全息投影應(yīng)急逃生指示系統(tǒng)

范國(guó)良 陳魯彬 張翔

摘要：在當(dāng)前我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)下，建筑高層化、大型化以及復(fù)雜化等現(xiàn)象層出不窮，為了避免復(fù)雜環(huán)境發(fā)生火災(zāi)后固定逃生指示裝置不能發(fā)揮其指示功能，因此研究出全息投影應(yīng)急逃生指示系統(tǒng)將成為減少人員傷亡的必然趨勢(shì)。本文從探測(cè)模塊、無(wú)線通訊模塊、全息投影指示裝置模塊來(lái)闡述全息投影應(yīng)急逃生指示系統(tǒng)的構(gòu)成。通過(guò)各種信息的反饋與無(wú)線通訊模塊內(nèi)嵌的8051處理器內(nèi)核信息處理，最后給出最佳的逃生路徑，以此確定全息投影指示的方向，引導(dǎo)受災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)人員安全、快速、更加合理路線的撤離，減少火災(zāi)事故所造成的人員傷亡。

關(guān)鍵詞：全息投影; 逃生指示; 路徑規(guī)劃

1? ?引言

隨著時(shí)代的發(fā)展建筑高層化、大型化以及復(fù)雜化等現(xiàn)象層出不窮，當(dāng)復(fù)雜環(huán)境發(fā)生火災(zāi)時(shí)，現(xiàn)僅有的固定逃生指示裝置已不能良好的發(fā)揮其逃生指示的作用。由于煙霧中存在大量的一氧化碳、二氧化硫等有毒有害氣體， 當(dāng)受災(zāi)人群接觸和吸入這些有毒有害氣體后，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生眼痛、喉嚨痛、頭痛胸悶、缺氧、呼吸困難、思維遲鈍等癥狀。一般來(lái)說(shuō)，在這種情況下普通人群還能保持清醒的時(shí)間大約只有50 秒左右。而且現(xiàn)代建筑物的通道長(zhǎng)而復(fù)雜，逃生就更加困難了。目前國(guó)內(nèi)外均無(wú)有關(guān)全息投影應(yīng)急逃生這方面的解決方案。本項(xiàng)目研究了從探測(cè)模塊、無(wú)線通訊模塊、全息投影指示裝置模塊三大模塊出發(fā)，采用離子式煙感NIS-07，LM35D溫感器，CC2530芯片，低電壓的8051處理器內(nèi)核等多項(xiàng)有關(guān)材料和技術(shù)構(gòu)成全息投影應(yīng)急逃生指示系統(tǒng)。

2? ?研究?jī)?nèi)容

本系統(tǒng)主要由以下三大模塊組成： （1）探測(cè)模塊：將煙霧傳感器、溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?，三者分散放置在不同的角落里，在易發(fā)生火災(zāi)的地方附近取三者其中之二，或者三者均用上，盡可能地做到及時(shí)有效的收集反饋火災(zāi)信息。（2）無(wú)線通訊模塊：采用高端的各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)與各種強(qiáng)性能的材料，使其減少因設(shè)備問(wèn)題而導(dǎo)致無(wú)法良好的處理接收到的各項(xiàng)信息與信息的傳輸。（3）全息投影指示裝置模塊：學(xué)習(xí)研究全息投影的形成技術(shù)原理與其指示裝置的相關(guān)內(nèi)容，為形成懸空放置于頭頂之上的逃生指示箭頭三維圖像打下基礎(chǔ)。避免無(wú)法形成全息投影或者成像不明顯而導(dǎo)致逃生者無(wú)法正確理解逃生路徑，從而降低火災(zāi)事故的逃生率。

3? ?系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1? 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖

3.2? 探測(cè)模塊：

由離子式煙霧傳感器NIS-07作為火災(zāi)煙霧檢測(cè)傳感器，溫度測(cè)量使用LM35D溫度傳感器，火焰?zhèn)鞲衅魇褂?DU5C光敏三極管作為感光元件。三者組成的探測(cè)模塊判斷探測(cè)信號(hào)后獲得火災(zāi)信息，并反饋給無(wú)線通訊模塊。

3.3? 無(wú)線通訊模塊：

無(wú)線通訊模塊采用CC2530 芯片，是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。它能夠以非常低的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，內(nèi)置高性能、低電壓的8051處理器內(nèi)核，計(jì)算能力強(qiáng)，并且支持硬件調(diào)試，方便編程設(shè)計(jì)，可以快速計(jì)算最優(yōu)逃生路徑，并通過(guò)無(wú)線通訊模塊將火災(zāi)位置信息傳遞給每一個(gè)安全出口指示模塊，再通過(guò)安全出口模塊內(nèi)嵌的算法，計(jì)算出該安全出口模塊所在位置的最佳逃生路徑，并將信息快速傳送到全息投影指示裝置設(shè)計(jì)模塊。

3.4? 全息投影指示裝置設(shè)計(jì)模塊：

通過(guò)無(wú)線通訊模塊快速傳送過(guò)來(lái)的最佳逃生路徑信息，利用干涉和衍射原理記錄并真實(shí)的再現(xiàn)懸空放置于頭頂之上的逃生指示箭頭三維圖像。并通過(guò)實(shí)時(shí)傳送過(guò)來(lái)的最佳路徑控制全息投影的指示方向，給予逃生者強(qiáng)烈而明顯的真實(shí)感，給予觀看者強(qiáng)烈且深刻的視覺(jué)心理反應(yīng)。引導(dǎo)受災(zāi)人群快速、更加合理路線的撤離，減少火災(zāi)事故所造成的人員傷亡。

3.4.1? 全息投影指示系統(tǒng)的技術(shù)原理

全息投影顯示裝置是將預(yù)先設(shè)計(jì)好的逃生指示標(biāo)志的圖像，通過(guò)圖像投影設(shè)備投射到分光鏡面上，基于分光鏡成像原理，將圖像折射到成像錐體上，從而形成立體成像，可裸眼360度觀察逃生指示標(biāo)志的指引方向。

3.4.2? 全息投影指示系統(tǒng)組成

全息投影指示系統(tǒng)采用透明材料（一般是玻璃或者透明塑料板）制成的四面錐體，通過(guò)四個(gè)激光源投射到錐體中的特殊棱鏡上，根據(jù)光學(xué)原理，匯集到一起后形成具有真實(shí)三維空間的立體圖像，如圖1所示。全息投影指示系統(tǒng)主要是由外殼體，分光鏡面，成像錐體，圖像投影和圖像處理器等五個(gè)部分組成，構(gòu)建三維模型后經(jīng)電腦數(shù)字處理制作成圖像，依據(jù)計(jì)算得到的最佳逃生路線圖像，通過(guò)圖像投影設(shè)備投射到分光鏡面上，再折射到四個(gè)面的成像錐體上，形成360度立體成像，受災(zāi)人群可360度觀察3D立體顯示的最佳逃生指示標(biāo)記后進(jìn)行疏散，示意圖如圖2所示。

4? ?結(jié)語(yǔ)

縱觀現(xiàn)今的高樓大廈與大型建筑， 基本都有安裝固定的逃生指示裝置。不過(guò)， 現(xiàn)有的消防系統(tǒng)在指示、引導(dǎo)上效果并不是很顯著， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人們的預(yù)期。如果采用了本指示系統(tǒng)，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，可以實(shí)時(shí)有效地指引受災(zāi)人群走最安全有效、最短的路徑及時(shí)疏散撤離，從而避免因?yàn)楝F(xiàn)代樓宇結(jié)構(gòu)復(fù)雜，指示標(biāo)記固定僵化、圖像顯示不明顯， 受災(zāi)人群對(duì)逃生通道不熟悉等原因而導(dǎo)致的大批受災(zāi)人群涌往同一通道發(fā)生擁堵等諸多問(wèn)題， 大大提高了樓宇發(fā)生火災(zāi)時(shí)的逃生機(jī)率，降低火災(zāi)事故造成的傷亡人數(shù)。

作者簡(jiǎn)介：

范國(guó)良，浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院教師，講師，高級(jí)技師。

項(xiàng)目來(lái)源：

2019 年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃暨新苗人才計(jì)劃（2019R453001）;浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院2018 年度大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。

參考文獻(xiàn)：

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