CN107064978B - 基于北斗的急救直升机导航定位***及其导航定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于北斗的急救直升机导航定位***及其导航定位方法，利用北斗的高精度导航和双向短报文通信，辅以GIS矢量地图技术和图像处理技术，实现急救直升机快速寻找降落地点，最优路线规划，导航，远程监测患者生命指标等功能。本发明对于危重疾病患者及突发事件危重伤员，使用直升机急救可以赢得宝贵的黄金救援时间，也能使医院方面了解患者的状况，提前准备手术，大大提高抢救的成功率。

Description

基于北斗的急救直升机导航定位***及其导航定位方法

技术领域

本发明属于直升机智能急救技术，具体涉及一种基于北斗的急救直升机导航定位***及其导航定位方法。

背景技术

航空医疗救援在1970年诞生于德国，是医生直接搭乘直升机飞往患者身边的一种急救方式。医疗救护直升机比起传统的救护车具有快速、高效、机动性强、不受交通堵塞、道路塌方等意外情况影响的优点。而我国的航空救援起步时间晚，发展缓慢，难以满足目前国内的航空救援需求。由于制度不完善，寻找停机地点困难等原因，直升机救援一直没有普及，如何构建一套完整且有效的直升机急救智能***仍是一个亟待解决的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于北斗的急救直升机导航定位***及其导航定位方法，实现急救直升机快速寻找降落地点，最优路线规划、导航，和远程监测患者生命指标等功能。

技术方案：本发明的一种基于北斗的急救直升机导航定位***，包括北斗卫星、直升机上的机载端和地面端，所述机载端包括主控芯片、北斗用户机和生命体征监护仪，主控芯片分别与生命体征监护仪和蓝牙通信模块相互连通，蓝牙通信模块的另一端与北斗用户机相连；所述地面端包括地面监控终端，地面监控终端的两端分别与人机交互界面和北斗指挥机相连通；所述北斗卫星分别通过北斗短报文通信分别与北斗用户机和北斗指挥机相互通讯。

进一步的，所述机载端中还设有SD存储卡和显示屏，SD存储卡实时备份主控芯片获取的直升机飞行信息和生体征数据，主控芯片控制将北斗用户信息和生体征数据显示于显示屏。

进一步的，所述显示屏采用TFT液晶屏，所述主控芯片采用STM32F103RBT嵌入式处理器。

本发明还公开了一种基于北斗的急救直升机导航定位***的导航定位方法，包括以下步骤：

(1)获取危病重患者所在地点；

(2)地面监控终端寻找离患者最近的可降落地点；

(3)地面监控终端将地面监控终端确认的可降落地点反馈给直升机，直升机根据导航信息前往救援地点；

(4)直升机接到患者后实施向地面监控终端传输定位信息和患者体征信息，最后送达医院。

进一步的，所述步骤(2)中，在接到直升机急救任务后，地面监控终端在GIS地图(内设于地面监控终端)上寻找面积大于400平方米的连通区域，通过调用监控或者实地考察确认周围没有不可移除的空中障碍物，在和有关部门协调成功后将该地点设置为可降落地点，将该可降落地点坐标通过北斗短报文通信发至北斗卫星，北斗卫星再通过北斗短报文通信将可降落地点的信息发送至机载端的北斗用户机，并将其信息存储在矢量地图中。

进一步的，所述地面监控终端对已成功降落的地点进行记录，将成功实施过降落的地点作为以后优先选择的降落地点。

进一步的，所述北斗短报文通信的具体过程为：

北斗用户机首先将包含用户机ID号和通讯内容的通讯申请信号加密后通过卫星转发入站，地面中心站(即北斗卫星导航***的地面中心站)接收到通讯申请信号后，经脱密和再加密后加入持续广播的出站广播电文中，经卫星广播北斗指挥机接收出站信号，解调解密出站电文，完成一次通讯；

北斗用户机每次发送的通信内容包括帧头、用户机ID、报文长度、数据类型、直升机定位信息、患者生命体征信息和帧尾，数据类型分为四种：

“0”代表:北斗用户机退出***；

“1”代表北斗用户机进入***；

“2”代表:数据为去程时用户机的位置(经纬度)和高度信息；

“3”代表数据为回程时用户机的位置(经纬度)、高度信息以及患者的生命体征信息，声明体征信息包括脉搏、呼吸、血压、体温和血氧饱和度信息。

进一步的，所述步骤(4)中，直升机机载端的主控芯片通过串口实时读取生体征监护仪所测数据，并通过蓝牙模块将所读数据传输至北斗用户机，北斗用户机通过短报文通讯向北斗卫星事实上报位置并向地面监控终端发送生命体征监护仪所测病人数据。

进一步的，所述地面监控终端中设有对应应用软件，该应用软件通过人机交互界面人工判断降落地点，处理患者位置信息与患者附近的矢量地图，筛选出直升机急救的最佳降落地点，并建立直升机降落地点数据库。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明利用北斗卫星导航***进行直升机定位，并在直升机飞行过程中进行全程导航，整个搜救以及回程过程中，位置信息定位比较精准，且快速有效；

(2)本发明的地面端配套的应用软件用于处理患者位置信息与患者附近的矢量地图，筛选出直升机急救的最佳降落地点；

(3)本发明通过北斗卫星***短报文功能实现直升机与地面地面监控终端的通信，实时传输直升机的位置信息和搭乘患者的生命体征信息。

附图说明

图1为本发明的整体***架构框图；

图2为本发明的工作流程示意图；

图3为本发明中地面端的应用软件框图；

图4为本发明中地面监控终端数据解包流程图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1所示，本实施例的基于北斗的急救直升机导航定位***由机载端和地面端两部分组成，机载端包括北斗用户机和机载端显示屏，地面端包括北斗指挥机、地面监控终端和人机交互界面(大屏幕)。

地面监控终端负责整合直升机定位信息与GIS矢量地图的信息，选取最佳降落地点，完成导航工作。地面端和机载端通过北斗卫星相互进行北斗短报文通信，并且地面监控终端还通过广域网与其他跨区域合作用户进行通信，即时了解患者所在地点的实时情况，通过人机交互，综合得出直升机降落地点的决策意见。

在机载端，利用北斗用户机的短报文通讯功能，可以实时上报直升机的位置信息，回程时向地面监控终端发送生命体征监护仪监测到的病人生命体征数据。

机载端中包括有北斗射频信号处理模块(设置于北斗用户机)和信息解析处理模块(STM32F103RBT处理器)，因为北斗射频信号处理模块的天线和射频基带部分体积较大，所以北斗射频信号处理模块与北斗用户信息解析处理模块通过蓝牙无线传输的方式相连。信息解析处理模块主要负责发送特定的北斗指令和对应的北斗信息(例如北斗用户机向北斗指挥机发送的信息，通信内容包括帧头、用户机ID、报文长度、数据类型、直升机定位信息、患者生命体征信息和帧尾等等)，该模块采用基于ARM Cortex-M3的STM32F103RBT嵌入式处理器作为主控芯片，该芯片拥有GPIO、UART、ADC等丰富的外设接口，具备优异的实时性能、杰出的功耗控制等诸多优点。STM32F103RBT芯片将生命体征监测仪信息加上北斗通信的报文帧头信息，长度信息和校验信息等，通过蓝牙通信模块传输给FDBD3111北斗RDSS射频基带模块调制放大，最后输送到北斗天线上发送出去；同时，该芯片可读取并解析蓝牙通信模块接收的北斗用户信息，最后显示在机载端显示屏(TFT液晶屏)上。同时，直升机的飞行信息和运送患者的生命体征信息都在SD card中备份。

如图2所示，上述基于北斗的急救直升机导航定位***的工作流程可分为三个阶段。第一阶段是接到急救任务，准备出动直升机；第二阶段是直升机飞往患者所在地点；第三阶段是直升机搭载患者返回医院。

第一阶段的主要任务是通过应用软件为直升机寻找最佳的降落地点，最佳降落地点应该是距离危重病人最近且当日没有被占用的可停机地点。第二阶段的主要任务是对急救直升机进行全程导航，并将机载北斗用户机的实时定位数据(包括经纬度、高度、气象资料等)一方面通过蓝牙传输到机载端的信息解析处理模块；另一方面通过机载端北斗用户机对数据进行二次协议封装和北斗通信协议封装，发送到北斗卫星，然后根据北斗用户机内置的通信卡所具有的通信等级、通信频度，进行发送频度控制和电文长度控制，数据由北斗指挥机接收，到达地面监控终端。第三阶段的主要任务是导航急救直升机回到医院，并将直升机定位信息和患者体征信息(包括脉搏、呼吸、血压、体温和血氧饱和度)通过北斗短报文功能传输至地面地面监控终端，以便医院提前开始治疗的准备工作。

如图3所示，地面监控终端中配置有相应应用软件，该应用软件的主要功能是寻找急救直升机的最佳降落地点并建立急救直升机可降落地点数据库。

限制直升机降落的主要因素是场地面积、场地坡度和空中障碍物，直升机降落需要400平方米左右的空地，周围不能有高大的树木或建筑，以防碰撞直升机的主旋翼与尾桨。其次，着陆场地的坡度最好是不大于3度的平缓坚硬场地。通常，可作为降落地点的区域有学校操场、公园、大楼屋顶等。当急救直升机业务得到一定的发展时，医院应当与其他行政部门合作，确保城市的各个区域都有可使用的直升机停机坪。

为了在矢量地图上标注出所有的停机坪，通过应用软件在地图上寻找面积大于400平方米的连通区域，通过调用监控或者实地考察确认周围没有不可移除的空中障碍物，在和有关部门协调成功后即可将该地点设置为可降落地点，并将其信息存储在矢量地图中。在接到直升机急救任务之后，通过业务软件找到距离患者最近的可降落地点，联系有关部门确认降落可行性之后，将该地点坐标发送至机载北斗用户机。应用软件将对已成功降落的地点进行记录，将成功实施过降落的地点作为以后优先选择的降落地点。

如图4所示，地面监控终端数据解包流程为：北斗用户机每次发送的通信内容包括帧头、用户机ID、报文长度、数据类型、直升机定位信息、患者生命体征信息和帧尾。根据北斗用户机发送报文通信协议判断北斗指挥机接受的数据是否有效，循环接收数据，只到接受的数据判断为有效，并根据接收的数据类型进行处理。数据类型分为四种：

“0”为北斗用户机退出***；

“1”为北斗用户机进入***；

“2”为数据为去程时用户机的位置(经纬度)和高度信息；

“3”为数据为回程时用户机的位置(经纬度)、高度信息以及患者的生命体征信息(包括脉搏、呼吸、血压、体温和血氧饱和度)。

可上述内容可知，本发明利用北斗的高精度导航和双向短报文通信，辅以GIS矢量地图技术和图像处理技术，实现急救直升机快速寻找降落地点，最优路线规划，导航，远程监测患者生命指标等功能，大大解决救援直升机降落地点难于确定的问题，使直升机医疗救护行业更加***化和智能化，扩大直升机急救的应用范围。

对于危重疾病患者及突发事件危重伤员，使用直升机急救可以赢得宝贵的黄金救援时间，也能使医院方面了解患者的状况，提前准备手术，大大提高抢救的成功率，使用北斗卫星导航***增强了医疗行业的保密性，提高了我国总体急救水平。

Claims (5)

1.一种基于北斗的急救直升机导航定位***，其特征在于：包括北斗卫星、直升机上的机载端和地面端，所述机载端包括主控芯片、北斗用户机和生命体征监护仪，主控芯片分别与生命体征监护仪和蓝牙通信模块相互连通，蓝牙通信模块的另一端与北斗用户机相连；所述地面端包括地面监控终端，地面监控终端的两端分别与人机交互界面和北斗指挥机相连通；所述北斗卫星分别通过北斗短报文通信分别与北斗用户机和北斗指挥机相互通讯；

上述导航定位***的导航定位方法，包括以下步骤：

(1)通过北斗用户机获取危病重患者所在地点；

(2)地面监控终端寻找离患者最近的可降落地点；

(3)地面监控终端将地面监控终端确认的可降落地点反馈给直升机，直升机根据导航信息前往救援地点；

(4)直升机接到患者后实施向地面监控终端传输定位信息和患者体征信息，最后送达医院；

所述步骤(2)中，在接到直升机急救任务后，地面监控终端在GIS地图上寻找面积大于400平方米的连通区域，通过调用监控或者实地考察确认周围没有不可移除的空中障碍物，在和有关部门协调成功后将该地点设置为可降落地点，将该可降落地点坐标通过北斗短报文通信发至北斗卫星，北斗卫星再通过北斗短报文通信将可降落地点的信息发送至机载端的北斗用户机，并将其信息存储在矢量地图中；所述地面监控终端对已成功降落的地点进行记录，将成功实施过降落的地点作为以后优先选择的降落地点；

所述北斗短报文通信的具体过程为：北斗用户机首先将包含用户机ID号和通讯内容的通讯申请信号加密后通过卫星转发入站，地面中心站接收到通讯申请信号后，经脱密和再加密后加入持续广播的出站广播电文中，经卫星广播北斗指挥机接收出站信号，解调解密出站电文，完成一次通讯；北斗用户机每次发送的通信内容包括帧头、用户机ID、报文长度、数据类型、直升机定位信息、患者生命体征信息和帧尾，数据类型分为四种：

“0”代表:北斗用户机退出***；

“1”代表北斗用户机进入***；

“2”代表:数据为去程时用户机的位置和高度信息；

“3”代表数据为回程时用户机的位置、高度信息以及患者的生命体征信息，声明体征信息包括脉搏、呼吸、血压、体温和血氧饱和度信息。

2.根据权利要求1所述的基于北斗的急救直升机导航定位***，其特征在于：所述机载端中还设有SD存储卡和显示屏，SD存储卡实时备份主控芯片获取的直升机飞行信息和生体征数据，主控芯片控制将北斗用户信息和生体征数据显示于显示屏。

3.根据权利要求2所述的基于北斗的急救直升机导航定位***，其特征在于：所述显示屏采用TFT液晶屏，所述主控芯片采用STM32F103RBT嵌入式处理器。

4.根据权利要求1所述的基于北斗的急救直升机导航定位***其特征在于：步骤(4)中，直升机机载端的主控芯片通过串口实时读取生体征监护仪所测数据，并通过蓝牙模块将所读数据传输至北斗用户机，北斗用户机通过短报文通讯向北斗卫星事实上报位置并向地面监控终端发送生命体征监护仪所测病人数据。

5.根据权利要求1所述的基于北斗的急救直升机导航定位***，其特征在于：所述地面监控终端中设有对应应用软件，该应用软件通过人机交互界面人工判断降落地点，处理患者位置信息与患者附近的矢量地图，筛选出直升机急救的最佳降落地点，并建立直升机降落地点数据库。