基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统研究报告书(编辑修改稿)

基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统研究报告书(编辑修改稿)内容摘要：

状引导激光的基础上实现了三维图形的输出，可以标示出一些文字、图形等信息，利于救援工作的开展。 不同于安全出口标志牌或其它全息衍射成像引导， 其使用 XY双轴振镜扫描成像，可以灵活的调整标志，而不是一些单轴振镜只能控制衍射图像在平面内运动。 系统设计方案 系统软件及平台 基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统是基于北京超图地理信息技术公司的 Supermap 系列软件开发的 GIS 应用系统，系统包含了 地图数字化 、 数据维护、 应急疏散 与 救援 指挥 以及 控制分站四个子 系统。 应急疏散 与救援指挥子系统由疏散引导控制模块、传感器探测及报警模块、通讯网关等组成，在正常工作状态下具有整个系统的最高控制权限。 应急疏散 与救援指挥 子系统 和数据维护子系统 由全组件式地理信息系统软件 Supermap Objects 进行开发， 控制分站 子系统由嵌入式地理信息系统开发平台eSupermap 开发， 地图数字化子系统及数据处理子系统 采用了桌面地理信息系统Supermap Deskpro。 第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品 14 图 15： 系统软件及平台 1） 应急疏散与救援指挥子系统 应急疏散与救援指挥子系统基于 Supermap objects 平台， 使用 Visual C进行开发。 图 16：应急疏散与救援指挥子系统功能模块 应急疏散与救援指挥 子系统负责调配整个系统的资源与命令控制， 实现了系统的软件职能。 其内置了空间数据库引擎技术 —— SuperMap SDX+。 空间数据可根据实际系统应用规模存储于本地文件或 Oracle 等数据库。 Supermap Object 提供了 数据访问及互操作 、 数据编辑与处理 、 数据管理 、基于矢量的空间分析等功能。 在此基础上，根据应急疏散与救援指挥的需要，进基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统 地图数字化子系统 控制分站 子系统 数据维护子系统 应急疏散与救援指挥子系统 SuperMap Objects+C Supermap Deskpro eSupermap+EVC4 Supermap Deskpro 应急疏散与救援指挥 远程报警及控制模块 疏散引导控制模块 引导信号生成模块 实时监控及命令控制模块 传感器探测及报警 系统自检模块 电源管理模块 通讯网关 第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品 15 行二次功能开发。 基于数据访问及互操作、数据编辑与处理功能的开发，为建筑物空间结构数字化提供了可能，生成供应急疏散与救援指挥的电子地图。 通空间数据引擎SDX+，直接访问多源的 GIS、 CAD、 RS 及通用影像格式等的数据。 尤其是目前工程中广泛使用的 CAD 图纸，可将其高效的转化为供系统使用的电子地图。 在电子地图上对传感器、引导设备、交换机、控制分站以及相关线路等进行配置。 基于矢量的空间分析提供了路径分析、最近设施分析等 功能，包括最佳路径分析 ， 可以根据实际应用需求，灵活设置转向表、障碍点和障碍边、交通规则等参与到路径分析中，支持将分析结果输出为行驶导引。 在此基础上进行二次开发，实现了路线生成、火情分析等功能。 例如，根据电子地图中的设备空间配置情况，结合传感器阵列反馈的火情信息，确定火情范围，并分析各种路线组合中的逃生（或救援）成功概率，将分析结果输出为引导路线，及对路线中相关设备的命令控制。 此外，应急疏散与救援指挥子系统设计有外部系统接口，负责与外界的信息交换，传送报警信息和火情实况信息，并提供了外部控制接口，使外部救援人员在火场外了解场内信 息、指挥疏散工作成为可能。 图 17：中控系统示意图 应急疏散与救援指挥子系统运行环境为 Windows 操作系统，作为整个系统的中控主机，配备有备份机。 工作机及备份机数据储存使用 RAID1 磁盘阵列，保障数据的安全稳定。 2） 控制分站子系统 监 视 器工 作 机 备 份 机城 市 消 防 远 程 控 制 网 络联 动 消 防 系 统有 线 交 换 机 无 线 交 换 机第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品 16 控制分站作为系统的二级控制平台，负责数据的处理与交换。 当中控主机与控制网络的链接中断时，其可接管控制权，控制相关引导设备的工作。 图 18：区域控制网络 控制分站子系统是基于嵌入式 GIS 系统 eSupermap 平台，使用 Microsoft eMbedded Visual C++ 开发出具有数据采集与编辑功能、查询与分析功能的应用系统，并且能与中控主机 进行 有线通讯与 无线通讯，作为 其 客户端 工作。 其主要作为应急疏散与救援指挥子系统的辅助系统进行被动工作，负责及时的将传感器的数据反馈至中控主机，并接受其引导控制命令，控制所辖区域中的引导设备工作。 基于 esupermap开发的控制分站子系统具有一定的基于实时火情和电子地图进行动态分析的能力，主要在失去与中控主机的链接后，承担起相应控制区域的路线计算与引导工作。 控制分站子系统通过 无线网络与应急疏散与救援指挥子系统进行数据通讯校验，当检测出有线通讯中断时，通过无线网络进行辅助数据传输。 如无法恢复通讯，则切换至主动工作模式， 控制分站子系统的平台运行环境为 ，硬件架构为 ARM9。 处理器为 Samsung S3C2440A，主频 400MHz； 64M 字节 SDRAM； 12MHz系统外部时钟源； 的 RTC 时钟源； 采用 5V电压供电。 提供 100Mbps 以太网接口及 485 串口，用于连接中控主机和引导设备。 3） 地图数字化与数据维护子系统 第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品 17 地图数字化子系统采用 Supermap Deskpro 完成地图的数字化。 支持 CAD 中常用的参数化设计，提供偏移、修剪、延伸、线连接、面分割、倒直角、倒圆角、旋转、曲线光滑、合并、求交、分解等编辑功能 ，将工程中广泛应用的 CAD 图纸进行处理后生成供应急疏散与救援指挥子系统使用的电子地图文件。 图 19： CAD 图纸转换为电子地图 图 20：创建预置策略示意 图 数据维护子系统采用 Supermap Deskpro 完成数据的维护处理。 实现了在电子地图上完成预置路线的规划、设备安置标注、引导参数设定、 分析 与辅助决策以及三维结构显示等功能。 第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品 18 实时监控与指挥 1）监测工作网络是否正常（备份机、应急电源、与终端连接是否正常）； 2）探测器、引导设备自检； 3）采集并处理探测器传回的数据，显示在监控器 上； 4）与其它消防系统交换数据； 5）接收外部控制指挥，调整引导路线 火情报警及定位 火灾中可燃物燃烧时会产生烟雾。 火源与高温烟气会发出很高的热辐射。 系统采用烟雾探测器与火焰探测器作为对火情的主要检测手段，也可通过消防联动系统接收火情范围、位置等信息。 烟雾探测器采用光电式烟雾探测器，根据建筑物空 间结构、相关隐患位置，结合系统定位火情以计算路线需要，采用组网安装方式，形成烟雾探测器阵列。 火焰探测器采用 矩阵型红外火焰探测器 ， 利用红外矩阵热电传感元件，能够在其探测视野内确定火焰的角度位置。 1）火情报警 火情发生后，烟雾探测器捕捉到烟雾信号或火焰探测器探测到火源，将报警信号传送至控制分站，控制分站接收到报警信息后将火情类型、位置等信息通过交换机网络传送至中控主机。 中控主机接收到报警信息后，进入应急疏散与救援指挥状态，同时通过城市消防网络向 119 火灾指挥中心报警。 2）火情定位 多个烟雾探测器组成烟雾探 测阵列，并将其位置信息记录于电子地图中。 系统接收到烟雾探测器的报警信号，结合电子地图中的探测器位置，得到火情位置和范围信息。 火焰探测器采用 矩阵型红外火焰探测器 ， 利用红外矩阵热电传感元件，能够在其探测视野内确定火焰的角度位置 ， 将火源的方向、位置信息报告至系统。 防火设计及保障机制 线路及设备的防火 系统相关通讯和供电线缆埋设于墙壁内，防止直接接触高温。 线缆外层套有第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品 19 阻燃波纹管。 激光引导疏散装置等设备采用双层防火设计，外层为防火材料，内层为钢结构。 防火塑料符合可燃性 UL94 标准中的 5VA 等级。 通过考 察所需安装的建筑物的实际空间结构，确定设备的最佳安装位置，最大程度上避免相关设备的安全、稳定工作 供电保障机制 本系统采用双回路专线供电，独立于建筑物内的普通供电电路，采用防高温等设计确保在建筑物正常电源供电供电时，仍能得到外部能源的供应。 计为三级电源保障结构，主机及备份机配备有 UPS 电源，每一个控制区域有相应的应急电源，引导设备内置蓄电池。 当外部供电中断后，系统自动启用相应区域的应急电源，如应急电源供应失效，引导设备依靠内置蓄电池继续进行引导工作，确保 12 个小时的续航。 数据通讯保障机制 系统具 有多种通讯方案，包括两套独立的由防火材料保护的通讯线缆和一套无线通讯系统，当火灾发生时，各通讯方案具有足够的抗高温能力，如果某一套出现了烧断的情况，另一套方案立即启动，保证通讯畅通。 无线通讯负责数据的校验与辅助通讯，当有线通讯中断后，系统能及时的通过无线通讯网（由无线中继节点和终端组成）检测出相关中断区域，并启用无线通讯网进行数据的交换与处理。 系统权限保障机制 系统设计为三层控制网络结构。 当火灾发生时，中控主机如失去对网络的控制，控制权移交至控制分站，由其负责相应区域的数据处理与控制任务；当控制分站失去对其区域设备的控制后，相应的引导设备依靠其预置的工作策略与参数自主进行引导工作。 远程报警及通讯 系统接到火情报警信息启动应急疏散后，同时将火警信息通过电话线、光纤等通讯线路传送至城市消防控制中心。 消防人员利用城市消防网络可远程了解实时火情，调整路线与引导信号，指挥疏散与救援工作。 当探测到火灾信号时，系统 通过 RS48 RJ11 等预留接口和建筑物内的 其它消防系统交换数据，共享火情信息，实现联动控制。 第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品 20 引导信号的生成 空间分析及设备安置 鉴于系统的工作空间有多种结构，例如通道、大厅、地下室、走廊。 为了使系统能更好的适应相应工作环境发挥最大引导效果，需根据实际空间结构制定引导方案，安置疏散指示设备。 疏散指示设备主要有激光引导疏散指示装置和全息激光疏散标示装置组成。 1）激光引导疏散指示装置 激光引导疏散指示装置产生的引导信号为多条静止呈放射状的引导光束，其交点即为光源，以此来决定引导方向，引导人员向光源处移动。 特点是穿透力强、光束远距离引 导效果较好，适宜在狭长空间中安置使用。 单束激光在视角位于0~30176。 之间时可视效果最佳，实际工作中采用多束激光集合的方式，扫描振镜 的横向工作范围一般为177。 30176。 图 21： 激光束引导工作范围 对于平行度较好的通道区域，可以采用在通道尽头安置激光引导疏散指示装 图 22： 通道内设备安装示意图 第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品 21 置的方法，一般是两尽头处各安装一台激光引导疏散指示设备。 其在通道内产生多条引导激光，起到引导效果。 两台设备可以满足疏散与救援双向要求使用。 在两条通道连接处的转角，可以选择两种安装方式： 激光引导疏散指 示装置，对相对方向进行引导； ，通过设置引导信号分别对两通道进行引导。 图 23： 拐角处的两种安装方式 图 24： 开放空间内多台装置的安装示意图 对于开放空间，如大厅等，可采用多台装置分别安置，确保引导光束范围覆盖空间。 2）全息激光疏散标示装置 激光引导疏散指示装置在大型空间中的安装应用较复杂，需安装多台设备等。 采用全息激光疏散标示装置，其产生的三维引导标志可以较容易的被各个方向的观察者所识别，有效改善了原有激光引导疏散指示装置大型空间中设置复杂、灵活性不足的问题。 可以满足宽广空间 、十字或 T 字型岔口处的引导疏散需第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品 22 要。 全息激光疏散标示装置产生的引导信号为二维图形与扫描光束构成的三维引导标志。 图 25： T 型岔口处安装示意图 图 26： 十字型岔口安装示意图 图 27： 宽阔空间中安装工作示意图 第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术。