基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统研究报告.docx

基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统研究报告.docx

《基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统研究报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统研究报告.docx（51页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统研究报告

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

附件：

烟雾测试实验照片….…………………………………………………………………………….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

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开展的灾害之一，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置电子地图确定烟雾、火源等危险区域围，规划出最正确疏散路线与救援路线，并根据实时火情进展动态调整。

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，具备最正确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

1.作品设计、发明的目的和根本思路

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“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，减少了人员处于紧状态下的反响时间，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、最正确路径计算、动态分析等功能。

系统通过对火情的实时监控，根据探测器反响的火情信息，结合置的电子地图，生成疏散路线与救援路线；并根据通道具体的着火点位置、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。

2.系统优势分析与创新点

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、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，防止了对传统文字、图形标志的误判，缩短反响时间。

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具体的引导路径，适应性较强。

3.动态生成最正确疏散路线与救援路线。

系统根据探测器反响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正确引导路线，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与时传递至救援指挥人员，根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。

有效防止人员由于高度紧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。

科技查新说明，本项目系统根据火场信息，结合置的电子地图，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。

3.本系统的推广前景与市场分析

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，具备最正确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正确疏散救援路线，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、地铁站与火车站。

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系统根本组成

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。

图1：

系统结构示意图

5.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与对工作终端的控制，迅速有效的传送引导指示信号，保障系统的安全运行，必须对软硬件进展合理的分工。

5.2硬件职能

硬件作为信息的传输与接收局部，是产生成效的载体，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与警铃等语音提示；

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，指挥各分系统与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正确疏散路线、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与引导信号；

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，并承受外部指挥调度；

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〕系统自检与演习模拟。

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、波长与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。

图2：

激光效果图532nm35mW激光器；环境光照强度<3lx视角：

90°

图3：

激光效果图532nm35mW激光器；环境光照强度<5lx视角：

5°

激光具有的亮度高、能量集中、穿透力强等特点使其在同等条件下产生的光通路可视度远高于其他光源，因此激光在空间中产生的光通路可以作为引导人员疏散的标识。

6.1.2引导光束的参数选择

1〕激光波长的选择

人眼的可见波长围为312nm-1050nm。

目前使用的激光波长主要有：

405nm、450nm、526.5nm、532nm、650nm、680nm。

图4：

光的波长示意图

人眼对不同波长的光敏感性不同。

不同波长的激光的光谱光视效率不同。

波长〔nm〕

530

540

630

640

650

660

光谱光视效率

0.862

0.954

0.265

0.175

0.107

0.061

折合为

明视觉

588.7lm/W

651.6lm/W

181lm/W

48lm/W

73lm/W

41.7lm/W

表1不同波长光的光视效率与明视觉

图5：

光能量相应曲线

通过对不同波长的激光进展实验测量，发现波长位于500nm-600nm，尤其是540nm左右的光最能引起人眼的敏感〔standardobserver〕。

实际工作中，532nm波长的绿激光器效果最正确，技术成熟，因此采用532nm的绿激光作为引导光束。

2〕激光器的工作类型

激光器的种类很多，可分为固体、气体、液体、半导体等几种类型。

半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、结构简单。

半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长，能将电能直接转换为激光能，可以在恶劣条件下稳定工作，因此选择半导体激光器作为激光光源。

半导体激光器选用成熟的