基本信息

項目名稱:
基于激光導航的應急疏散與救援指揮系統
小類:
機械與控制
簡介:
我國是一個火災多發的國家,2010年僅上半年全國發生火災73317起,死亡656人,直接財產損失7.9億元。本作品有效的解決了樓宇、隧道及公共場所火災時期被困人員疏散和應急救援的難題:實現了對建筑物的實時動態監控,根據煙感、溫感等反饋的數據,結合內置電子地圖等信息自動計算出最佳疏散、救援路線并控制激光引導設備工作,安全迅速引導人員疏散,最大程度降低人員傷亡。已獲得國家專利,具有廣闊的推廣應用前景。
詳細介紹:
一、作品設計、發明的目的和基本思路 1.作品設計、發明的背景 我國是一個火災頻發的國家。據統計,2010年上半年全國共發生火災73317起,死亡656人,受傷271人,直接財產損失79290.7萬元。2008年11月14日,上海商學院女生宿舍發生火災,4名女生在眾多師生的注視下從6樓跳下當場身亡的慘狀至今記憶猶新。一次又一次的慘痛教訓逼迫著人們對火災的預防、控制、逃生以及救援等各個方面進行研究。 2.作品設計、發明的目的 火災造成重大傷害原因包括兩個方面,一個是熱,另一個是火災產生的有毒煙氣?;鷦質逼誆拇罅坑卸居瀉ρ唐環矯媸谷嗣俏薹ㄕ費罷姨由肪?,另一方面使人們心里產生了恐懼而做出跳樓等非理性行為,因而,煙霧是火災事故中導致人員傷亡的主要因素。當今的火災疏散引導設備普遍存在煙霧環境下照度低、穿透性差、可視度低的問題,無法滿足消防安全的需要。同時目前沒有一套可以針對實時火情生成疏散、救援路線的消防疏散引導系統。 本作品有效的解決了這一難題,根據火情自動計算出最佳逃生和救援路線,利用激光技術動態指引被困人員逃生和救援人員施救,為降低火災造成的人員傷亡提供了有效的解決方案。 3.作品設計、發明的思路 本系統利用激光掃描振鏡,產生空間內方向、數量可控的放射狀引導激光。532nm綠激光在煙霧中形成高亮度、穿透力強的光通路。利用人體的趨光性本能引導人員沿光通路向光源處移動,減少了人員處于緊張狀態下的反應時間,實現了煙霧環境下的有效引導。 基于GIS平臺開發的應急疏散與救援指揮系統,實現了對建筑物的實時監控、最佳路徑計算、動態分析等功能。系統通過對火情的實時監控,根據探測器反饋的火情信息,結合內置的電子地圖,生成疏散路線與救援路線;并根據通道內具體的著火點位置、范圍等信息動態調整放射狀引導光束,引導人員避開危險區域實現安全迅速的疏散與救援。 二、系統網絡拓撲 該系統設計為基于多層網絡的雙向終端控制網絡??刂仆韁饕屑捎謚鋅刂骰涂刂品終?,采用綜合運用RJ-45、RS-485、802.11無線通訊方式實現對終端的信息采集、命令控制和應急電源的啟用,最終達到通過終端輸出激光引導信息的目的。本系統使用的引導設備為激光引導疏散指示裝置和全息激光疏散標示裝置。通過激光掃描振鏡生成程控引導光束或三維指示標志,并針對空間結構與實時火情調整引導參數,避開火源等危險區域。 三、系統原理 傳統的疏散標示設備使用的一般是LED或熒光燈光源。主要采用提高照度的方法增強標識的可視度。當環境中漂浮著大量的顆粒物時會嚴重削弱其光照強度,影響疏散標示效果。依靠增大光源照度的方法并不能很好解決不易識別的問題,此為現有疏散標示設備的固有缺陷。根據丁達爾效應,光束在膠體中會形成明亮的光通路??掌寫嬖誄景5瓤帕N?,因此可以將空氣看作膠體。由于光強、波長及氣溶膠密度等的影響,普通情況下不易觀察到空氣中的光通路。當條件理想情況下,激光在室內會產生明亮可見的光通路,此光通路可以作為一種引導標識疏散引導被困人員逃生。激光振鏡掃描系統由激光器和振鏡系統組成,振鏡系統分為X軸偏轉和Y軸偏轉,軸線異面垂直。激光經過X軸反射和Y軸反射兩次偏轉投射。通過控制振鏡的工作參數可以方便的控制產生激光束的方向,當振鏡高速偏轉掃描時,可以輸出多束方向、數量可控的激光或較復雜的圖形。 四、系統設計方案 1.硬件職能 硬件作為信息的傳輸與接收部分,是產生功效的載體,具有以下職能: 1)災情探測:煙感探測器、溫感探測器,負責報警和測控實時火情信息; 2)逃生和救援引導:激光引導疏散指示裝置、全息激光疏散標示裝置,負責產生光學引導信號以及警鈴等語音提示; 3)中控主機負責系統整體的數據處理,控制分站作為節點起到信息預處理與二級備份功能; 4)交換機網絡負責信息的交換與校驗; 5)控制分站提供調試接口,人工輸入掃描參數等信息; 6)采用雙回路獨立供電和內部電池相結合的供電方式,保證災害時期能夠安全有效供電,且在外面電源完全切斷的情況下,能夠利用內部電池獨立供電4小時。 2.軟件職能 軟件負責信息的采集交換與數據處理,指揮各分系統及設備穩定有效的工作,根據火情快速、準確選擇逃生和救援路徑,同時作為人機調試控制平臺,實現工作參數調整與實時控制,具有以下職能: 1)提供實時監控平臺,可以自動或人工控制; 2)對探測器數據的采集并生成報警信息; 3)根據實時火場信息生成最佳疏散路線、救援路線; 4)根據疏散、救援路線生成相應的激光引導信號; 5)根據實時監控動態調整路線及引導信號; 6)負責與其它消防系統間的數據交換,接收被困人員位置信息等; 7)負責向場外報告實時火場信息,并接受外部指揮調度; 8)負責制定引導疏散與救援策略; 9)負責應急狀態下控制平臺的切換; 10)負責切換供電線路與應急電源,保障系統的供電。 11)預置引導設備應急狀態下的工作參數; 12)系統自檢及演習模擬。 五、本系統的推廣前景及市場分析 基于激光導航的應急疏散與救援指揮系統是目前唯一采用掃描激光作為引導信號,具備最佳疏散路線動態規劃與救援指揮功能的消防聯動系統,兼備火災報警、火場實時信息采集處理、外部信息交換控制等功能。其有效解決了傳統設備在煙霧環境下無法有效引導疏散與救援指揮的問題,通過實時監控平臺可生成最佳疏散救援路線,同時具備的擴展接口可以整合多套外部消防系統實現聯動控制。目前該技術已獲得國家專利,本系統將提高現有消防引導疏散系統的水平,適應目前國家消防安全建設的需要,進一步降低火災事故中人員的傷亡率,因而對于消防安全技術領域有較大的促進和提高作用。本系統主要應用在人員密集的大型公共建筑場所,例如:體育場館、會展中心、地鐵站及火車站。其市場空間巨大,任何一座建筑均是潛在的安裝使用對象,依據系統自身突出的優勢和無限拓撲的特點,應用于各類建筑工程項目。

作品圖片

  • 基于激光導航的應急疏散與救援指揮系統
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作品專業信息

設計、發明的目的和基本思路、創新點、技術關鍵和主要技術指標

一、作品設計發明的目的 在各種災害中,火災是最經常、最普遍地威脅公眾安全和社會發展的災害之一,也是造成群死群傷事故的最主要災害之一。本作品有效的解決了樓宇、隧道及公共場所火災時期被困人員疏散和應急救援的難題:實現了對建筑物的實時動態監控,根據煙感、溫感等反饋的數據,結合內置電子地圖等信息自動計算出最佳疏散、救援路線并控制激光引導設備工作,安全迅速引導人員疏散,最大程度降低人員傷亡。 二、創新點 ①實現了對建筑物的實時動態監控,結合內置的建筑物電子地圖、引導策略等信息自動計算出最佳的疏散、救援路線并控制激光引導設備工作,安全迅速的引導人員疏散撤離,最大程度上降低人員的傷亡。 ②系統具備救援指揮功能,在引導被困人員疏散的同時引導外部救援人員進入,通過系統動態監控平臺將實時火情、被困人員位置等信息及時傳遞至救援指揮人員,及時有效的引導救援人員解救被困者。 ③利用激光亮度高、穿透性強、易于識別的特點,在煙霧中形成多條醒目的動態光通路,易于識別,解決了當前使用的引導設備無法在煙霧環境中有效引導的缺陷。 ④基于多層控制網絡的實時監控平臺將引導設備、傳感器、供電設備有效連接起來,保障了惡劣條件下信息的有效傳輸及處理。系統可以接入其它外部系統。 三、主要技術指標 ①激光波長為532nm;功率35~100mW; ②步進電機式掃描振鏡,采用42BYGH34兩相步進電機,步距角1.8°,相電壓12v; ③高速掃描振鏡:掃描范圍水平±20°,垂直±20°,25KHz。

科學性、先進性

本作品實現了對建筑物的實時監控,通過探測器采集火場動態信息,并針對其生成安全、迅速的引導路線,解決了當前消防系統疏散標志設置混亂、易被誤識別、引導效率低的缺陷。 傳統的LED及氣體燈產生的光線對煙霧穿透力差。少數采用了激光作為光源的設備,通過全息鏡片投射出的圖案使激光束發散,喪失了激光束聚集的特性,適應性差,降低了對煙霧的穿透性。本作品利用激光高聚集、亮度高、易于識別的特性,將其根據丁達爾效應在煙霧中形成的醒目的光通路作為引導信號,符合人趨光性的本能。通過振鏡掃描系統的高速偏轉形成數量和方向可控的放射狀引導光束,有較強的適應性,并可針對實際情況實時調整。 本系統可聯動建筑物內的其它安全系統,接收其傳遞的警報、被困人員位置等信息。外部人員根據實時監控平臺了解火情,指揮疏散與救援工作的進行。 科技查新結果表明,本項目系統根據火場信息,結合內置的電子地圖,生成控制激光引導設備的疏散路線與救援路線,并實時調整疏散路線與救援路線設計,所檢文獻中未見有報道。

獲獎情況及鑒定結果

1.本作品的核心技術于2011年1月5日獲得國家知識產權局專利授權; 2.本作品于2011年5月獲得第X屆“挑戰杯”XX省大學生課外學術科技作品競賽特等獎; 3.本作品于2011年6月在XX省科學技術情報研究所進行科技查新,本項目系統根據火場信息,結合內置的電子地圖,生成控制激光引導設備的疏散路線與救援路線,并實時調整疏散路線與救援路線設計,所檢文獻中未見有報道。

作品所處階段

中試階段

技術轉讓方式

本項目已申請國家專利,可以通過專利進行技術轉讓。

作品可展示的形式

實物、產品,圖紙,磁盤,現場演示,圖片,錄像,樣品

使用說明,技術特點和優勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測

1.本作品的技術特點和優勢 基于激光導航的應急疏散與救援指揮系統是目前唯一采用掃描激光作為引導信號,具備最佳疏散路線動態規劃與救援指揮功能的消防聯動系統,兼備火災報警、火場實時信息采集處理、外部信息交換控制等功能。其有效解決了傳統設備在煙霧環境下無法有效引導疏散與救援指揮的問題,通過實時監控平臺可生成最佳疏散和救援路線,同時具備的擴展接口可以整合多套外部消防系統實現聯動控制。 2.本作品的適應范圍及推廣前景 該技術已獲得國家專利。本系統將提高現有消防引導疏散系統的水平,進一步降低火災事故中人員的傷亡率,因而對于消防安全技術領域有較大的促進和提高作用。從投入上看,一棟高層建筑,其消防設備、產品的投入約占總投資的3%-5%,2010年僅XX省消防市場規模就超過10億元。目前,針對煙霧環境下的應急疏散與救援指揮系統市場處于空白。本系統主要應用在人員密集的大型公共建筑場所,例如:體育場館、會展中心、地鐵站及火車站。具有廣闊的推廣應用前景。

同類課題研究水平概述

基于激光導航的應急疏散與救援指揮系統是目前唯一采用激光生成引導信號的消防疏散引導系統,兼具有救援指揮、火災報警、火場實時信息采集處理、外部信息交換控制等一體化的消防系統。 目前廣泛應用的應急燈、安全出口標示牌等疏散引導設備,采用照明標志作為引導信號。其產生的發光文字、標志或照明光線存在煙霧等環境下照度低、穿透力差、可識別性差的問題。針對此缺陷,現有研究方向仍是以更換光源(例如LED光源),提高照度為主。其在疏散引導中使用發光文字等引導標志,火場中的被困人員在心理極度恐慌中容易對文字等信息產生誤讀,無法正確迅速的撤離,不利于疏散逃生。 少數使用激光作為照射光源的引導設備,其主要工作方式為激光束通過照射全息鏡片,將引導圖形或文字等信息投影至墻壁或地面上,在一定程度上提高了引導標志的可視度。但其投影使激光發散,降低了能量密度,在煙霧環境中不能達到預期的工作效果。同時使用的全息鏡片不易更換,引導標志單一,應用有著一定的局限性。 目前的消防疏散引導系統功能較單一,現有的消防系統將探測器報警系統與疏散引導系統分開設置,一般只能控制引導設備的開啟與保障供電。實際環境中,引導設備安裝、使用混亂,沒有對引導設備形成統一的監控控制,亦不能針對實際火情生成安全、迅速的疏散路線,同時未針對消防救援工作做出統一指揮。 本作品中具有自主知識產權的“可編程性激光引導應急疏散裝置”,利用雙軸激光掃描振鏡生成方向、數量可控的多束激光,將其在空氣中形成的光通路作為引導信號,人員由于趨光性本能引導向光源處移動。本技術可以針對疏散、救援路線設計的需要,調整引導光束的方向、數量,避開通道內的火源等危險區域。 科技查新表明,本項目系統根據火場信息,結合內置的電子地圖,生成控制激光引導設備的疏散路線與救援路線,并實時調整疏散路線與救援路線的設計,所檢文獻中未見有報道該技術將有助于火災等事故中的人員疏散逃生、救援指揮和環境監測,對降低火災事故中人員的傷亡率有較大的促進作用。 專利檢索結果表明,該技術具有創新性、新穎性,同時該技術將有助于火災等事故中的人員疏散逃生、救援指揮和環境監測,對降低火災事故中人員的傷亡率有較大的促進作用。
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