基本信息
- 项目名称：
- 基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 我国是一个火灾多发的国家，2010年仅上半年全国发生火灾73317起，死亡656人，直接财产损失7.9亿元。本作品有效的解决了楼宇、隧道及公共场所火灾时期被困人员疏散和应急救援的难题：实现了对建筑物的实时动态监控，根据烟感、温感等反馈的数据，结合内置电子地图等信息自动计算出最佳疏散、救援路线并控制激光引导设备工作，安全迅速引导人员疏散，最大程度降低人员伤亡。已获得国家专利，具有广阔的推广应用前景。
- 详细介绍：
- 一、作品设计、发明的目的和基本思路 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。2008年11月14日，上海商学院女生宿舍发生火灾，4名女生在众多师生的注视下从6楼跳下当场身亡的惨状至今记忆犹新。一次又一次的惨痛教训逼迫着人们对火灾的预防、控制、逃生以及救援等各个方面进行研究。 2.作品设计、发明的目的 火灾造成重大伤害原因包括两个方面，一个是热，另一个是火灾产生的有毒烟气。火灾时期产生的大量有毒有害烟气一方面使人们无法正确寻找逃生路径，另一方面使人们心里产生了恐惧而做出跳楼等非理性行为，因而，烟雾是火灾事故中导致人员伤亡的主要因素。当今的火灾疏散引导设备普遍存在烟雾环境下照度低、穿透性差、可视度低的问题，无法满足消防安全的需要。同时目前没有一套可以针对实时火情生成疏散、救援路线的消防疏散引导系统。 本作品有效的解决了这一难题，根据火情自动计算出最佳逃生和救援路线，利用激光技术动态指引被困人员逃生和救援人员施救，为降低火灾造成的人员伤亡提供了有效的解决方案。 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、穿透力强的光通路。利用人体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。 二、系统网络拓扑 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，采用综合运用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息的目的。本系统使用的引导设备为激光引导疏散指示装置和全息激光疏散标示装置。通过激光扫描振镜生成程控引导光束或三维指示标志，并针对空间结构与实时火情调整引导参数，避开火源等危险区域。 三、系统原理 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。激光振镜扫描系统由激光器和振镜系统组成，振镜系统分为X轴偏转和Y轴偏转，轴线异面垂直。激光经过X轴反射和Y轴反射两次偏转投射。通过控制振镜的工作参数可以方便的控制产生激光束的方向，当振镜高速偏转扫描时，可以输出多束方向、数量可控的激光或较复杂的图形。 四、系统设计方案 1.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，负责报警和测控实时火情信息； 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。 2.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）负责向场外报告实时火场信息，并接受外部指挥调度； 8）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。 五、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。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、作品设计发明的目的 在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地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。本作品有效的解决了楼宇、隧道及公共场所火灾时期被困人员疏散和应急救援的难题：实现了对建筑物的实时动态监控，根据烟感、温感等反馈的数据，结合内置电子地图等信息自动计算出最佳疏散、救援路线并控制激光引导设备工作，安全迅速引导人员疏散，最大程度降低人员伤亡。 二、创新点 ①实现了对建筑物的实时动态监控，结合内置的建筑物电子地图、引导策略等信息自动计算出最佳的疏散、救援路线并控制激光引导设备工作，安全迅速的引导人员疏散撤离，最大程度上降低人员的伤亡。 ②系统具备救援指挥功能，在引导被困人员疏散的同时引导外部救援人员进入，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，及时有效的引导救援人员解救被困者。 ③利用激光亮度高、穿透性强、易于识别的特点，在烟雾中形成多条醒目的动态光通路，易于识别，解决了当前使用的引导设备无法在烟雾环境中有效引导的缺陷。 ④基于多层控制网络的实时监控平台将引导设备、传感器、供电设备有效连接起来，保障了恶劣条件下信息的有效传输及处理。系统可以接入其它外部系统。 三、主要技术指标 ①激光波长为532nm；功率35~100mW； ②步进电机式扫描振镜，采用42BYGH34两相步进电机，步距角1.8°，相电压12v； ③高速扫描振镜：扫描范围水平±20°，垂直±20°，25KHz。
科学性、先进性
- 本作品实现了对建筑物的实时监控，通过探测器采集火场动态信息，并针对其生成安全、迅速的引导路线，解决了当前消防系统疏散标志设置混乱、易被误识别、引导效率低的缺陷。 传统的LED及气体灯产生的光线对烟雾穿透力差。少数采用了激光作为光源的设备，通过全息镜片投射出的图案使激光束发散，丧失了激光束聚集的特性，适应性差，降低了对烟雾的穿透性。本作品利用激光高聚集、亮度高、易于识别的特性，将其根据丁达尔效应在烟雾中形成的醒目的光通路作为引导信号，符合人趋光性的本能。通过振镜扫描系统的高速偏转形成数量和方向可控的放射状引导光束，有较强的适应性，并可针对实际情况实时调整。 本系统可联动建筑物内的其它安全系统，接收其传递的警报、被困人员位置等信息。外部人员根据实时监控平台了解火情，指挥疏散与救援工作的进行。 科技查新结果表明，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。
获奖情况及鉴定结果
- 1.本作品的核心技术于2011年1月5日获得国家知识产权局专利授权； 2.本作品于2011年5月获得第X届“挑战杯”XX省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖； 3.本作品于2011年6月在XX省科学技术情报研究所进行科技查新，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。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 本项目已申请国家专利，可以通过专利进行技术转让。
作品可展示的形式
- 实物、产品，图纸，磁盘，现场演示，图片，录像，样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.本作品的技术特点和优势 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和救援路线，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。 2.本作品的适应范围及推广前景 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，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术领域有较大的促进和提高作用。从投入上看，一栋高层建筑，其消防设备、产品的投入约占总投资的3%-5%，2010年仅XX省消防市场规模就超过10亿元。目前，针对烟雾环境下的应急疏散与救援指挥系统市场处于空白。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。具有广阔的推广应用前景。
同类课题研究水平概述
- 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激光生成引导信号的消防疏散引导系统，兼具有救援指挥、火灾报警、火场实时信息采集处理、外部信息交换控制等一体化的消防系统。 目前广泛应用的应急灯、安全出口标示牌等疏散引导设备，采用照明标志作为引导信号。其产生的发光文字、标志或照明光线存在烟雾等环境下照度低、穿透力差、可识别性差的问题。针对此缺陷，现有研究方向仍是以更换光源（例如LED光源），提高照度为主。其在疏散引导中使用发光文字等引导标志，火场中的被困人员在心理极度恐慌中容易对文字等信息产生误读，无法正确迅速的撤离，不利于疏散逃生。 少数使用激光作为照射光源的引导设备，其主要工作方式为激光束通过照射全息镜片，将引导图形或文字等信息投影至墙壁或地面上，在一定程度上提高了引导标志的可视度。但其投影使激光发散，降低了能量密度，在烟雾环境中不能达到预期的工作效果。同时使用的全息镜片不易更换，引导标志单一，应用有着一定的局限性。 目前的消防疏散引导系统功能较单一，现有的消防系统将探测器报警系统与疏散引导系统分开设置，一般只能控制引导设备的开启与保障供电。实际环境中，引导设备安装、使用混乱，没有对引导设备形成统一的监控控制，亦不能针对实际火情生成安全、迅速的疏散路线，同时未针对消防救援工作做出统一指挥。 本作品中具有自主知识产权的“可编程性激光引导应急疏散装置”，利用双轴激光扫描振镜生成方向、数量可控的多束激光，将其在空气中形成的光通路作为引导信号，人员由于趋光性本能引导向光源处移动。本技术可以针对疏散、救援路线设计的需要，调整引导光束的方向、数量，避开通道内的火源等危险区域。 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路线与救援路线，并实时调整疏散路线与救援路线的设计，所检文献中未见有报道该技术将有助于火灾等事故中的人员疏散逃生、救援指挥和环境监测，对降低火灾事故中人员的伤亡率有较大的促进作用。 专利检索结果表明，该技术具有创新性、新颖性，同时该技术将有助于火灾等事故中的人员疏散逃生、救援指挥和环境监测，对降低火灾事故中人员的伤亡率有较大的促进作用。
