具有定位功能的消防報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

程 瑤 韓成浩

(1:吉林建筑大學(xué)電氣與電子信息工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118;2:吉林省建筑電氣綜合節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130118)

0 引言

現(xiàn)行的消防系統(tǒng)由探測(cè)器(感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器、火焰探測(cè)器)、手動(dòng)報(bào)警裝置(手動(dòng)報(bào)警按鈕)和報(bào)警控制器(區(qū)域報(bào)警、集中報(bào)警、控制中心報(bào)警)組成．在火災(zāi)發(fā)生時(shí)系統(tǒng)能第一時(shí)間通過探測(cè)器探測(cè)到火災(zāi)發(fā)生的位置，并通過聯(lián)動(dòng)控制立即采取一系列營(yíng)救措施．但是，現(xiàn)行的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警和消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)不具備對(duì)被困人員的定位和跟蹤功能，高層建筑又具有人員相對(duì)集中、占地面積少等特點(diǎn)，因此發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火勢(shì)蔓延非?？?，會(huì)造成樓內(nèi)人員疏散和搜救困難以及群死群傷等一系列問題，給國(guó)家?guī)?lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)問題．為此，本系統(tǒng)利用ZigBee無(wú)線定位技術(shù)、CAN總線技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高層建筑被困人員準(zhǔn)確定位，為救援人員第一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行撲救提供有利條件．

1 智能消防控制系統(tǒng)的總體方案

利用ZigBee技術(shù)、無(wú)線定位技術(shù)和CAN總線技術(shù)，對(duì)高層建筑被困人員進(jìn)行準(zhǔn)確定位研究．每層采用ZigBee無(wú)線通信，樓層之間采用CAN總線通信技術(shù)．系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示．

火災(zāi)發(fā)生初期，探測(cè)器將溫度和煙霧濃度等信號(hào)送區(qū)域報(bào)警控制器處理，判斷．確定發(fā)生火情后，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，傳報(bào)警信息到消防控制中心，消防控制中心記錄火災(zāi)信息后，顯示報(bào)警部位，協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)控制:①開啟疏散警鈴，開啟消防廣播疏散人員;②開啟排煙系統(tǒng)，開啟空調(diào)機(jī)組;③開啟緊急疏散指示照明燈;④迫降電梯到底層，普通電梯停止運(yùn)行，消防梯投入運(yùn)行;⑤當(dāng)火場(chǎng)溫度上升到一定值時(shí)，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)動(dòng)作．

定位節(jié)點(diǎn)通過探測(cè)人的體溫和脈搏獲取人的位置，并把數(shù)據(jù)傳送給參考節(jié)點(diǎn)．參考節(jié)點(diǎn)接受數(shù)據(jù)并計(jì)算出準(zhǔn)確位置后傳輸給各樓層的網(wǎng)管系統(tǒng)，然后匯總到控制中心計(jì)算機(jī)．控制中心接受到所有數(shù)據(jù)后結(jié)合周圍火災(zāi)情況進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，確定現(xiàn)場(chǎng)疏散、逃生路線，以及被困人員營(yíng)救計(jì)劃．

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

2 消防報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2．1 參考節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

參考節(jié)點(diǎn)是一個(gè)固定位置的參考點(diǎn)，為定位點(diǎn)通過一個(gè)參考位置和信號(hào)強(qiáng)度值．在定位系統(tǒng)中，直接連接在電池板上，通電便可使用．參考節(jié)點(diǎn)是一個(gè)靜止的知道自己位置的節(jié)點(diǎn)(CC2430)，這個(gè)節(jié)點(diǎn)必須正確的配置在定位區(qū)域中的位置．它的任務(wù)是提供一個(gè)包含自己位置X，Y坐標(biāo)和RSSI值(接收信號(hào)的強(qiáng)度指示)的信息包給移動(dòng)接點(diǎn)，數(shù)量為8個(gè)［1］．

此外，參考節(jié)點(diǎn)還有感煙功能，利用感煙探測(cè)器來(lái)探測(cè)空氣中煙霧濃度，從而達(dá)到報(bào)警的功能．

2．2 定位節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

定位節(jié)點(diǎn)也就是盲節(jié)點(diǎn)，通過獲取參考節(jié)點(diǎn)和A、N值利用自身的定位引擎來(lái)計(jì)算自己的位置．在定位系統(tǒng)中，和參考點(diǎn)相同，直接連接在電池板上，通電便可使用．定位節(jié)點(diǎn)能夠與離自己最近的參考節(jié)點(diǎn)通話，二者之間通過ZigBee無(wú)線技術(shù)連接，收集這些節(jié)點(diǎn)的X，Y坐標(biāo)和RSSI值，根據(jù)這些信息和輸入?yún)?shù)(A，N)一起計(jì)算自己位置信息，然后將適當(dāng)?shù)男畔l(fā)送給網(wǎng)關(guān)，通過網(wǎng)關(guān)與計(jì)算機(jī)形成另一個(gè)直觀的系統(tǒng)［2］．

定位節(jié)點(diǎn)的作用是利用溫度傳感器和壓電傳感器來(lái)檢測(cè)人的體溫和脈搏，以此來(lái)探測(cè)人的位置，并把數(shù)據(jù)通過ZigBee無(wú)線傳感器傳送給參考節(jié)點(diǎn)．

2．3 網(wǎng)關(guān)與控制中心計(jì)算機(jī)

網(wǎng)關(guān)首要接收由監(jiān)控軟件提供的各參考接點(diǎn)和移動(dòng)接點(diǎn)的配置數(shù)據(jù)，并發(fā)送給相應(yīng)的節(jié)點(diǎn);其次，還要接收各節(jié)點(diǎn)反饋的有效數(shù)據(jù)并傳輸給監(jiān)控軟件．控制中心計(jì)算機(jī)主要負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)信息的匯總、各種設(shè)備的聯(lián)動(dòng)及逃生路線的規(guī)劃等．

2．4 聯(lián)動(dòng)控制部分

消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分．通常包括消防聯(lián)動(dòng)控制器、防排煙系統(tǒng)、應(yīng)急疏散指示照明、消防廣播、消火栓控制系統(tǒng)、干式滅火系統(tǒng)等．當(dāng)確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防聯(lián)動(dòng)控制器啟動(dòng)上述相關(guān)的系統(tǒng)和設(shè)備，進(jìn)行滅火和被困人員的疏導(dǎo)．

3 搜救目標(biāo)的定位和跟蹤

在發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)自身的特點(diǎn)，想要在復(fù)雜條件下得到節(jié)點(diǎn)精確地位置信息，必須采用獨(dú)特的定位算法對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位．目前按照距離分類可將定位算法分為基于測(cè)距的定位算法和非基于測(cè)距的定位算法［3］．基于測(cè)距的定位算法相對(duì)于非基于測(cè)距的定位算法而言，定位精度比較高．基于三邊定位原理如圖2所示．

當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中有n(n≥3)個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值和距未知節(jié)點(diǎn)(即搜救人員)的距離，可建立下列方程:

圖2 測(cè)量示意圖

整理成線性方程組AX=B形式．求解矩陣方程可以得到未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)［4］．定位節(jié)點(diǎn)與參考節(jié)點(diǎn)二者之間通過ZigBee無(wú)線技術(shù)連接，記錄這些節(jié)點(diǎn)的X，Y坐標(biāo)和RSSI值，計(jì)算出定位節(jié)點(diǎn)所在位置信息，將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制中心，控制中心將各數(shù)據(jù)匯總，然后安排好逃生路線．

4 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了新型智能消防報(bào)警定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)參考節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、定位節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、ZigBee路由器、控制中心計(jì)算機(jī)、搜救目標(biāo)的定位和跟蹤進(jìn)行了詳細(xì)的介紹．通過設(shè)計(jì)將人員定位功能加入到系統(tǒng)中，與消防報(bào)警功能結(jié)合，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能更好地發(fā)揮報(bào)警、人員定位、跟蹤等功能，從而降低火災(zāi)搶救難度，最大程度地保護(hù)人的安全，將損失降低到最?。?/p>

［1］彭宇倩．基于ZigBee室內(nèi)定位的智能導(dǎo)游系統(tǒng)研究［D］．廣州:廣州工業(yè)大學(xué)，2013．

［2］戚美月．高層建筑被困人員準(zhǔn)確定位和疏導(dǎo)系統(tǒng)研究［D］．長(zhǎng)春:吉林建筑大學(xué)，2014．

［3］程 帥．基于ZigBee的無(wú)線定位系統(tǒng)的研究［D］．長(zhǎng)春:長(zhǎng)春理工大學(xué)，2012．

［4］戚美月．高層建筑被困人員準(zhǔn)確定位和疏導(dǎo)系統(tǒng)研究［J］．建筑電氣，2013(9):49．