建筑火災(zāi)中基于物聯(lián)網(wǎng)的智能疏散誘導(dǎo)

衛(wèi)政毅 荊琳琳

摘 要：介紹了智能消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)的研究背景、系統(tǒng)的組成和主要功能?；馂?zāi)發(fā)生時，智能消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)可根據(jù)控制器指令，綜合考慮路徑長度、出口寬度、人員密度以及疏散人群分布等因素，通過中央控制系統(tǒng)的高速運算，根據(jù)火勢情況，實時規(guī)劃最優(yōu)逃生路線。為人員的有效疏散及火災(zāi)撲救提供照明指示，確保建筑內(nèi)人員的生命安全。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 智能疏散誘導(dǎo) 最優(yōu)路線規(guī)劃 無線傳輸

隨著社會的進(jìn)步，傳統(tǒng)的消防系統(tǒng)已經(jīng)不能適用于所有的建筑，現(xiàn)代消防系統(tǒng)正朝著智能化、高效化發(fā)展，并且在消防領(lǐng)域滲入了很多技術(shù)，包括計算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、控制理論技術(shù)等，同時各種逃生技術(shù)也應(yīng)運而生，現(xiàn)代的消防系統(tǒng)正在不斷發(fā)展與完善。傳統(tǒng)的消防聯(lián)動系統(tǒng)存在明顯的不足。首先是傳統(tǒng)消防系統(tǒng)多借助有線傳輸，不僅存在著成本高、產(chǎn)品安裝周期長、線路易老化等諸多問題。而且災(zāi)情發(fā)現(xiàn)不及時，往往等到火災(zāi)蔓延很廣時才發(fā)現(xiàn)，且由于逃生調(diào)度不明確，逃生者往往找不到最佳的逃生路徑，錯過寶貴的逃生時間，這樣更容易造成人員傷亡。一個良好的消防安全疏散指示系統(tǒng)，必須在出現(xiàn)火災(zāi)時能夠非常迅速地作出反應(yīng)，指導(dǎo)人們按照正確的路徑，安全、準(zhǔn)確、迅速地撤離建筑，從而最大限度地減少人員傷亡。為了有效解決以上問題，智能消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)應(yīng)運而生。

一、研究背景

現(xiàn)階段的建筑，越來越趨向于復(fù)雜化、大型化、高層化以及多功能化。建筑內(nèi)部構(gòu)造錯綜復(fù)雜，為了達(dá)到內(nèi)部環(huán)境的美觀效果與空間的舒適度，使用了大量的裝修材料，一旦發(fā)生火災(zāi)，極易誘發(fā)煙氣、高溫、缺氧等狀況，將對建筑內(nèi)部逃生人員產(chǎn)生巨大影響，導(dǎo)致人們出現(xiàn)恐慌感、不能準(zhǔn)確辨別方向，不能正確識別安全疏散逃生路線以及安全疏散出口，從而降低了人員的逃生能力，增大了人員的傷亡率。

緊急狀態(tài)下的人員疏散指示標(biāo)志作為一種有效的疏散引導(dǎo)和干預(yù)手段，成為其中的熱點研究方向。國內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了相關(guān)研究，例如：李引擎等研究的新型智能應(yīng)急疏散指示系統(tǒng)采用了集中控制型系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的就近逃生轉(zhuǎn)為安全引導(dǎo)逃生；向東設(shè)計出一種地鐵智能疏散系統(tǒng)，提出了根據(jù)火災(zāi)報警系統(tǒng)報告的起火點位置，將指向危險區(qū)域出口的標(biāo)志燈關(guān)閉，只亮起指向安全區(qū)域出口的標(biāo)志燈；目前全球的消防產(chǎn)品行業(yè)中，日本比較有代表性的是光閃爍移動疏散指示系統(tǒng)和利用先行者（哈斯效應(yīng)）的疏散系統(tǒng)。該系統(tǒng)在公共逃生通道上每隔 0.5m-1m 處就埋設(shè)一個綠色指示光源，一旦發(fā)生火災(zāi)時，預(yù)先鋪設(shè)的指示燈用燈光移動閃爍指引安全出口。

筆者注意到，通過設(shè)置智能疏散指示標(biāo)志，避免將疏散人流指向危險區(qū)域雖已成為研究者的共識，但如何通過設(shè)置智能疏散指示標(biāo)志，將整體疏散效率達(dá)到最優(yōu)化，仍是值得深入探究的課題。筆者綜合考慮煙霧濃霧、溫度、人員密度以及疏散人群分布等因素，通過中央控制系統(tǒng)的高速運算，根據(jù)火勢情況，實時規(guī)劃最優(yōu)逃生路線。

二、系統(tǒng)的介紹

智能消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)由逃生指示燈、MP-2 煙霧傳感器、 DS18B20 溫度傳感器、生命探測儀、ZigBee 信號傳輸設(shè)備、STC12C5A60S2 單片機(jī)以及中央控制系統(tǒng)組成。每個傳感器設(shè)備由一個煙霧傳感器、一個溫度傳感器、一個信號傳輸設(shè)備和一個單片機(jī)構(gòu)成，內(nèi)置獨立電源。 編程時給單片機(jī)設(shè)置編號，傳感器按照編號順序安裝在通道的頂部和墻體左右兩側(cè)，均與墻體留有空隙，減少墻體傳熱帶來的影響。生命探測儀配有信號傳輸設(shè)備，各通道及房間內(nèi)部依據(jù)長度、寬度安裝生命探測儀。確保其可以實時向中央控制系統(tǒng)反饋通道的擁擠狀況以及被困人員狀況。

平時單片機(jī)處于低功耗狀態(tài)，每隔 1 天啟動一次，向中央控制系統(tǒng)發(fā)送正常工作信號后重新進(jìn)入低功耗狀態(tài)（此項用于平時檢修）。若任一傳感器接收到異常數(shù)據(jù)會產(chǎn)生中斷信號，使單片機(jī)立刻進(jìn)入工作狀態(tài)，并利用 ZigBee 與4G技術(shù)將傳感器搜集到的數(shù)據(jù)及自身編號每隔約0.5s發(fā)送一次給中央控制系統(tǒng)。逃生指示燈主要由投影燈、繼電器、大電阻和信號傳輸設(shè)備構(gòu)成， 由內(nèi)置蓄電池供電。逃生指示燈接收到指示燈喚醒信號后產(chǎn)生中斷，使所有單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，再進(jìn)行路線安排信號比對，（編程規(guī)定線路 安排信號只對指示燈有效）從而得到使對應(yīng)的指示燈顯示相應(yīng)內(nèi)容。（注：這里喚醒信號每個單片機(jī)相同，路線安排信號不同，這在編程中體現(xiàn)，比如 1 號指示燈需要接收到數(shù)字 1 為亮，2 號則為數(shù)字 2）

系統(tǒng)可通過感受器對環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測。中央控制系統(tǒng)中存有大樓數(shù)字化的各個通道地圖以及每個傳感器編號的對應(yīng)位置。發(fā)生火災(zāi)時，系統(tǒng)根據(jù)傳感器傳回的數(shù)據(jù)利用大數(shù)據(jù)分析并計算每個發(fā)出異常信號的傳感器的位置從而判斷火勢的蔓延情況，再根據(jù)通道的擁擠狀況規(guī)劃出最優(yōu)逃生路線，并將信號傳輸?shù)綄?yīng)的單片機(jī)，單片機(jī)通過傳輸喚醒信號和路線安排信使得投影燈開始運行，逃生指示燈向墻體兩側(cè)與地面投影光標(biāo)，以最優(yōu)路線導(dǎo)向安全出口，實現(xiàn)導(dǎo)向光流引導(dǎo)的功能，為逃生者實時規(guī)劃并篩選動態(tài)最優(yōu)逃生路線，逃生者可以此為導(dǎo)向快速安全撤離。

三、系統(tǒng)特性

（一）應(yīng)急高效：利用 MP-2 煙霧傳感器、DS18B20 溫度傳感器反應(yīng)靈敏、錯誤率低的優(yōu)點保證數(shù)據(jù)的精確。利用 STC12C5A60S2 單片機(jī)實現(xiàn)各個單元的有機(jī)結(jié)合。系統(tǒng)實時規(guī)劃路線，做到消防產(chǎn)品與系統(tǒng)的聯(lián)動：生命探測儀能夠定位受困者的位置，并將定位信息上傳至中央控制系統(tǒng)。

（二）設(shè)備精簡：無需應(yīng)用大型液晶顯示器來指示路線，同時無需大量的傳統(tǒng)指示燈即可做到多角度、大范圍的指示逃生路線，從而保證了系統(tǒng)高效運行。方便逃生者使用，為逃生者贏得寶貴的生存時間。

（三）電路簡潔：無需鋪設(shè)復(fù)雜的電路，系統(tǒng)采用 Zigbee 與 4G 信號混合無線傳感技術(shù)，加大了信息的傳遞效率和信息傳輸距離，使各模塊之間的信號傳輸更加穩(wěn)定，同時與處理中心做到實時交互，極大減少了系統(tǒng)的故障概率，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（四）與消防中心信息共享：處理中心將火災(zāi)現(xiàn)場的受災(zāi)情況與逃生者的具體位置實時反饋給消防中心，極大地縮短了救援時間，提高救援效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 李靜 智能消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)的研究

[2] 趙薇 智能疏散指示標(biāo)志誘導(dǎo)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與人流控制研究

作者簡介： 衛(wèi)政毅，1999，男，漢族，山西省孝義市，本科，研究方向：金融學(xué) 荊琳琳，1999，女，漢族，遼寧省沈陽市，本科，研究方向：會計學(xué)