基本信息
- 项目名称：
- 复杂环境灾难自救及报警救援信息系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 通过在现场布设大量的无线传感节点并自动组建成无线传感网络，每个现场人员都会有一手持设备接收并显示现场信息，一旦有事故发生时就会发出声光报警，并显示事故的具体地点。依据这些信息现场人员可以选择一天相对安全的逃生路径，从而提高受困人员的生存几率。
- 详细介绍：
- 1需求分析设计 针对复杂的生产、办公、商业、生活现场环境进行分析，将监控区域划分成不同的安全等级，模拟推演可能的事故情形，从生产生活人员角度和从管理者角度设计防灾减灾方案，分别进行信息系统需求分析，设计人性的、有效的信息系统。 2 系统结构 整体结构如图1所示。一般应包括监控中心、有线（或无线）骨干网、无线网关节点、网络传感器模块。 2.1 传感器大致分为两类：一类是静态节点（环境参数的监测），这类节点一般分布在固定的位置，负责感知该位置周围的环境信息；另一类是动态节点（监测人的生理信号和环境参数），该类节点可由工人随身携带或灵活安置在房间，一方面在事故发生的时候能够判断人的生理状况，另一方面可以感知工作面的现场信息。传感器采集的信息包括温度、烟雾、火、水、尘、瓦斯等相关信息，应根据需要设置。 2.2 无线传感器节点具备自组网功能，根据一定的协议链接成一个传感器网络。其网络结构如图2所示。 2.3 节点采集到的信息通过自组网的方式实时地传送到无线网关节点，网关节点负责完成数据的收发和网络状态的监控，同时它还负责数据处理、融合和存储处理后的数据通过有线（或无线）骨干网发送到监控中心，由监控平台实时显示环境参数和人的状况。 3便携自救信息机 便携自救信息机，由工人随身携带或平时安置在室内、紧急时可随身携带的设备，是动态传感器节点和信息显示查询终端二者集成设备。其终端地位如同监控中心的监控查询终端，可直观显示整体或具体环境参数，根据此信息，可选择一个相对安全的通道逃生自救；装置其动态节点本身带有硬件定位引擎，可自动的计算现场人员的位置并发送给营救人员，同时现场人员也可以主动发送自己的位置信息，可让救援者能定位人员位置和状况。营救小组收到位置信息后可采取有效的救援措施，提高灾难的救援效率。 4 定位 定位，就是确定位置。一种是确定目己在系统中的位置，一种是确定目标在系统中的位置。无线定位是自组织的网络通过一定方法提供节点的位置信息。这种自组织网络定位分为节点自身定位和目标定位。 节点自身定位是确定网络中节点的坐标位置的过程。目标定位是确定网络覆盖范围内一个事件或者一个目标的坐标位置。网络自身属性的确定过程，可以通过人工标定或者各种节点自身定位算法完成。目标定位是位置己知的网络节点作为参考点，确定时间或者目标在网络中所处的位置。 根据信息收集的方式分，通过网络收集传感器数据定位节点称为被动定位；节点主动发出信息用于定位称为主动定位。 本系统中对井下人员的定位属于目标定位，通过在井下的己知位置布置网络，作为已知的网络参考节点，对携带目标节点的人员进行定位。目标节点主动发送数据到定位网络，为主动定位。
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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
- 1、目的： 本套系统针对复杂环境下，同时为现场人员和管理者提供实时有效准确参数的信息系统，就可以在第一时间主动采取有的放矢的措施，转移到相对安全的环境，等待救援或开展自救；外部也能采取有效救援措施。这样可以尽量提高生存几率。 2、基本思路： 整体结构。一般应包括监控中心、有线（或无线）骨干网、无线网关节点、网络传感器模块。 2.1 传感器大致分为两类：一类是静态节点，负责感知该位置周围的环境信息；另一类是动态节点，该类节点可由工人随身携带或灵活安置在房间，在事故发生的时候能够了解现场情况。传感器采集的信息包括温度、烟雾等相关信息，应根据需要设置。 2.2 无线传感器节点具备自组网功能，根据一定的协议链接成一个传感器网络。 2.3 节点采集到的信息通过自组网的方式实时地传送到无线网关节点，网关节点负责完成数据的收发和网络状态的监控。 3、创新点： 3.1 区别于普通安全监控系统，此套系统具有自救功能，可以提示逃生信息等环境参数的功能。 3.2 便携自救信息机，既是提供信息的无线网络节点，又是无线信息终端查询显示装置。 3.3 每个节点可向网络提供的环境信息较全面，每个节点可获取的信息也较全面。 4、技术关键： 采用的关键技术有传感器技术，安全防爆技术，基于ZigBee的物联网技术和CAN总线技术，以及低功耗设计技术。 5、主要技术指标 环境信息、节点数目、指示方式、功耗、传输距离
科学性、先进性
- 1、先进性 采用基于ZigBee的无线传感器网络技术实现现场人员定位。通过基于ZigBee的无线自组网络将人员位置以及现场环境参数实时地传输到现场救援系统及现场人员手中，能够进行实时监测，并在危险情况下及时报警并及时通知现场作业人员;事故发生后，可以辅助快速制定救援方案、提高现场人员的自救效率，减少人员的伤亡。 双线冗余的数据传输方案。鉴于事故现场的情况的复杂性以及目前普遍的电缆传输方式，易造成内外通信的中断，故本套系统采用了先进的物联网ZigBee和Can总线技术，保障了数据传输的稳定性。 2、科学性 注重于现场人员的信息获取。目前在矿井中，还没有专门用于逃生的指示系统，有些矿井中具备一些检测瓦斯的气体含量的装置，但这些装置是只能发送给外面的上位机（计算机），而矿工不能直接得到这些信息，故此我们设计的系统有效的弥补了这一现存漏洞，给予现场人员全面的信息，提高自救效率。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 生产授权
作品可展示的形式
- 实物、产品和模型
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、使用说明 简单易用的人性化图形界面，界面为地图上显示节点信息。另设两个触摸按钮，分别用于查询环境信息和发送自身位置和求救信息。 2、系统特点 2.1整套设备低功耗，可用蓄电池持续供电，避免了断电影响。 2.2系统通信采用无线和有线冗余传输，保证了网络的稳定可靠。 2.3系统由数量众多的探头组成一个传感器网络，掌握全局信息，为进一步的逃生和营救决策提供全面可靠的依据。 3、推广前景 3.1矿井作业 该系统可在井外的监测人员与井下的施工人员建立双向通信，实时的观测井下的情况，对灾难的发生予以第一时间的援助，同时矿工可根据接收到的信息选择一条较为安全的逃生路线。 3.2 楼宇火灾 用于大型商厦、办公大型商场、办公、居住楼宇的火警监控和逃生指示。 4、市场预测 由于安全生产的迫切需要，但市场上尚无此类产品，各类矿井和高楼大赛等复杂环境均可应用，市场应用前景广阔。
同类课题研究水平概述
- 最近矿井瓦斯爆炸、塌方、透水以及楼宇的火灾等事故频发：其中2009年9月8日，河南省平顶山市新华区新华四矿发生瓦斯爆炸事故造成79人遇难；2010年11月15日上海胡特大火灾造成58人遇难，七十多人受伤，这些事故给人民的生命财产安全带来严重的威胁。 为在事故发生后提高救援效率，在矿井和大型楼宇这些重要场所都安装有一些监控系统。像澳大利亚的NLTeehnofogies公司研发了采用433MHz有源即ID标签跟踪和管理地下作业的矿工和车辆的跟踪管理系统，该即ID标签通信距离能达到30—50米；以及国内工大高科的KJP100矿井移动目标安全监控与信息管理综合业务平台。此系统以RFID技术作为矿井移动目标的最主要识别手段，结合二级百兆工业以太网、多种现场总线技术，在自主开发矿井移动目标综合自动化系统、矿井机车运输监控及车皮物料自动跟踪管理系统矿井斜巷轨道运输监控装置等应用子系统的基础上，将各子系统综合集成，实现统一技术平台下的矿井移动目标综合安全监控。而在火灾监控方面像松下电工生产的 IFS2000Z 型自动火灾报警系统，能够在火灾时发出报警，以及启动相关消防设备，及时切断电源。 从以上例子可以看出在矿井中主要系统的功能有：1、监控各处是否安全生产。2、对矿工进行考勤定位。3、在事故发生后通过警铃告知矿工马上撤离。而在楼宇中则主要是1、监控各楼层是否正常。2、一旦有火灾则通过响铃的方式提示，及一些消防设备的联动。这些系统都侧重于管理阶层，只有监控人员能获取现场的实时信息，而处于事故现场的人只知发生了事故，至于发生在那个具体位置、及事故的严重性却一无所知。救援人员也不能过准确获取受困人员的位置等相关信息。 此套信息系统则打破常规，侧重于为事故现场的人员提供实时的信息，尽最大可能提高被困人员的自救能力。于此同时兼顾到管理阶层，我们开发了上位机监控软件，能够对现场进行实时的监控，对人员等移动目标进行实时跟踪定位。一旦有事故发生，监控人员和现场人员都会收到警报，现场人员根据接收到的信息，选择安全的逃生路径。而监控人员接收报警信息后根据矿工的位置以及报警点位置采取针对性营救措施。此外因采用ZigBee物联网技术使网络的稳定性大大提高。此套系统这样设计既满足日常监控需要的同时还能够为现场人员提供及时的现场信息，大大提高了事故中受难人员的生存几率。
