【正文】 效果圖 532nm 35mW 激光器；環(huán)境光照強度 5 lx 視角： 5176。 引導光束的參數(shù)選擇 1）激光波長的選擇 人眼的可見波長范圍為 312nm1050nm。 圖 4： 光的波長示意圖 人眼對不同波長的光敏感性不同。 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽參賽作品 8 波長（ nm） 530 540 630 640 650 660 光譜光視效率 折合為 明視覺 lm/W lm/W 181 lm/W 48 lm/W 73 lm/W lm/W 表 1 不同波長光的光視效率與明視覺 圖 5： 光能量相應曲線 通過對不同波長的激光進行實驗測量 ， 發(fā)現(xiàn) 波長位于 500nm600nm，尤其是540nm 左右的光最能引起人眼的敏感（ standard observer）。 2）激光器的工作類型 激光器的種類很多，可分為固體、氣體、液體、半導體等幾種類型 。半導體激光器可以通過外加的電場、磁場、溫度、壓力等改變激光的波長，能將電能直接轉換為激光能， 可以在惡劣條件下穩(wěn)定工作，因此選擇半導體激光器作為激光光源。 3）激光在引導疏散使用中的安全性 激光具有平行性好、能力高的特點，不規(guī)范的使用會對人眼造成傷害。在引導疏散中，采取一系列的安全設計防止激光造成傷害。通過振鏡系統(tǒng)的高速偏轉（ XY）實現(xiàn)對激光束的控制，產(chǎn)生多條方向可控的引導光束。 ，極少會發(fā)生眼球長時間被激光直射。 為了防止掃描振鏡意 外停止工作，未經(jīng)偏轉的激光束可能擊中人眼，造成可能的危害，掃描裝置附加安全防護部分，當掃描振鏡意外停止后，確保及時切斷激光的照射，初始化設備并恢復正常工作狀態(tài)。它是一種特殊的擺動電機 ， 基本原理是通電線圈在磁場中產(chǎn)生力矩 ， 其轉子上通過機械紐簧或電子的方法加有復位力矩 ， 大小與轉子偏離平衡位置的角度成正比 ， 當線圈通以一定的電流而轉子發(fā)生偏轉到一定的角度時 ， 電磁力矩與回復力矩大小相等 ,偏轉角與電流成正比 ， 與電流計一樣 ，故振 鏡又叫電流計掃描振鏡 (galvanomet ric scanner)。激光經(jīng)過 X軸反射和 Y軸反射兩次偏轉投射。 圖 9： 激光掃描振鏡 本系統(tǒng)中主要使用由步進電機和反射鏡構成的振鏡掃描系統(tǒng)。 圖 10： 激光引導疏散指示裝置原理樣機 此振鏡掃描系統(tǒng)采用二相步進電機，由 TA8435 控制芯片驅動。步進電機附有歸位裝置和安全防護裝置（防止掃描意外停止時，仍在輸出的靜止激光直視產(chǎn)生的危害）。 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽參賽作品 12 圖 11： 工作狀態(tài)示意圖 圖 12： 多束引導激光效果圖 設備啟動后，安全防護裝置檢測振鏡是否正常工作，激光是否偏轉輸出。 全息標示疏散引導 方向、數(shù)目可控的激光在空間中產(chǎn)生的光通路在狹長通道、遠距離環(huán)境下可以有效的進行引導疏散。全息標示可以有效的彌補上述設備在交叉區(qū)域等地點的不足。通過采用高速掃描振鏡提高掃描頻率，利用煙霧作為成像介質，生成復雜的圖形（箭頭、文字等）與其在空間中的光通路形成了一個放射狀的三維標志，在各個方向均可被觀察 者輕易捕捉到。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，可以靈活的調整標志，而不是一些單軸振鏡只能控制衍射圖像在平面內運動。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)的最高控制權限。 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術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)。其內置了空間數(shù)據(jù)庫引擎技術 —— SuperMap SDX+。 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。 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)，為建筑物空間結構數(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。尤其是目前工程中廣泛使用的 CAD 圖紙，可將其高效的轉化為供系統(tǒng)使用的電子地圖。 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，支持將分析結果輸出為行駛導引 。例如，根據(jù)電子地圖中的設備空間配置情況，結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，將分析結果輸出為引導路線，及對路線中相關設備的命令控制。 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。 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。 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 。 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。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 ，硬件架構為 ARM9。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。 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、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。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構顯示等功能?；鹪磁c高溫煙氣會發(fā)出很高的熱輻射。 煙霧探測器采用光電式煙霧探測器，根據(jù)建筑物空 間結構、相關隱患位置，結合系統(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。 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。 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。 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)。線纜外層套有第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽參賽作品 19 阻燃波紋管。防火塑料符合可燃性 UL94 標準中的 5VA 等級。 計為三級電源保障結構，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，引導設備內置蓄電池。 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。 系統(tǒng)權限保障機制 系統(tǒng)設計為三層控制網(wǎng)絡結構。 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。 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。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)實際空間結構制定引導方案，安置疏散指示設備。 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。單束激光在視角位于0~30176。 30176。其在通道內產(chǎn)生多條引導激光，起到引導效果。 在兩條通道連接處的轉角，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。 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?？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科技作品競賽參賽作品 22 要。 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科技作品競賽參賽作品 23 疏散路線與救援路線 系統(tǒng)設計功能包括引導人員疏散撤離和引導救援人員進入救援。 疏散路線與救援路線既可以系統(tǒng)預置設定，也可以由人工控制實時改變設定。 圖 28：火源 范圍 （紅色） 探測及避險路線 系統(tǒng)通過煙霧探測器和火焰探測器確定火源的位置和起火范圍，調整引導光束的射向和數(shù)量，引導人員避開危險區(qū)域行進，最終達到避險的目的。疏散時，將疏散方向的激光引導疏散指示裝置啟動，關閉逆向的激光引導疏散指示裝置，使引導方向單一化。系統(tǒng)通過控制疏散路線上的引導設備，以接力傳遞的方式引導被困人員撤離。 圖 30： 疏散路線示意圖 上圖中，系統(tǒng)此時處于疏散引導狀態(tài)，打開 撤離方向的激光引導疏散指示裝置，全息激光疏散標示裝置 （紅色） 產(chǎn)生疏散引導標志，反向的引導設備關閉。 火災發(fā)生時，被困人員通過房間內安裝的呼救器或其它方式向救援人員報告位置 。被困人員通過建筑物中的按壓式報警裝置等標明其位置，系統(tǒng)接收到位置信息后計算出供救援人員解決的路線。 圖 31： 救援路線示意圖 圖 31 中，系統(tǒng)此時處在救援引導狀態(tài)，打開 救援進入方向的激光引導疏散指示裝置，全息激光疏散標示裝置 （示意圖中的紅色方塊）產(chǎn)生救援信息標志。 3）路線設計 疏散路線和救援路線可以通過主機的控制臺進行設計。 控制臺同時設計有自動設計規(guī)劃疏散路線和救援路線的功能，依靠其內置儲存的建筑物 電子 地圖，計算最佳路線，控制路線上激光器的工作狀態(tài)、引導標志的類型，生成引導規(guī)則。實時監(jiān)控狀態(tài)下，煙感、溫感探測器的數(shù)據(jù)實時調整路線，同時也可以人工 設定制定路線 ，指揮救援工作 。激光引導疏散指示裝置產(chǎn)生引導信號為多條呈放射狀的引導光束，而全息引導疏散標示裝置產(chǎn)生的是三維引導標志。 1)激光引導疏散指示裝置 激光引導疏散指示裝置中負責掃描的機械部件主要是 XY 雙軸步進電機。 XY 雙軸偏轉可以控制激 光束在空間內的任意移動。 引導數(shù)據(jù)格式： X step(X 軸步進電機移動步數(shù) ) Y step（ Y軸步進電機移動步數(shù)）； L 0/1（ 0或 1控制激光束的通斷） Move 為一個移動矢量函數(shù) 一個矢量移動單位為： L(0/1)。 L（ 0）可以表示為激光器關閉，無激光束照射到步進電機振鏡上； L（ 1）表示激光器開啟，激光束照射到步進電機振鏡上。Move(30， 40)。 圖 32： 示意圖 輸出多條光束時，按照“通”“斷”設計引導信號。 輸出單一光束的引導程序： L(0)。delay(2) 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽參賽作品 27 L(1)。 L(0)。delay(2) //delay 為延遲， delay(5)是單一激光束的照射時間，即此時有一條激光束射出； delay(2)是掃描過程中步進電機每次偏轉間的延遲， 延遲需根據(jù)步進電機參數(shù)來設定，延遲過短會造成丟步現(xiàn)象，不利于掃描系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。激光束數(shù)目越少、工作范圍越窄，幀率越高，單位空間內的激光能量密度較高，可視度增強。 圖 34： 多條引導光束工作效果圖 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽參賽作品 28 2）全息激光引導標示裝置 全息激光引導標示裝置產(chǎn)生的引導信號為三維引導標志，由高速掃描產(chǎn)生的二維圖形和掃描光束構成。 引導信號的主要部分為二維圖形，由高速掃描狀態(tài)下的振鏡產(chǎn)生，其采用矢 圖 35： 繪制的引導信號 量繪制圖形，可以提高 圖形掃描幀率，減小數(shù)據(jù)量。