基于智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)急燈及逃生系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

張建明?王毅?白雪?賴楊冰

摘? 要：提出一個智能協(xié)助民眾的疏散逃生系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)方法，其應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，集合大數(shù)據(jù)和云計算，使用應(yīng)急燈內(nèi)置煙霧等傳感器檢測火災(zāi)發(fā)生，通過云服務(wù)器智能化運算，迅速得出民眾最佳逃生方案和路線。能立刻通知相關(guān)負責(zé)消防的工作人員采取滅火措施。應(yīng)急燈除了提供實時正確逃生路線指引燈以外，考慮到了可能因為煙霧遮掩了燈光，同時提供聲音指引逃生。并將定位信息發(fā)送至當(dāng)?shù)叵谰郑_認災(zāi)害具體的定位及時做好救護措施從而減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。

關(guān)鍵詞：智能物聯(lián)網(wǎng);應(yīng)急燈;傳感器;方向牌

中圖分類號：TN911 ? ? ? 文獻識別碼：A文章編號：2096-4706（2022）06-0164-04

Design and Implementation of Emergency Light and Escape System Based on Intelligent Internet of Things

ZHANG jianming， WANG yi， BAI Xue， LAI Yangbing

（Guangdong Polytechnic， Foshan? 528041， China）

Abstract： This paper proposes a design and implementation method of an intelligent evacuation and escape system to assist people. It applies Internet of Things technology， integrates big data and cloud computing， uses sensors such as smoke built in emergency lights to detect the occurrence of a fire， and quickly obtains the best escape plan and route for people through intelligent computing on cloud servers. It is able to immediately notify relevant staff responsible for fire fighting to take fire-fighting measures. In addition to providing real-time and correct escape route guidance light， the emergency light takes into account that the light may be obscured by smoke， and provides sound guidance for escape. The location information will be sent to the local fire department to confirm the specific location of the disaster， and it takes rescue measures in time to reduce casualties and property losses.

Keywords： intelligent Internet of Things; emergency light; sensor; direction sign

0? 引? 言

近年來，如圖1所示，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城鎮(zhèn)化率逐年提高，我國火災(zāi)事件頻發(fā)，任務(wù)類型越來越復(fù)雜多樣，夏秋季節(jié)警情任務(wù)最重。消防救援隊伍接處的救援救助警情任務(wù)覆蓋范圍越來越廣，涉及高空、水域、地下、激流、嚴(yán)寒、高溫、煙熱、電磁、污染等惡劣環(huán)境，傳統(tǒng)火災(zāi)撲救任務(wù)面臨的場所也越來越復(fù)雜，處置中的危險性越來越強、難度越來越大，平均每起警情投入的力量由上年的9.7人增加到10.4人，起均處置的時長也有所增加。與此同時，由于民眾對于消防安全的不重視和消防設(shè)備的落后，頻頻發(fā)生的火災(zāi)造成了巨大的生命財產(chǎn)損失。根據(jù)應(yīng)急管理部消防救援局統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國火災(zāi)造成生命財產(chǎn)損失居高不下，去年，全國消防救援隊伍共接報處置各類警情195.6萬起，出動消防救援人員2 040.8萬人次、消防車363.6萬輛次，累計從災(zāi)害現(xiàn)場營救被困人員19.5萬人，疏散遇險人員46.7萬人;共接報火災(zāi)74.8萬起，死亡1 987人，受傷2 225人，直接財產(chǎn)損失67.5億元，與2020年相比，起數(shù)和傷人、損失分別上升9.7%、24.1%和28.4%，亡人下降4.8%。我國城鎮(zhèn)化進程穩(wěn)步推進，大量城市建筑、寫字樓、民宅等都需要進行新建、擴建、改建，消防系統(tǒng)的現(xiàn)代化智能化建設(shè)變得非常迫切[1]。

我國的建筑防火規(guī)范在不少方面滯后于經(jīng)濟的發(fā)展水平。例如，美國從20世紀(jì)70年代起用法律的手段推廣感煙式火災(zāi)探測器，到90年代初連家庭的普及率都已達到91%。美國消防協(xié)會的研究表明，安裝了正常工作的感煙式火災(zāi)探測器的家庭一旦發(fā)生火災(zāi)，人員死亡的可能性減少50%。幾十元一個的感煙式火災(zāi)探測器家家都買得起，小作坊、小檔口更應(yīng)該安裝，可是沒有法規(guī)要求就很難推廣。在噴水滅火裝置安裝場所的要求方面，我國也比發(fā)達國家低。又如，日本、韓國許多年前就有法規(guī)規(guī)定火災(zāi)高危場所的一定樓層以上必須配備逃生緩降器、逃生滑道和消防過濾式自救呼吸器等火災(zāi)逃生器材，而我國至今只有山東省去年出臺了類似的法規(guī)。缺乏規(guī)范的疏散逃生機制在安全疏散時間里撤離火場，是在發(fā)生火災(zāi)尤其是公眾聚集場所發(fā)生火災(zāi)時保證人員生命安全的關(guān)鍵。由于發(fā)生火災(zāi)時，公眾聚集場所需要疏散的人員多，而火災(zāi)發(fā)展速度極快，安全疏散時間只有短短幾分鐘，如果沒有及時啟動事先訂制經(jīng)過演練的應(yīng)急機制，就無法保證這段寶貴的時間得到有效的利用。同時，鑒于我國消防法律法規(guī)沒有強制性的火災(zāi)疏散規(guī)定以及罰則，受長期以來的人員思想、行為模式影響，一旦發(fā)生火災(zāi)，在火災(zāi)的初期階段員工不敢擅自離開工作崗位，旅客和顧客沒有接到疏散的通知，大好疏散時機就這么錯過了，等到火勢擴大，濃煙彌漫，現(xiàn)場一片混亂，導(dǎo)致傷亡是可想而知的[2-5]。

針對以上問題需要設(shè)計一個智能協(xié)助民眾的疏散逃生系統(tǒng)。運用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，集合大數(shù)據(jù)和云計算。通過在應(yīng)急燈內(nèi)置傳感器來檢測緊急事故的發(fā)生，能檢測到火災(zāi)、地震等災(zāi)害的發(fā)生， 當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時，通過云服務(wù)器智能化運算，迅速得出民眾最佳逃生方案和路線。并且立馬通知相關(guān)負責(zé)消防的工作人員采取滅火措施。智能應(yīng)急燈除了提供實時正確逃生路線指引燈以外，并考慮到了可能因為煙霧遮掩了燈光，所以同時提供聲音指引。最大限度智能引導(dǎo)民眾逃生、消防工作人員即時反應(yīng)去滅火。研究逃生指引系統(tǒng)利用軟件綁定應(yīng)急燈，可接收應(yīng)急燈傳感器的數(shù)據(jù)，還能將定位信息發(fā)送至當(dāng)?shù)毓簿?、消防局，確認災(zāi)害具體的定位，通知消防員及時做好救護措施從而減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。

1? 智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)急燈及逃生系統(tǒng)設(shè)計

1.1? 系統(tǒng)設(shè)計

圖2為基于智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)急燈逃生系統(tǒng)設(shè)計，主要包含了硬件系統(tǒng)和云服務(wù)軟件系統(tǒng)兩部分。

首先，根據(jù)樓宇布局圖，消防道以及消防門的布置，把應(yīng)急燈合理安排部署在樓宇的關(guān)鍵位置，部署的方式以方便指引逃生為原則。保證樓宇任意一個地方發(fā)生火災(zāi)時候，應(yīng)急燈消防系統(tǒng)都能夠用某種方式檢測到。檢測到以后除了通知相關(guān)消防人員積極采取消防措施以外，同時馬上給每個區(qū)域的人們分別規(guī)劃最佳逃生路線，指引各個區(qū)域人們有序從無火災(zāi)測方向的逃生門或者消防門離開，到達安全區(qū)域。

1.2? 智能應(yīng)急燈的設(shè)計

逃生研究的應(yīng)急燈與現(xiàn)有市面上的應(yīng)急燈不同，采用了多種傳感器實時監(jiān)控外部環(huán)境，根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)分析外部環(huán)境并做出相應(yīng)決策，實現(xiàn)智能應(yīng)急照明的功能，同時通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將信息傳輸?shù)皆品?wù)器上，實現(xiàn)對服務(wù)區(qū)內(nèi)環(huán)境的實時監(jiān)控。 產(chǎn)品通過將兩條高亮度的LED燈內(nèi)置于應(yīng)急燈內(nèi)部的上下兩端，且創(chuàng)新的內(nèi)置了煙霧傳感器，光線傳感器和通電傳感器，從而實現(xiàn)災(zāi)害的精準(zhǔn)預(yù)測和監(jiān)控。改變了傳統(tǒng)應(yīng)急燈的結(jié)構(gòu)，擁有智能照明，煙霧報警，環(huán)境監(jiān)測，時間顯示和出口提示的功能。主要體現(xiàn)在：（1）在質(zhì)量方面，由于取消了外置燈源，本物聯(lián)網(wǎng)智能應(yīng)急燈擁有強大的結(jié)構(gòu)設(shè)計和防水級別，防塵放水等級可達到IP53級別，且擁有手提的功能，廣泛地應(yīng)用于各種戶外的夜間搜索，救援，巡查，追蹤，搶修，鐵路施工，海上，電業(yè)，公安，油山，礦井等工作場所全方位的多角度移動照明和應(yīng)急照明。（2）在照明方面，利用兩組條形燈源同時發(fā)光，標(biāo)準(zhǔn)版擁有行業(yè)領(lǐng)先6 W的大照明功率，適用于商業(yè)廣場，工廠，學(xué)校等戶多種公共場所?？梢蕴峁└蠓秶恼彰鳎稍趷毫迎h(huán)境下使用。（3）在功能方面，加入最新的NB-IOT的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，擁有煙霧傳感器，通電傳感器和火焰?zhèn)鞲衅?種?？稍趷毫踊驑O端環(huán)境范圍保持穩(wěn)定運行，內(nèi)置物聯(lián)網(wǎng)模塊，采用大數(shù)據(jù)分析的方式，應(yīng)急燈傳感器的數(shù)據(jù)與外部共享，傳輸?shù)皆品?wù)器中。

智能應(yīng)急燈利用煙霧傳感器和火焰?zhèn)鞲衅?，檢測火災(zāi)是否發(fā)生，如發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，應(yīng)急燈將會立即開啟應(yīng)急燈照明，同時將火災(zāi)信息發(fā)送給管理者，及時發(fā)現(xiàn)并阻止火災(zāi)蔓延。手機應(yīng)用軟件上收到相應(yīng)的信息，及時把信息通知給受困人，方便救援。工作原理如圖3所示

通過繪制火情分布圖，如果室內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，區(qū)域內(nèi)的應(yīng)急燈內(nèi)置的煙霧傳感器（探測器）通過檢測環(huán)境煙霧濃度，光線強度，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器上，利用大數(shù)據(jù)以及云計算的分析，得到精準(zhǔn)的算法，實現(xiàn)火災(zāi)時火情的檢測，從而得出火災(zāi)時火情分布圖，方便后續(xù)救援。后期通過的日?；鹎榈臄?shù)據(jù)分析積累，將算法精度將進一步提高如圖4所示。

當(dāng)發(fā)生等級較為強烈的地震時，當(dāng)?shù)氐卣饳z測中心可發(fā)送地震的實時數(shù)據(jù)到應(yīng)急燈的云服務(wù)器上，服務(wù)器收到數(shù)據(jù)后將直接制應(yīng)急燈上的喇叭發(fā)出地震警報，同時開啟應(yīng)急照明。為公共場所人群提供及時的地震預(yù)警，如圖5所示。

加入逃生方向可變以及電子時鐘功能，時間校正為北京時間，并配備4寸LED屏。采用LED點陣屏顯示方案實現(xiàn)時間實時顯示，在此之上與安全出口的箭頭提示協(xié)調(diào)顯示，在不使用應(yīng)急照明的情況下全天候時間顯示報時，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)智能應(yīng)急燈的使用范圍，在不同場景下的考驗，都能一一應(yīng)對。非應(yīng)急狀態(tài)下顯示時間或者其他民生信息，緊急情況下根據(jù)災(zāi)害情況給出逃生方向指引。工作原理如圖6所示。

1.3? 多功能應(yīng)急吸頂燈設(shè)計

對于不同功能的建筑，不同的室內(nèi)環(huán)境，僅僅依靠智能應(yīng)急燈實現(xiàn)對火情精準(zhǔn)監(jiān)測和及時處理是遠遠不夠的。因此為擴大災(zāi)害時的應(yīng)急照明范圍及實現(xiàn)室內(nèi)全方位火情監(jiān)控，應(yīng)該設(shè)計一款可以實現(xiàn)應(yīng)急照明、火情監(jiān)控的多功能應(yīng)急吸頂燈。

多功能應(yīng)急吸頂燈內(nèi)置電池，煙霧傳感器和通訊模塊，創(chuàng)新性將煙霧感應(yīng)器與吸頂燈結(jié)合，并將煙霧感應(yīng)器以隱藏的方式內(nèi)置于多功能應(yīng)急吸頂燈，在確保功能正常運行的前提下使吸頂燈盡可能美觀，使之能夠適應(yīng)大多數(shù)的室內(nèi)環(huán)境，內(nèi)置的煙霧傳感器能夠擴大對火情的檢測范圍和提高檢測精度，能夠在智能應(yīng)急燈覆蓋不到的范圍廣泛安裝，增強逃生系統(tǒng)的火情檢測、地震預(yù)警、逃生路線規(guī)劃等功能。不僅如此，多功能應(yīng)急吸頂燈采用模塊化的設(shè)計，可根據(jù)不同環(huán)境的不同需求增加人體感應(yīng)器、聲控開關(guān)、光線感應(yīng)器等，實現(xiàn)省電節(jié)能，如圖7所示。

2? 系統(tǒng)實現(xiàn)和功能測試聯(lián)調(diào)

功能測試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)是非常重要的環(huán)節(jié)，這部分的工作需要根據(jù)應(yīng)急逃生系統(tǒng)的應(yīng)用背景和補盲完成的功能需求，進行針對性的測試樣例設(shè)計和測試流程的安排。

應(yīng)急逃生系統(tǒng)頂層設(shè)計如圖8所示。分為信息接收、信息處理、信息發(fā)送三大模塊。首先系統(tǒng)要求各個部分定時自檢，自檢信息統(tǒng)一由云服務(wù)器軟件進行收集和分析。新型智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)急燈作為一個信息采集終端，不管建筑物，公共區(qū)域是否停電還是無電，都可以有效的采集環(huán)境信息，不間斷的傳遞采集到的信息傳送到云服務(wù)器應(yīng)急逃生統(tǒng)籌系統(tǒng)。應(yīng)急系統(tǒng)的信息處理模塊實時分析險情，做出預(yù)判。分析出險情時，系統(tǒng)首先通過信息發(fā)送模塊傳送險情給相關(guān)消防部門和人員采取救援措施。同時給各個區(qū)域的人們規(guī)劃最佳逃生路線，調(diào)動各個應(yīng)急燈模塊，告訴民眾險情以及通過指示標(biāo)識給出正確逃生方向，讓民眾快速有序離開危險區(qū)域。

3? 結(jié)? 論

隨著中國5G技術(shù)的崛起，物聯(lián)網(wǎng)未來將成為社會發(fā)展的趨勢，消防系統(tǒng)需要切實加強信息化智能化。提出基于現(xiàn)代通信技術(shù)的新型物聯(lián)網(wǎng)智能應(yīng)急燈，智能方向牌和傳感器的消防系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)方法非常必要。能更快速、更大程度減少災(zāi)害時的人員傷亡和財產(chǎn)損失。消防應(yīng)急燈作為消防檢測的重要內(nèi)容，關(guān)系到人民群眾的生命財產(chǎn)安全，其中功能性和可靠性是判斷消防應(yīng)急燈是否可靠的重要依據(jù)，加上現(xiàn)代的通信技術(shù)、傳感器技術(shù)以及人工智能預(yù)測技術(shù)形成的新型物聯(lián)網(wǎng)智能消防系統(tǒng)，可以檢測火災(zāi)，地震等災(zāi)害，及時為用戶提供照明和安全警報等應(yīng)急服務(wù)，方便人們做好應(yīng)對措施，保護人民的生命財產(chǎn)安全。

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作者簡介：張建明（1977—），男，漢族，廣西岑溪人，工程師，博士，研究方向：通信技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，計算機應(yīng)用;王毅（1979—），男，漢族，河南洛陽人，副教授，碩士，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，軟件技術(shù);白雪（1980—），女，滿族，黑龍江哈爾濱人，副教授，碩士，研究方向：工商管理，物流管理;賴楊冰（2001—），男，漢族，江西贛州人，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)。

收稿日期：2022-02-03