【文章內(nèi)容簡介】 狀引導激光的基礎上實現(xiàn)了三維圖形的輸出，可以標示出一些文字、圖形等信息，利于救援工作的開展。不同于安全出口標志牌或其它全息衍射成像引導， 其使用 XY雙軸振鏡掃描成像，可以靈活的調(diào)整標志，而不是一些單軸振鏡只能控制衍射圖像在平面內(nèi)運動。 系統(tǒng)設計方案 系統(tǒng)軟件及平臺 基于激光導航的應急疏散與救援指揮系統(tǒng)是基于北京超圖地理信息技術(shù)公司的 Supermap 系列軟件開發(fā)的 GIS 應用系統(tǒng)，系統(tǒng)包含了 地圖數(shù)字化 、 數(shù)據(jù)維護、 應急疏散 與 救援 指揮 以及 控制分站四個子 系統(tǒng)。應急疏散 與救援指揮子系統(tǒng)由疏散引導控制模塊、傳感器探測及報警模塊、通訊網(wǎng)關(guān)等組成，在正常工作狀態(tài)下具有整個系統(tǒng)的最高控制權(quán)限。 應急疏散 與救援指揮 子系統(tǒng) 和數(shù)據(jù)維護子系統(tǒng) 由全組件式地理信息系統(tǒng)軟件 Supermap Objects 進行開發(fā)， 控制分站 子系統(tǒng)由嵌入式地理信息系統(tǒng)開發(fā)平臺eSupermap 開發(fā)， 地圖數(shù)字化子系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng) 采用了桌面地理信息系統(tǒng)Supermap Deskpro。 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽參賽作品 14 圖 15： 系統(tǒng)軟件及平臺 1） 應急疏散與救援指揮子系統(tǒng) 應急疏散與救援指揮子系統(tǒng)基于 Supermap objects 平臺， 使用 Visual C進行開發(fā)。 圖 16：應急疏散與救援指揮子系統(tǒng)功能模塊 應急疏散與救援指揮 子系統(tǒng)負責調(diào)配整個系統(tǒng)的資源與命令控制， 實現(xiàn)了系統(tǒng)的軟件職能。其內(nèi)置了空間數(shù)據(jù)庫引擎技術(shù) —— SuperMap SDX+。空間數(shù)據(jù)可根據(jù)實際系統(tǒng)應用規(guī)模存儲于本地文件或 Oracle 等數(shù)據(jù)庫。 Supermap Object 提供了 數(shù)據(jù)訪問及互操作 、 數(shù)據(jù)編輯與處理 、 數(shù)據(jù)管理 、基于矢量的空間分析等功能。在此基礎上，根據(jù)應急疏散與救援指揮的需要，進基于激光導航的應急疏散與救援指揮系統(tǒng) 地圖數(shù)字化子系統(tǒng) 控制分站 子系統(tǒng) 數(shù)據(jù)維護子系統(tǒng) 應急疏散與救援指揮子系統(tǒng) SuperMap Objects+C Supermap Deskpro eSupermap+EVC4 Supermap Deskpro 應急疏散與救援指揮 遠程報警及控制模塊 疏散引導控制模塊 引導信號生成模塊 實時監(jiān)控及命令控制模塊 傳感器探測及報警 系統(tǒng)自檢模塊 電源管理模塊 通訊網(wǎng)關(guān) 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽參賽作品 15 行二次功能開發(fā)。 基于數(shù)據(jù)訪問及互操作、數(shù)據(jù)編輯與處理功能的開發(fā)，為建筑物空間結(jié)構(gòu)數(shù)字化提供了可能，生成供應急疏散與救援指揮的電子地圖。 通空間數(shù)據(jù)引擎SDX+，直接訪問多源的 GIS、 CAD、 RS 及通用影像格式等的數(shù)據(jù)。尤其是目前工程中廣泛使用的 CAD 圖紙，可將其高效的轉(zhuǎn)化為供系統(tǒng)使用的電子地圖。在電子地圖上對傳感器、引導設備、交換機、控制分站以及相關(guān)線路等進行配置。 基于矢量的空間分析提供了路徑分析、最近設施分析等 功能，包括最佳路徑分析 ， 可以根據(jù)實際應用需求，靈活設置轉(zhuǎn)向表、障礙點和障礙邊、交通規(guī)則等參與到路徑分析中，支持將分析結(jié)果輸出為行駛導引 。在此基礎上進行二次開發(fā)，實現(xiàn)了路線生成、火情分析等功能。例如，根據(jù)電子地圖中的設備空間配置情況，結(jié)合傳感器陣列反饋的火情信息，確定火情范圍，并分析各種路線組合中的逃生（或救援）成功概率，將分析結(jié)果輸出為引導路線，及對路線中相關(guān)設備的命令控制。 此外，應急疏散與救援指揮子系統(tǒng)設計有外部系統(tǒng)接口，負責與外界的信息交換，傳送報警信息和火情實況信息，并提供了外部控制接口，使外部救援人員在火場外了解場內(nèi)信 息、指揮疏散工作成為可能。 圖 17：中控系統(tǒng)示意圖 應急疏散與救援指揮子系統(tǒng)運行環(huán)境為 Windows 操作系統(tǒng)，作為整個系統(tǒng)的中控主機，配備有備份機。工作機及備份機數(shù)據(jù)儲存使用 RAID1 磁盤陣列，保障數(shù)據(jù)的安全穩(wěn)定。 2） 控制分站子系統(tǒng) 監(jiān) 視 器工 作 機 備 份 機城 市 消 防 遠 程 控 制 網(wǎng) 絡聯(lián) 動 消 防 系 統(tǒng)有 線 交 換 機 無 線 交 換 機第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽參賽作品 16 控制分站作為系統(tǒng)的二級控制平臺，負責數(shù)據(jù)的處理與交換。當中控主機與控制網(wǎng)絡的鏈接中斷時，其可接管控制權(quán)，控制相關(guān)引導設備的工作。 圖 18：區(qū)域控制網(wǎng)絡 控制分站子系統(tǒng)是基于嵌入式 GIS 系統(tǒng) eSupermap 平臺，使用 Microsoft eMbedded Visual C++ 開發(fā)出具有數(shù)據(jù)采集與編輯功能、查詢與分析功能的應用系統(tǒng)，并且能與中控主機 進行 有線通訊與 無線通訊，作為 其 客戶端 工作 。 其主要作為應急疏散與救援指揮子系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)進行被動工作，負責及時的將傳感器的數(shù)據(jù)反饋至中控主機，并接受其引導控制命令，控制所轄區(qū)域中的引導設備工作。 基于 esupermap開發(fā)的控制分站子系統(tǒng)具有一定的基于實時火情和電子地圖進行動態(tài)分析的能力，主要在失去與中控主機的鏈接后，承擔起相應控制區(qū)域的路線計算與引導工作。 控制分站子系統(tǒng)通過 無線網(wǎng)絡與應急疏散與救援指揮子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊校驗，當檢測出有線通訊中斷時，通過無線網(wǎng)絡進行輔助數(shù)據(jù)傳輸。如無法恢復通訊，則切換至主動工作模式， 控制分站子系統(tǒng)的平臺運行環(huán)境為 ，硬件架構(gòu)為 ARM9。處理器為 Samsung S3C2440A，主頻 400MHz； 64M 字節(jié) SDRAM； 12MHz系統(tǒng)外部時鐘源； 的 RTC 時鐘源； 采用 5V電壓供電。提供 100Mbps 以太網(wǎng)接口及 485 串口，用于連接中控主機和引導設備。 3） 地圖數(shù)字化與數(shù)據(jù)維護子系統(tǒng) 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽參賽作品 17 地圖數(shù)字化子系統(tǒng)采用 Supermap Deskpro 完成地圖的數(shù)字化。 支持 CAD 中常用的參數(shù)化設計，提供偏移、修剪、延伸、線連接、面分割、倒直角、倒圓角、旋轉(zhuǎn)、曲線光滑、合并、求交、分解等編輯功能 ，將工程中廣泛應用的 CAD 圖紙進行處理后生成供應急疏散與救援指揮子系統(tǒng)使用的電子地圖文件。 圖 19： CAD 圖紙轉(zhuǎn)換為電子地圖 圖 20：創(chuàng)建預置策略示意 圖 數(shù)據(jù)維護子系統(tǒng)采用 Supermap Deskpro 完成數(shù)據(jù)的維護處理。實現(xiàn)了在電子地圖上完成預置路線的規(guī)劃、設備安置標注、引導參數(shù)設定、 分析 與輔助決策以及三維結(jié)構(gòu)顯示等功能。 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽參賽作品 18 實時監(jiān)控與指揮 1）監(jiān)測工作網(wǎng)絡是否正常（備份機、應急電源、與終端連接是否正常）； 2）探測器、引導設備自檢； 3）采集并處理探測器傳回的數(shù)據(jù)，顯示在監(jiān)控器 上； 4）與其它消防系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)； 5）接收外部控制指揮，調(diào)整引導路線 火情報警及定位 火災中可燃物燃燒時會產(chǎn)生煙霧?；鹪磁c高溫煙氣會發(fā)出很高的熱輻射。系統(tǒng)采用煙霧探測器與火焰探測器作為對火情的主要檢測手段，也可通過消防聯(lián)動系統(tǒng)接收火情范圍、位置等信息。 煙霧探測器采用光電式煙霧探測器，根據(jù)建筑物空 間結(jié)構(gòu)、相關(guān)隱患位置，結(jié)合系統(tǒng)定位火情以計算路線需要，采用組網(wǎng)安裝方式，形成煙霧探測器陣列。 火焰探測器采用 矩陣型紅外火焰探測器 ， 利用紅外矩陣熱電傳感元件，能夠在其探測視野內(nèi)確定火焰的角度位置 。 1）火情報警 火情發(fā)生后，煙霧探測器捕捉到煙霧信號或火焰探測器探測到火源，將報警信號傳送至控制分站，控制分站接收到報警信息后將火情類型、位置等信息通過交換機網(wǎng)絡傳送至中控主機。中控主機接收到報警信息后，進入應急疏散與救援指揮狀態(tài)，同時通過城市消防網(wǎng)絡向 119 火災指揮中心報警。 2）火情定位 多個煙霧探測器組成煙霧探 測陣列，并將其位置信息記錄于電子地圖中。系統(tǒng)接收到煙霧探測器的報警信號，結(jié)合電子地圖中的探測器位置，得到火情位置和范圍信息。 火焰探測器采用 矩陣型紅外火焰探測器 ， 利用紅外矩陣熱電傳感元件，能夠在其探測視野內(nèi)確定火焰的角度位置 ， 將火源的方向、位置信息報告至系統(tǒng)。 防火設計及保障機制 線路及設備的防火 系統(tǒng)相關(guān)通訊和供電線纜埋設于墻壁內(nèi)，防止直接接觸高溫。線纜外層套有第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽參賽作品 19 阻燃波紋管。激光引導疏散裝置等設備采用雙層防火設計，外層為防火材料，內(nèi)層為鋼結(jié)構(gòu)。防火塑料符合可燃性 UL94 標準中的 5VA 等級。 通過考 察所需安裝的建筑物的實際空間結(jié)構(gòu)，確定設備的最佳安裝位置，最大程度上避免相關(guān)設備的安全、穩(wěn)定工作 供電保障機制 本系統(tǒng)采用雙回路專線供電，獨立于建筑物內(nèi)的普通供電電路，采用防高溫等設計確保在建筑物正常電源供電供電時，仍能得到外部能源的供應。 計為三級電源保障結(jié)構(gòu)，主機及備份機配備有 UPS 電源，每一個控制區(qū)域有相應的應急電源，引導設備內(nèi)置蓄電池。當外部供電中斷后，系統(tǒng)自動啟用相應區(qū)域的應急電源，如應急電源供應失效，引導設備依靠內(nèi)置蓄電池繼續(xù)進行引導工作，確保 12 個小時的續(xù)航。 數(shù)據(jù)通訊保障機制 系統(tǒng)具 有多種通訊方案，包括兩套獨立的由防火材料保護的通訊線纜和一套無線通訊系統(tǒng)，當火災發(fā)生時，各通訊方案具有足夠的抗高溫能力，如果某一套出現(xiàn)了燒斷的情況，另一套方案立即啟動，保證通訊暢通。無線通訊負責數(shù)據(jù)的校驗與輔助通訊，當有線通訊中斷后，系統(tǒng)能及時的通過無線通訊網(wǎng)（由無線中繼節(jié)點和終端組成）檢測出相關(guān)中斷區(qū)域，并啟用無線通訊網(wǎng)進行數(shù)據(jù)的交換與處理。 系統(tǒng)權(quán)限保障機制 系統(tǒng)設計為三層控制網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。當火災發(fā)生時，中控主機如失去對網(wǎng)絡的控制，控制權(quán)移交至控制分站，由其負責相應區(qū)域的數(shù)據(jù)處理與控制任務；當控制分站失去對其區(qū)域設備的控制后，相應的引導設備依靠其預置的工作策略與參數(shù)自主進行引導工作。 遠程報警及通訊 系統(tǒng)接到火情報警信息啟動應急疏散后，同時將火警信息通過電話線、光纖等通訊線路傳送至城市消防控制中心。消防人員利用城市消防網(wǎng)絡可遠程了解實時火情，調(diào)整路線與引導信號，指揮疏散與救援工作。 當探測到火災信號時，系統(tǒng) 通過 RS48 RJ11 等預留接口和建筑物內(nèi)的 其它消防系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，共享火情信息，實現(xiàn)聯(lián)動控制。 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽參賽作品 20 引導信號的生成 空間分析及設備安置 鑒于系統(tǒng)的工作空間有多種結(jié)構(gòu)，例如通道、大廳、地下室、走廊。為了使系統(tǒng)能更好的適應相應工作環(huán)境發(fā)揮最大引導效果，需根據(jù)實際空間結(jié)構(gòu)制定引導方案，安置疏散指示設備。 疏散指示設備主要有激光引導疏散指示裝置和全息激光疏散標示裝置組成。 1）激光引導疏散指示裝置 激光引導疏散指示裝置產(chǎn)生的引導信號為多條靜止呈放射狀的引導光束，其交點即為光源，以此來決定引導方向，引導人員向光源處移動。特點是穿透力強、光束遠距離引 導效果較好，適宜在狹長空間中安置使用。單束激光在視角位于0~30176。之間時可視效果最佳，實際工作中采用多束激光集合的方式，掃描振鏡 的橫向工作范圍一般為177。 30176。 圖 21： 激光束引導工作范圍 對于平行度較好的通道區(qū)域，可以采用在通道盡頭安置激光引導疏散指示裝 圖 22： 通道內(nèi)設備安裝示意圖 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽參賽作品 21 置的方法，一般是兩盡頭處各安裝一臺激光引導疏散指示設備。其在通道內(nèi)產(chǎn)生多條引導激光，起到引導效果。兩臺設備可以滿足疏散與救援雙向要求使用。 在兩條通道連接處的轉(zhuǎn)角，可以選擇兩種安裝方式： 激光引導疏散指 示裝置，對相對方向進行引導； ，通過設置引導信號分別對兩通道進行引導。 圖 23： 拐角處的兩種安裝方式 圖 24： 開放空間內(nèi)多臺裝置的安裝示意圖 對于開放空間，如大廳等，可采用多臺裝置分別安置，確保引導光束范圍覆蓋空間。 2）全息激光疏散標示裝置 激光引導疏散指示裝置在大型空間中的安裝應用較復雜，需安裝多臺設備等。采用全息激光疏散標示裝置，其產(chǎn)生的三維引導標志可以較容易的被各個方向的觀察者所識別，有效改善了原有激光引導疏散指示裝置大型空間中設置復雜、靈活性不足的問題?？梢詽M足寬廣空間 、十字或 T 字型岔口處的引導疏散需第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽參賽作品 22 要。 全息激光疏散標示裝置產(chǎn)生的引導信號為二維圖形與掃描光束構(gòu)成的三維引導標志。 圖 25： T 型岔口處安裝示意圖 圖 26： 十字型岔口安裝示意圖 圖 27： 寬闊空間中安裝工作示意圖 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)