建筑火災(zāi)環(huán)境下的智能疏散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

□ 閆曉俊 鄒碧海 蒲朝東 馬 磊 周瑋鴻

一、引言

目前現(xiàn)實(shí)工程中的自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能夠發(fā)出警報(bào)讓現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行逃生，有防火和滅火的功能，不能疏導(dǎo)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行逃生，也不能給出合理的逃生路線，只能憑借固有的疏散燈具來引導(dǎo)人們。但是隨著IT技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能消防系統(tǒng)的整體硬件與軟件的基本功能已達(dá)到現(xiàn)實(shí)工程的應(yīng)用需求，為了使火災(zāi)環(huán)境下智能疏散系統(tǒng)更加完備地應(yīng)用到消防疏散當(dāng)中，運(yùn)用多智能體算法找到最佳逃生路徑，建筑火災(zāi)環(huán)境下智能疏散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)被提出。

二、建筑火災(zāi)環(huán)境下智能疏散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(一)安全影響因素分析。通過對(duì)建筑風(fēng)險(xiǎn)分析、人員疏散模型與智能疏散系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀調(diào)研，并基于火災(zāi)防御系統(tǒng)分析、火災(zāi)逃生者心理及互動(dòng)行為分析、火災(zāi)建筑逃生安全分析、火災(zāi)安全疏散模型分析，確定了建筑火災(zāi)環(huán)境下安全影響因素元素。安全影響因素包括建筑屬性、人員屬性、火災(zāi)屬性、環(huán)境屬性四類。建筑屬性涉及用途、耐火等級(jí)、建筑高度、房間疏散門凈寬、疏散走道凈寬、層數(shù)、避難層;人員屬性涉及樓層、年齡、性別、消防演練、消防培訓(xùn);火災(zāi)屬性涉及毒物、溫度、能見度、火災(zāi)載荷密度;環(huán)境屬性涉及火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)、火災(zāi)滅火系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、疏散指示系統(tǒng)。

(二)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)主要功能模塊如下:建筑屬性模塊、人員屬性模塊、火災(zāi)屬性模塊、環(huán)境屬性模塊、后臺(tái)計(jì)算模塊、模擬顯示模塊、算法與條件管理模塊，消防疏散規(guī)范管理模塊?；赪EB的遠(yuǎn)程智能疏散控制系統(tǒng)包括感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層與應(yīng)用層5部分。由傳感器采集溫度、CO、CO2、O2、能見度的數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)椒?wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)，在后臺(tái)經(jīng)過模擬計(jì)算，將疏散路徑顯示于監(jiān)控界面，監(jiān)控人員透過智能疏散控制中心監(jiān)控界面的疏散路徑畫面，下發(fā)指令觸發(fā)激光引導(dǎo)疏散系統(tǒng)動(dòng)態(tài)引導(dǎo)疏散方向。

(三)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。硬件應(yīng)用層由煙霧檢測(cè)電路(MC1446)、語(yǔ)音模塊電路(SYN6288)、激光模組電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(ULN2003)、電源電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)(STC15F2K61S2)、繼電器模塊電路、GPRS(SIM900A)電路組成。通過無線GPRS模塊，將數(shù)據(jù)傳輸至通信服務(wù)器。通信服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并將解析之后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶通過電腦瀏覽器對(duì)WEB服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，通過WEB服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽和更改等操作。在對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作時(shí)，用戶通過瀏覽器發(fā)送命令，WEB服務(wù)器將命令轉(zhuǎn)發(fā)給通信服務(wù)器，通信服務(wù)器通過與終端建立的長(zhǎng)連接將命令下發(fā)下去，實(shí)現(xiàn)對(duì)終端的控制。

(四)基于WEB的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。基于WEB的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為接口設(shè)計(jì)、運(yùn)行設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與通信協(xié)議設(shè)計(jì)。接口設(shè)計(jì)包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、參數(shù)配置、用戶管理和維護(hù)記錄;運(yùn)行設(shè)計(jì)包括模塊組合設(shè)計(jì)與輸入輸出設(shè)計(jì);數(shù)據(jù)庫(kù)集中在數(shù)據(jù)表格的設(shè)計(jì);通信協(xié)議包括WEB服務(wù)器與通訊服務(wù)器、通訊服務(wù)器與終端服務(wù)器。應(yīng)用服務(wù)器主要使用Java開發(fā)，同時(shí)使用C++開發(fā)部分特殊功能;數(shù)據(jù)庫(kù)主要選擇SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù);數(shù)據(jù)庫(kù)訪問層中，使用ORM方式訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，可以選擇myBatis框架或自主開發(fā)，前期系統(tǒng)數(shù)據(jù)總量較小，鑒于開發(fā)速度和成本可以使用myBatis框架;通信層中，初步選擇Java NIO異步網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制，后續(xù)逐步使用mina框架替換;消息中間層，使用Active－MQ消息隊(duì)列、RMI框架來支持系統(tǒng)的分布式架構(gòu);應(yīng)用服務(wù)器相關(guān)管理界面使用JSP開發(fā)。

形成最佳路線的步驟:

一是定義Map＜key，value＞結(jié)構(gòu)，value=0，代表通道，value=1，代表墻體或障礙物。

二是將建筑平面劃分為網(wǎng)格數(shù)組 a［0］［0］．．．．．．a(chǎn)［N］［N］，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生位置被探測(cè)到時(shí)a［x］［y］被確定，門口可以根據(jù)實(shí)際情況被定義 a［p］［q］。人隨機(jī)生成，坐標(biāo)為 a［M］［N］。

三是 getBykey。根據(jù) s［i］［j+1］［P1］，s［i+1］［j+1］［P2］，s［i+1］［J］［P3］，s［i+1］［j－ 1］［P4］，s［i］［j－ 1］［P5］，s［i－1］［j－1］［P6］，s［i－1］［J］［P7］，s［i－1］［j+1］［P8］中s數(shù)組中Pi的大小選擇行動(dòng)方向，并通過getBykey進(jìn)行方向判定是否可行，不可行選在下一個(gè)比較大Pi值方向，并將數(shù)據(jù)存放于數(shù)組LIST中，在人員完成疏散后將LIST數(shù)據(jù)進(jìn)行加色處理，從而實(shí)現(xiàn)疏散路徑;并預(yù)計(jì)智能疏散必要安全疏散時(shí)間TRSE。

四是指示疏散方向。監(jiān)控人員可以根據(jù)最佳疏散路線手動(dòng)改變激光引導(dǎo)方向與應(yīng)急疏散指示標(biāo)志，從而實(shí)現(xiàn)火災(zāi)環(huán)境下建筑智能疏散控制。

五是由于火災(zāi)發(fā)生的偶然性，為了驗(yàn)證智能疏散控制系統(tǒng)的有效性，可以通過FDS預(yù)測(cè)可用安全疏散時(shí)間TASE，若TRSE＜TASE，則智能疏散控制系統(tǒng)有效。

三、結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)建筑火災(zāi)環(huán)境下智能疏散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，確定了智能疏散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分析思路，完成了智能疏散系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)，為智能疏散系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了良好的基礎(chǔ)。本文僅僅完成了基本關(guān)鍵功能設(shè)計(jì)，與實(shí)際產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用還有很大的距離，需要進(jìn)一步完善智能疏散主控算法。

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