对两个三轴加速度传感器的数据进行差分运算得到震动数据后再将相关震动数据传输至主控模块。

进一步地，为了得到更准确的震动数据，所述震动感知模块还包括有放大器，该放大器的输入端与比较器的输出端连接，放大器的输出端与所述主控模块连接，如附图3所示。利用该放大器将比较器输出的数据进行放大后再传输至主控模块，以减少系统误差。

以下简要说明所述震动感知模块的工作原理：当震动时，密封容器内的液体会发生波动，而液体表面的波动会传递到刚性浮标，刚性浮标通过垂直杆和平衡支撑的杠杆作用，将震动能量放大后再传递到平衡支撑杆上的三轴加速度传感器，三轴加速度传感器将获取感应到的数据输出到比较器进行差分运算，同时放大器将震动数据阈值放大，以减少系统干扰误差，最后放大器将放大处理后的震动数据传输到主控模块。本发明实施例提供的震动感知模块，其利用液体和浮标来感知原始震动信号，由于震动信号是通过液体作用在刚性浮标上，通过液体的间接传导信号，可以起到滤波作用，从而可以有效减少误差；另外，所述柔性密封圈对减少误差也可以起到一定的作用。与现有技术中的单纯地利用三轴加速度传感器来获取地震相关的震动数据相比，利用本实施例提供的震动感知模块来获取震动数据，其误差更小，准确度更高。

作为优选的实施例，所述监控指挥系统还包括应急呼叫模块和飞行模块，如附图1所示：

所述应急呼叫模块与所述主控模块连接，用于在紧急情况下发出应急信息；所述飞行模块与所述主控模块连接，用于控制所述监测箱体飞行并移动到所需的监测区域。

在其中一个具体的实施例中，所述应急呼叫模块是设置在监测指挥箱内部的具有声音、发光、以及无线电波等应急呼叫方式的一个应急呼叫功能模块。具体地，应急声音呼叫是通过扬声器进行呼叫，如播放国际通用的灾害呼叫声音；应急发光呼叫是当监测到监测指挥箱处于昏暗环境时，则发出的国际通用的灾害呼叫灯光；无线电波呼叫是可以通过国际通用的紧急频率(145.000MHz和433.000MHz)或者是在中国的紧急呼叫使用的CH01和CH15的频率。通过发出的无线电呼叫信号，可便于远距离搜救人员获取相关呼叫信息。所述应急呼叫模块为现有技术可以实现的功能模块，在此不再对其工作原理进行详述。

在实际应用所述应急呼叫模块进行应急呼叫时，可随着通信网络模块的网络稳定性及供电模块的能量消耗情况，进行呼叫策略优化，如通信网络模块的网络稳定时，第一时间上报监测指挥箱的位置信息及当前环境状况，以及监测区域内的人员情况，保持较长周期呼叫；当完全断了外网，且监测指挥箱的电源不足时，则只能靠就近救援，以声音、发光呼救为主，并做相应的交叉轮换，以节约能量，从而可保持更长的呼叫时间。

在其中一个优选的实施例中，为了使所述监测指挥箱的监测区域更大，获取更多的监测信息，所以设置了所述飞行模块。本实施例中，所述飞行模块优选为四轴飞行器，该四轴飞行器为现有技术，在此不再对其具体组成及其工作原理进行详述。通过所述飞行模块，使得所述监测指挥箱具有飞行的功能，从而可以使得监测指挥箱可以飞行并移动到不同的区域进行监测。例如，当几个监测指挥箱所组成的监控区域中，其中有地震灾害或者其他原因造成其中一些监测指挥箱受损时，可以通过控制功能完好的监控指挥箱飞行并移动到其他功能受损的监控指挥箱的区域进行监测，即通过动态调整网络分布点，弥补失效网络分布点带来的节点断链问题；另外，当原来的监测指挥箱在原先设定的停泊点监测获取到一定的数据信息后，利用所述飞行模块飞行移动到其他区域进行监测获取数据，最后飞行到指定的停泊点，便于工作人员提取监测指挥箱的监测数据。

为了更好地说明本发明实施例提供的一种基于MESH的移动式地震应急流动监测指挥箱，以下通过列举一个具体的应用实施例作进一步的说明。

如附图4所示，监测指挥箱A、监测指挥箱B、监测指挥箱C以及监测指挥箱D共四个监测指挥箱进行MESH组网，在其监测的区域中，假设灾害现场的相关救灾工作人员将三个移动终端(移动终端B、移动终端C、移动终端D)通过无线网络接入监测指挥箱，以获取各监测指挥箱监测所得的数据信息。在四个监测指挥箱进行MESH组网构建的监控区域内，三个移动终端可以自由切换接入四个监测指挥箱，最终以获取到最强的无线信号连接为佳；四个监测指挥箱之间的信息交互也是多链路链接，如附图4所示；如果监测指挥箱B因为灾害影响或者其他故障导致功能受损而无法进行MESH组网，监测指挥箱D节点的信息可以通过监测指挥箱C的链路传递到监测指挥箱A上。假设正常情况下，移动终端B在灾害现场接入的是监测指挥箱B，移动终端C在灾害现场接入的是监测指挥箱C，移动终端B在灾害现场接入的是监测指挥箱D，如果监测指挥箱B因为功能受损导致无法进行MESH组网，移动终端B可以接入监测指挥箱A，以获取相关的监测指挥箱监测所得的数据信息；由于各监测指挥箱之间是交互连接，因此移动终端B只要接入监测指挥箱A,移动终端B最终可以获取监测指挥箱C以及监测指挥箱D监测所得的数据信息。

假如监测指挥箱B和监测指挥箱C都损坏，此时监测指挥箱D处于数据孤岛的状态，此时监测指挥箱D可以启用所述飞行模块的飞行功能，飞行并移动到原测指挥箱B或监测指挥箱C的区域内，与测指挥箱A重新进行MESH组网，以使得监测指挥箱D与处于外网的指挥平台保持连接，或者监测指挥箱D还可以在原位置与新位置(如监测指挥箱B或监测指挥箱C所处的位置)之间往返飞行，使得监测指挥箱D可以监测原监测指挥箱B或监测指挥箱C监测位置的数据信息，这样既提高了数据传输的可靠性，又可以提高指挥平台的指挥可靠性。

对于有附图4各监测指挥箱进行MESH组网构建的地震监测指挥系统，其具体的工作内容及工作原理，可以参阅上述监测指挥箱中的各功能模块(上述的主控模块、通信网络模块、信息采集模块、震动感知模块、指挥信息发布模块、应急呼叫模块以及飞行模块等)的具体组成及作用，以及具体的工作内容及工作原理等，在此不再赘述。

与现有技术相比，本发明实施例提供的移动式地震应急流动监测指挥箱，其有益效果至少包括以下方面：

(1)其设置的震动感知模块，通过刚性浮标来感知获取地震震动的能量，利用垂直杆和平衡支撑杆的杠杆作用，将刚性浮标感知获取的震动的能量放大后再传递给三轴加速度传感器，并且利用比较器对两个三轴加速度传感器的数据进行差分处理后再获得地震相关的数据，最后再经过放大器将地震相关的数据进行放大后再传输给主控模块，具有误差小，准确度高等优点；

(2)多个移动式地震应急流动监测指挥箱之间可以进行MESH组网，各个移动式地震应急流动监测指挥箱之间均可以保持无线互联，可以使得移动式地震应急流动监测指挥箱将监测所得的数据信息安全可靠地传输至指挥平台，并且可接收指挥平台的救援信息，从而可使得相关救灾人员可及时制订救灾方案，并实时调集和控制各种应急队伍并及时准确地实施救援，从而可最大限度地降低财产损失和减少人员伤亡；

(3)移动式地震应急流动监测指挥箱设置有飞行模块，即移动式地震应急流动监测指挥箱具有飞行功能，可以使得在某一个或若干个移动式地震应急流动监测指挥箱出现故障的情况下，其他功能完好的移动式地震应急流动监测指挥箱可以在不同的位置之间进行往返飞行，重新进行MESH组网，可以利用一个移动式地震应急流动监测指挥箱监测多个不同区域位置的数据信息，既提高了数据传输的可靠性，又提高了指挥平台的指挥可靠性；

(4)通过设置信息采集模块，可以采集监测到灾害现场的视频、声音、光线等信息，便于救援人员及时获取灾害现场的环境信息，从而方便搜救人员进行及时救援；

(5)通过设置应急呼叫模块，该应急呼叫模块具有声音、发光、以及无线电波等应急呼叫方式，方便搜救人员及时获取相关的呼叫救援信息；

(6)通过设置指挥信息发布模块，可以及时将所述震动数据信息以及与地震灾害相关的数据信息上传至指挥平台，并接收和发布来自指挥平台的外部救援措施、内部自救措施指引信息、心理安抚信息、外部救援进度通报信息等。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。