席宇迪 程晶晶 周明龙

关键词：数据采集；救援移动机器人；IMSI

救援是指个人或人们在遭遇灾难或其他非常情况（含自然灾害、意外事故、突发危险事件等）时，获得实施解救行动的整个过程；救援事业是指能够做长久完善的准备和随时随地能够及时实施解救行动的事务；救援产业是一个以完善的体系、系统或链条为平台、以自身的系统化规模化模式化等为基础、能够长久完善地准备、随时随地实施解救行动并能够最终实现各方应有受益和收益的实业经济[2]。根据近几年地震救援情况不难看出，由于地震发生后废墟结构极不稳定，很容易对在废墟中的救援队员造成危险。而涉核、涉化设施的震后救援，更充满危险性。一些大面积的倒塌建筑，可以借助机械挖掘搜索，但一些缝隙、狭小空间等，救援队员进去有危险，大型设备又没有“用武之地”，就需要一些特定的设备来完成搜救。现有的救援移动机器人不能精准地检测被救人员的位置，导致位置不明确，给救援行动带来不便，且被困的人员长时间的恐惧中，容易因为害怕和恐慌导致情绪较低，严重影响被困人员的求生欲望，很多设备都是体积庞大，不方便携带。根据手机通信协议3GPP TS36.304部分的描述，手机在空闲状态下会搜索周围的基站，选择信号比较强的基站进行接入。利用这一特征，可以研发手机伪基站设备，通过2G和4G的手机伪基站技术，可以把周围的手机吸引过来注册，获取其手机标识号码IMSI号码，然后可以利用IMSI进行定位和发送手机短信。根据这一特征，本文设计了一种手机数据采集分析综合救援移动机器人，针对该装备设计了一种配套的手机数据采集分析综合救援系统。

1 手机数据采集分析综合救援移动机器人的设计

1.1 手机数据采集分析综合救援移动机器人的技术方案

针对现有的救援移动机器人不能精准地检测被救人员的位置，导致救援行动迟缓这一问题，本文设计了一种手机数据采集分析综合救援移动机器人。如图1～图4所示，其中：1-设备机箱；2-滚轮；3-风扇；4-出风口；5-电线连接口；6-网口；7-数字密码锁；8-提手；9-插孔；10-信號采集装置；11-定向天线；12-场强测量仪。一种手机数据采集分析综合救援移动机器人，包括设备机箱、滚轮、提手，设备机箱底部四角均通过连接轴连接有滚轮，设备机箱底部设置有风扇，风扇一侧设置有出风口，设备机箱的顶部设置有多个电线连接口，电线连接口一侧设置有网口，设备机箱的顶部固定设置有提手，提手顶部一侧设置有数字密码锁，设备机箱的顶部远离网口的一侧设置有插孔，设备机箱内设置有电路模块、基带板，设备机箱内的电路模块、基带板通过电线连接口连接的电线与天线电性连接，设备机箱内的电路模块、基带板电线连接有定向天线，定向天线电性连接有场强测量仪，场强测量仪与手机连接。设备机箱和天线组成了信号采集装置，且天线至少设置三根。对被救人员的手机信号进行收集和发射，确认被救人员数量，根据搜集到的手机号码，通过电脑（主控）发短信，提醒、安抚被救人员，有利于救援的进行。出风口至少设置两个。给工作的设备机箱进行散热，有利于设备机箱的工作[3]。插孔至少设置三个，且插孔与设备机箱内的电路模块电性连接。场强测量仪的型号为EMF829，场强测量仪、定向天线和手机组成了单兵作战装置。对手机信号进行感应，精准定位被困人员，提高救援率[4]。风扇外侧设置有钢丝网，且钢丝网通过螺钉与设备机箱的底部固定连接。给工作中的设备机箱内的电器元件进行散热，延长使用寿命[5]。

1.2 手机数据采集分析综合救援移动机器人的工作原理

通过滚轮把箱体移动到指定位置，然后通过电线连接口连接的电线连接定向天线，箱体和天线组成的信号采集装置搜集被救援人员的手机号码，确认被救人员数量，根据搜集到的手机号码，通过电脑（主控）发短信，提醒、安抚被救人员，使用单兵作战装置对手机信号进行感应，场强测量仪进行测量手机信号，定向天线进行定位，精准定位被困人员。装置的设备机箱体积小，便于携带，对被救人员的手机信号进行收集和发射，确认被救人员数量，根据搜集到的手机号码，通过电脑（主控）发短信，提醒、安抚被救人员，有利于救援的进行，且设备机箱设置的风扇、出风口和滚轮，方便对设备机箱进行散热和移动，给使用带来便利，设置的定向天线、场强测量仪和手机组成的单兵作战装置，对手机信号进行感应，精准定位被困人员，提高救援率，给使用者带来便利[6]。

2 手机数据采集分析综合救援系统的设计

2.1 手机数据采集分析综合救援系统的设计方案

本文针对手机数据采集分析综合救援移动机器人设计了一种手机数据采集分析综合救援系统，包括电脑上位机、路由器、LTE模块、GSM模块、功率放大模块。电脑上位机内设置有上位机操作模块，且上位机操作模块电性连接有路由器，路由器电性连接有LTE模块、GSM模块，LTE模块、GSM模块均电性连接有功率放大模块，功率放大模块电性连接有天线。优点是：通过移动机器人收集采集节点对移动路径进行规划，使移动机器人行走的距离更短，提升移动机器人的数据收集速度，降低能耗。该系统可以通过获取到的IMSI号码判断受灾人数，进行救灾人力配置；可以利用短信让被地震所埋的手机发出声音，便于判断被埋人员位置；定位功能，可以对地震被埋人员随身携带的手机进行定位，从而判断位置，起到快速救人的目的。

电脑上位机上安装的上位机软件通过路由器连接有基带板，且上位机软件通过TCP协议与基带板通信连接。基带板上运行的软件由C语言开发，由GCC编译器编译。该软件对基带板上的射频单元进行操作，根据上位机笔记本电脑发来的数据进行编码、解码、发射和接收数据[7]。笔记本上的软件由C#语言开发，由visual studio软件进行编译。该软件通过TCP协议来和基带板进行通信，对基带板发送数据，控制基带板的运行，并接收基带板发来的数据，显示到界面里供用户使用。

电脑上位机上安装的上位机软件与定位单兵设备电性连接。定位单兵设备可以随身携带使用，该设备上运行的软件由C语言开发，可以对指定的频点的上行信号进行解析，从中测量出手机的信号强度，并显示到软件界面中，根据该信号强度可以判断出大致的距离对手机进行定位。LTE模块为ME3860，GSM模块的型号为TC35，功率放大模块的型号为RA60H1317M1A。

2.2 手机数据采集分析综合救援系统的工作原理

电脑上位机1负责提供用户操作界面，发送指令给LTE模块3和GSM模块4对数据进行编码，发送给功率放大模块5，模块放大信号强度后，通过天线6发射，利用手机会选择信号强的基站接入的特点，用伪基站设备将周围手机吸附到伪基站设备中，在获取其IMSI号码后，统计出周围的手机数量，然后通过多次侦码和号码比对的功能，统计出周围手机的大致数量，然后通过IMSI发送短信，并通过IMSI号码进行定位。经测试，在室内可以穿透4层楼房发挥作用，在室外的建筑工地测试，可以穿透地面的水泥、砖头发挥作用。采用本技术方案，本系统可以应用在地震、泥石流等地质灾害中，可以协助救援人员快速定位、加快救援速度。机器人通过路劲规划算法自行移动，通过人机界面观测机器人的运动状态，同时机器人将现场各种反馈信息实时传递回界面供操作人员参考。生命无价，搜救人员以及被困人员的人身安全同等重要。及时掌握灾难现场环境状况可以有效保障搜救人员的人身安全，成功搜索到被困人员并给予营养补给，可以有效延续被困人员生命，为其提供生存信心。

2.3 手机数据采集分析综合救援系统的控制方法

手机数据采集分析综合救援系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：监听基带板发来的数据，如果接到了基带板发来的请求接入数据，证明该基带板已经运行正常，就可以在软件界面上显示该基带板连接正常，用户随后可以在软件中启动基带板，基带板启动后，基带板上的软件，根据上位机笔记本电脑发来的参数来配置，发射广播信号，利用手机选择信号强的基站接入的特点，吸引手机过来注册，在获取手机的IMSI号码后，将手机重定向到其他基站上去[8]；

步骤2：获取的IMSI号码可以存储到笔记本电脑的硬盘上，并可以对两个存储的文件进行比对，将其中重复的号码提取到软件界面中；

步骤3：在获取周围的手机IMSI号码后，还可以对其中的号码进行定位，具体的技术途径是将指定的IMSI号码在上位机软件中发送到基带板中，基带板中的软件将这个指定号码的手机常驻在基站中，并不停止地发送信号给这个手机，使这个手机回应，从而产生信号，定位单兵测量到信号强度，并显示到操作界面中，从而测量出距离；

步骤4：上位机软件还可以给移动的GSM手机发送短信，软件先对短信内容进行编码，然后通过TCP协议发送给基带板，基带板通过信道将短信发送给手机[9]。

3 结束语

针对现有救援移动机器人的现状，本文设计了手机数据采集分析综合救援移动机器人，同时设计了该装备配套的救援系统。设计的救援移动机器人体积小，便于携带，可以应用在地震、泥石流等地质灾害中，可以协助救援人员快速定位、加快救援速度，可以通过获取到的IMSI号码判断受灾人数，进行救灾人力配置，可以利用短信让被地震所埋的手机发出声音，便于判断被埋人员位置，定位功能可以对地震被埋人员随身携带的手机进行定位，从而判断位置，起到快速救人的目的，提高救灾效率；同時通过电脑（主控）发短信，提醒、安抚被救人员，有利于救援的进行。