1、基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统研究报告作品类别: 科技发明制作 B 类1目 录摘 要 .11.作品设计、发明的目的和基本思路 .11.1 作品设计、发明的背景 .11.2 作品设计、发明的目的 .11.3 作品设计、发明的思路 .12.系统优势分析及创新点 .22.1 创新点 .22.2 系统优势分析 .23.本系统的推广前景及市场分析 .34 系统基本组成 .35.系统方案 .45.1 软硬件分工 .45.2 硬件职能 .55.3 软件职能 .56.系统原理 .66.1 实现原理 .66.1.1 激光的可视性 .66.1.2 引导光束的参数选择 .76.1.3 振镜扫描系统 .96.1
2、.4 全息标示疏散引导 .126.2 系统设计方案 .136.2.1 系统软件及平台 .136.2.2 实时监控与指挥 .186.2.3 火情报警及定位 .186.2.4 防火设计及保障机制 .186.2.5 远程报警及通讯 .196.3 引导信号的生成 .206.3.1 空间分析及设备安置 .206.3.2 疏散路线与救援路线 .236.3.3 引导信号的设置 .256.3.4 扫描振镜的控制 .2827.通讯协议 .337.1 通讯概述 .337.2 通讯协议说明 .347.2.1 通讯组网方式 .347.2.2 通信协议方式 .357.2.3 通讯接口方式 .35附件：烟雾测试实验照片.
3、45消防支队证明.46专利证书.47专利说明书.48科技查新报告.56第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品I摘 要在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍的威胁公众安全和社会发展的灾害之一，也是造成群死群伤事故的最主要灾害之一。烟雾是火灾事故中导致人员伤亡的主要因素。现有的安全出口标志牌等设备在烟雾中不易被识别，不能有效引导人员避开火源等危险区域疏散逃生。目前没有一套可以在烟雾环境下根据实时火情，生成动态疏散路线与救援路线的消防疏散引导系统。本系统运用自行研制并已获国家专利的可编程型激光引导应急疏散装置，实现了烟雾环境中有效的引导人员疏散与救援。系统可根据探测器报警信息结合内置电
4、子地图确定烟雾、火源等危险区域范围，规划出最佳疏散路线与救援路线，并根据实时火情进行动态调整。激光扫描振镜产生方向、数量可任意调整的放射状引导激光，利用人的趋光性本能引导人员向光源处移动，避开路线中的火源等危险区域，为降低火灾造成的人员伤亡提供了有效的解决方案。基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统是目前唯一采用扫描激光作为引导信号，具备最佳疏散路线动态规划与救援指挥功能的消防联动系统，解决了火灾时期烟雾环境下被困人员疏散和应急救援的难题，实现了烟雾环境下避开火源等危险区域的路线引导。本系统将提高现有消防引导疏散系统的水平，适应目前国家消防安全建设的需要，进一步降低火灾事故中人员的伤亡率，因而对
5、于消防安全技术领域有较大的促进和提高作用。关键词：火灾烟雾 激光引导 振镜扫描 疏散路线 救援指挥第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品11.作品设计、发明的目的和基本思路1.1 作品设计、发明的背景我国是一个火灾频发的国家。据统计，2010 年上半年全国共发生火灾73317 起，死亡 656 人，受伤 271 人，直接财产损失 79290.7 万元。此外，2010 年发生了数起重大火灾事故，例如上海“11.15”教师公寓重大火灾事故，造成 58 人遇难，多人受伤的严重后果。烟雾是火灾事故中导致人员伤亡的主要因素。火场空间中到处存在的烟雾会模糊阻挡了被困人员的视线，使其无法有
6、效的判明逃生路线，严重威胁被困人员的生命。1.2 作品设计、发明的目的目前使用的疏散指示设备无法在烟雾环境下有效工作。安全出口标志牌等设备在烟雾中可识别度低，人员容易对文字、图形等指示信息产生误判。现有的疏散指示设备无统一的控制指挥，不能针对复杂的火场环境生成动态的疏散与救援路线，不具备救援指挥功能。因此，当前迫切需要一套可在烟雾环境中有效引导人员疏散，并能针对实时火情生成引导人员避开火源等危险区域的动态疏散与救援路线，具备救援指挥功能的消防应急疏散与救援指挥系统1.3 作品设计、发明的思路本系统利用激光扫描振镜，产生空间内方向、数量可控的放射状引导激光。532nm 绿激光在烟雾中形成高亮度、
7、穿透力强的光通路。利用人的趋光性本能引导人员沿光通路向光源处移动，减少了人员处于紧张状态下的反应时间，实现了烟雾环境下的有效引导。基于 GIS 平台开发的应急疏散与救援指挥系统，实现了对建筑物的实时监控、最佳路径计算、动态分析等功能。系统通过对火情的实时监控，根据探测器反馈的火情信息，结合内置的电子地图，生成疏散路线与救援路线；并根据通道内具体的着火点位置、范围等信息动态调整放射状引导光束，引导人员避开危险区域实现安全迅速的疏散与救援。第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品22.系统优势分析及创新点2.1 创新点1.利用多束放射状激光在烟雾环境中引导人员疏散与救援。激光亮度高
8、、穿透性强，其光通路易于识别。人员由于趋光性本能跟随激光向光源处移动，避免了对传统文字、图形标志的误判，缩短反应时间。2.采用激光扫描振镜生成多束放射状激光束。通过对激光的程控扫描，控制激光的数量和任一激光的方向，根据避险要求设计通道内具体的引导路径，适应性较强。3. 动态生成最佳疏散路线与救援路线。系统根据探测器反馈的实时火情信息与电子地图结合引导策略设置，生成避开火源等危险区域的最佳引导路线，并根据火情与救援需要动态调整，控制相关激光引导设备工作。4.系统具备救援指挥功能。在人员疏散的同时可引导外部救援人员进入，其通过系统动态监控平台将实时火情、被困人员位置等信息及时传递至救援指挥人员，根
9、据救援要求生成救援路线，指挥救援人员搜救。2.2 系统优势分析1.当前使用的应急灯、安全出口标志灯设备在烟雾下可识别度低，本系统利用 532nm 绿激光束在烟雾中产生的光通路作为引导信号，将烟雾作为成像介质，有效的解决了烟雾中人员引导的问题。2.本系统使用激光引导设备产生多束放射状的引导激光，人员依靠趋光性本能沿光通路向光源处移动。有效避免人员由于高度紧张对现有安全出口文字、图形标志产生误判，利于人员的安全、迅速的疏散与救援。3.本系统可以针对应急疏散与救援指挥工作需要，生成疏散路线与救援路线，并控制相关激光引导设备产生动态引导光束，引导人员疏散与救援。而现有的引导设备无统一的控制与救援指挥功
10、能，容易产生错误的引导方向。4.本系统根据实时探测到火源位置、火势等火情信息动态调整路线，控制激光引导设备在逃生通道产生避开火源等危险区域的引导光通路。而现有的安全出口标志牌或全息衍射图形不能引导人员避开通道内的危险区域，仅能指示方向。5.本系统利用 X-Y 双轴扫描振镜产生的多束放射状引导激光，可以针对引第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品3导需要在三维空间中改变方向、数量。而已有的引导设备使用全息透镜成像或单轴振镜，仅能做平面移动，并且单轴振镜未设有激光安全防护装置，存在一定的安全隐患。科技查新表明，本项目系统根据火场信息，结合内置的电子地图，生成控制激光引导设备的疏散
11、路线与救援路线，并实时调整疏散路线与救援路线设计，所检文献中未见有报道。3.本系统的推广前景及市场分析基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统是目前唯一采用扫描激光作为引导信号，具备最佳疏散路线动态规划与救援指挥功能的消防联动系统，兼备火灾报警、火场实时信息采集处理、外部信息交换控制等功能。其有效解决了传统设备在烟雾环境下无法有效引导疏散与救援指挥的问题，通过实时监控平台可生成最佳疏散救援路线，同时具备的扩展接口可以整合多套外部消防系统实现联动控制。目前该技术已获得国家专利，本系统将提高现有消防引导疏散系统的水平，适应目前国家消防安全建设的需要，进一步降低火灾事故中人员的伤亡率，因而对于消防安全技
12、术领域有较大的促进和提高作用。本系统主要应用在人员密集的大型公共建筑场所，例如：体育场馆、会展中心、地铁站及火车站。其市场空间巨大，任何一座建筑均是潜在的安装使用对象，依据系统自身突出的优势和无限拓扑的特点，应用于各类建筑工程项目。4 系统基本组成该系统设计为基于多层网络的双向终端控制网络。控制网络主要有集成于中控主机和控制分站，采用 RJ-45、RS-485、802.11 无线通讯方式实现对终端的信息采集、命令控制和应急电源的启用，最终达到通过终端输出激光引导信号的目的。第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品4图 1：系统结构示意图第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作
13、品竞赛参赛作品55.系统方案5.1 软硬件分工为了实现火场的实时信息采集以及对工作终端的控制，迅速有效的传送引导指示信号，保障系统的安全运行，必须对软硬件进行合理的分工。5.2 硬件职能硬件作为信息的传输与接收部分，是产生功效的载体，具有以下职能：1）灾情探测：烟感探测器、温感探测器，负责报警和采集实时火情信息；2）逃生和救援引导：激光引导疏散指示装置、全息激光疏散标示装置，负责产生光学引导信号以及警铃等语音提示；3）中控主机负责系统整体的数据处理，控制分站作为节点起到信息预处理与二级备份功能；4）交换机网络负责信息的交换与校验；5）控制分站提供调试接口，人工输入扫描参数等信息；6）采用双回路
14、独立供电和内部电池相结合的供电方式，保证灾害时期能够安全有效供电，且在外面电源完全切断的情况下，能够利用内部电池独立供电4 小时。5.3 软件职能软件负责信息的采集交换与数据处理，指挥各分系统及设备稳定有效的工作，根据火情快速、准确选择逃生和救援路径，同时作为人机调试控制平台，实现工作参数调整与实时控制，具有以下职能：1）提供实时监控平台，可以自动或人工控制；2）对探测器数据的采集并生成报警信息；3）根据实时火场信息生成最佳疏散路线、救援路线；4）根据疏散、救援路线生成相应的激光引导信号；5）根据实时监控动态调整路线及引导信号；6）负责与其它消防系统间的数据交换，接收被困人员位置信息等；7）负
15、责向场外报告实时火场信息，并接受外部指挥调度；第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品68）负责制定引导疏散与救援策略；9）负责应急状态下控制平台的切换；10）负责切换供电线路与应急电源，保障系统的供电。11）预置引导设备应急状态下的工作参数；12）系统自检及演习模拟。6.系统原理6.1 实现原理6.1.1 激光的可视性传统的疏散标示设备使用的一般是 LED 或荧光灯光源。主要采用提高照度的方法增强标识的可视度。当环境中漂浮着大量的颗粒物时会严重削弱其光照强度，影响疏散标示效果。依靠增大光源照度的方法并不能很好解决不易识别的问题，此为现有疏散标示设备的固有缺陷。根据丁达尔效应，光束在胶体中会形成明亮的光通路。空气中存在尘埃等颗粒物，因此可以将空气看作胶体。由于光强、波长及气溶胶密度等的影响，普通情况下不易观察到空气中的光通路。当条件理想情况下，激光在室内会产生明亮可见的光通路，此光通路可以作为一种引导标识疏散引导被困人员逃生。
