1系統開發背景
生活中危險事故經常發生，例如火災、有毒有害氣體泄漏、發現不明可疑危險物體、傳染性疾病、核輻射污染等，這些都可能危及到社會、國家、公民的安危。爲了避免危險區域對人身財產造成更大的損害，應當及時在事故發生區域進行有效的警示、標識。目前這類警示、標識的方法很簡單，大多采用掛警示帶、投放警示桶、擺放危險警示牌等手段，方法較簡單，警示功能效果單一，只能起到靜態標誌的作用，並受時間、地點、氣候等條件限制，標誌效果不突出。現有產品或技術條件未能很好地達到標識、警示的目的，在使用時通用性較差、效率較低，容易誤入警示區造成不必要的損傷，且對標識區域的資訊不能很好的知曉、存貯和傳遞，並進一步升級處理。
伴隨科技的進步發展，在很多危急場所區域都需要運用擁有更多功能的標識設備，提高警示標識效能，如：高速路上的交通事故，尤其是夜晚、雨、雪、大霧天氣下發生的交通事故;有不明危險物的特殊場所;存在可疑放射源區域;有可疑爆炸物或是發生過爆炸的區域;有毒、有害區域;刑事案發的刑偵場所;軍事區域等。另外，隨着軍警裝備電子化、資訊化升級，隨着“科技強軍、科技強警、構建和諧平安社會”的發展需要，軍警的警示標誌設備應具有更先進的功能，以適應現代化軍警部隊在訓練、作戰、搶險救災、處理突發事件時對相關區域，特別是三防區域進行標識警示，並對標識資訊進行電子資訊化處理。
本系統針對現有市場上標誌設備產品的落後和不足，提供了一種全新的電子資訊標誌/警示系統。本技術採用動態標識指示的方式，前端可運用物聯網技術，透過不同採集資訊的專用設備(如傳感器、空氣質量檢測儀、偵毒器、輻射儀等)採集標誌資訊(如警示源種類、污染物濃度、輻射劑量率、測定時間、地理座標等)，將標誌資訊傳給計算機處理後傳輸給標誌資訊注入器。注入器可安裝於固定場所、偵察或巡邏車輛內部等。在安裝有標誌資訊注入器的地方配備一定數量的標誌旗，標誌旗依次通電工作，依次寫入對應的標誌資訊。裝有光敏元件的標誌旗頂部高亮LED燈在雨、霧、雪、霾天氣環境下或是光線較弱時開始閃爍警示;在光線較好的環境下標誌旗透過上部帶有醒目的、可旋轉的三角形熒光旗面提供直觀警示。標誌旗依次通電注入標誌資訊後，按一定距離間隔投放至需要標識、警示的區域邊緣，定時向四周發射無線標誌信號。後繼相關人員透過手持標誌資訊接收器對一定距離範圍內的標誌旗進行識別，提供聲光報警，讀取接收到的警示標誌資訊，對標誌旗傳送的標誌資訊進行綜合處理、應用和掌控。另外，標誌資訊接收器透過連接計算機，可向計算機軟件匯入多點(標誌旗)標誌資訊，將警示區域資訊2D、3D圖形化，指揮人員進行集中的分析、判斷、處理。系統具有聲、光雙向報警的功能、不受時間、天氣及使用範圍等因素的影響，它具有新型、高效、節能、實用、安全、輕便、適用範圍較廣的特點。
2主要研究開發內容、技術關鍵及創新點
2.1主要研究開發內容
本項目研究開發一種全新的電子資訊標誌系統，它主要由標誌資訊注入器、標誌旗、標誌資訊接收器三個設備組成，系統的研發主要涉及到這三個分系統設備的相關技術研發。
2.2系統的總體設計
2.2.1系統組成和接口關係。新型電子資訊標誌系統設備由標誌資訊注入器、標誌旗、標誌資訊接收器組成，如圖1所示。標誌資訊注入器安裝於固定場所內、偵測或巡邏車輛內部等，透過CAN或RS-232總線與主控計算機之間進行數據通信。標誌旗透過無線與標誌資訊注入器、標誌資訊接收器進行數據通信。
2.2.2工作方式。當確定警示區域或污染區域邊界後，主控計算機將標誌旗承載資訊(如警示源種類、污染物濃度、輻射劑量率、測定時間、地理座標等)下傳到標誌資訊注入器。偵測人員將標誌旗通電，確定正確接收注入器的標誌資訊後進行投放。投放後的標誌旗間歇式無線發射標誌資訊，並根據環境光強弱判斷頂燈是否閃爍。當後繼相關人員攜帶標誌資訊接收器靠近警示區域時，接收到標誌旗資訊發出無線資訊，發出聲光警示，並顯示接收到的警示區域標誌資訊。標誌資訊接收器透過連接計算機，可向計算機軟件匯入多點標誌資訊，將區域資訊2D、3D圖形化，指揮人員進行集中的分析、判斷、處理。
2.3新型電子資訊標誌系統的分系統設計及其技術關鍵
2.3.1標誌旗。(1)結構及電路設計。標誌旗從結構上主要由杆頭部和底部兩部分組成。標誌旗是抗倒伏結構體，有不倒翁效果，這樣的功能有利於它的標識效果和無線功能。在裝放車輛上，非使用狀態的標誌旗旗面、燈杆和底座分開放置，節省存放空間，使用時根據受染類型或是警示內容快速上電組裝。標誌旗總高度爲0.5m。旗面採用帶有熒光特性塑料薄膜縫製，選用多種鮮豔警示顏色，如紅、黃、藍、白等。旗面爲等腰直角三角形，直角向下。在旗面正反兩面可印上“警”、“危險”、“注意”等字型。旗幟上裝有卡環，安裝時透過卡環卡入支連桿頭部槽內，旗幟在遇風的狀況下可自由旋轉。燈杆由頂燈和支連桿組成。頂燈爲半球形，具有良好透光性和極佳的機械強度。支連桿由特種塑料注塑成形，爲中空柔性杆件。裝配時內置無線通信天線和電源線。支連桿使用時與底座連接上電，不用時，杆頭部可拔下，便於運輸和儲存。底座爲一金屬半球體，有一定的重量，起配重和固定支撐的作用，爲主要外部受力部件，內部有電池容納倉。標誌旗電路由嵌入式控制器、驅動電路、電池、LED燈和無線收發電路等組成。(2)質心計算。基於對不倒翁原理的分析，標誌旗底部設計爲一半球體最爲合理，而整個設備的重心點最好在整個設備的垂直中心線上。重心點到水平地面的垂直距離必須小於底部球體的半徑值，這樣才能保證標誌旗在平地上具有抗倒伏效果。設計時運用三維模擬設計軟件，將標誌旗中的所有零部件按精確的尺寸繪製成三維實體後，賦予材質，精確模擬得到每一個實體零部件的質量及重心座標點，然後再將這些零部件按約束進行裝配，後得到裝配體模擬實體，軟件計算後可精確得到此裝配體的質量和重心。
2.3.2標誌資訊注入器。標誌資訊注入器安裝固定在特定場所內或偵察、巡邏車輛內部，與控制計算機配合使用。標誌資訊注入器在結構設計上重點考慮體積小、安裝方便、減震效果好等因素。標誌資訊注入器由嵌入式單片機、無線收發電路、外置天線、接口電路、狀態指標燈和電源模組部分組成。
2.3.3標誌資訊接收器。標誌資訊接收器在結構設計上重點考慮體形小巧輕便、天線收放方便、密封防水性電磁相容性好等因素。標誌資訊接收器的結構主要由前蓋盒體和後蓋盒體組成，採用鋁合金件，輕便結實。在前蓋盒體的外部安裝有有機玻璃面板和薄膜開關按鈕。在內部還留有與計算機連接的通信接口。在前蓋盒體上開有蜂鳴器的出音孔，前蓋體內部安裝固定顯示屏及電路板。在後蓋體的上側面安裝旋轉天線。在後蓋體的下面開有電池倉口。前後蓋體之間、盒體與電池倉蓋之間透過橡膠條來密封防水。標誌資訊接收器由嵌入式單片機、無線收發電路、OLED顯示屏、電源控制電路、鋰亞電池和蜂鳴器等部分組成。
2.4項目創新點或系統特點
2.4.1無線電子資訊通訊技術動態標識。本系統開發運用了無線電子資訊技術來實現標誌系統的標識功能，實現了標誌設備電子化、資訊化。新型電子資訊標誌系統中的三個分系統之間的數據交流均透過無線通信來實現，無線通信主要透過採用現有技術相對成熟的無線模組來實現。(1)射頻器件選型。標誌設備的.無線通信中，由於標誌旗主要投放至野外或戶外環境，無線通信採用電池供電，要求功耗低。同時受到標誌旗高度的限制，天線距離地面較近，受周圍環境影響較大，要求信號傳輸具有一定的繞射能力，並具有可靠的數據傳輸機制。考慮到這些原因，系統採用中波無線模組。該模組工作在240～930MHz頻率範圍，接收靈敏度高達-117dBm(數據速率1.2kbps);最大輸出功率20dBm(發射電流80mA);接收電流18.5mA;提供多種工作模式進行功耗管理;數據包結構可配置;具有數字接收信號強度指示(RSSI)功能。(2)通信偏好設定。標誌資訊注入器、標誌旗、標誌資訊接收器均採用該模組。透過單片機進行偏好設定。載波調製採用高斯頻移鍵控調製，透過高斯低通濾波器限制頻譜寬度，功率譜更加集中。採用信號同步字、幀頭檢測，並採用基於能量分析的載波偵聽技術和CRC校驗來提高無線通信的可靠性，解決信號碰撞問題。數據傳輸速率與接收靈敏度相關。數據速率越低，接收靈敏度越高，其他條件相同時傳輸距離也就更遠。但數據速率低，發射時間長，功耗增加。作爲接收器，爲了能夠捕捉標誌旗的發射包，射頻模組處於接收模式的時間同樣需要增長，造成功耗增加。
2.4.2新工藝設計製作標誌旗。新型電子資訊標誌系統中的標誌旗在結構設計製作上運用了一些新的工藝。(1)標誌旗底座的設計製作。依據不倒翁原理，標誌旗底部設計成一半球體最爲合理，而整個設備的重心點應貼近設備的垂直中心線，重心點到水平地面的垂直距離必須小於底部球體的半徑值。基於這樣的設計原則，根據三維實體軟件的分析得出結論，底部的質量應占整體質量的90%以上。對底座材質、外徑大小進行過多次分析模擬測算，加工製作底座選用密度大的材質。結合新的加工工藝，底座採用不鏽鋼精密鑄造，配合二次加工成形。(2)標誌旗支連桿的設計製作。標誌旗支連桿設計爲一根中空的柔性塑料杆件，這根柔性杆件一方面起支撐作用;另一方面它能過線，將底部電源線引至燈頭部位。在衝擊震動的過程中，由於其柔軟特性，在大的衝擊力下它會發生形變，從而化解大部分的衝擊力，有效的保護好燈頭部位的完好性，而在常態下它又能很好地恢復原形。基於它的投置操作方便性、耐衝擊振動性、密封防水性等要求，透過大量材料選型，最終選定採用易恢復、耐磨強、低溫性能高的新型複合塑料材料，採用新工藝模具注塑成形制作標誌旗支連桿。