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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于激光導(dǎo)航的應(yīng)急疏散與救援指揮系統(tǒng)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 我國(guó)是一個(gè)火災(zāi)多發(fā)的國(guó)家，2010年僅上半年全國(guó)發(fā)生火災(zāi)73317起，死亡656人，直接財(cái)產(chǎn)損失7.9億元。本作品有效的解決了樓宇、隧道及公共場(chǎng)所火災(zāi)時(shí)期被困人員疏散和應(yīng)急救援的難題：實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑物的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，根據(jù)煙感、溫感等反饋的數(shù)據(jù)，結(jié)合內(nèi)置電子地圖等信息自動(dòng)計(jì)算出最佳疏散、救援路線并控制激光引導(dǎo)設(shè)備工作，安全迅速引導(dǎo)人員疏散，最大程度降低人員傷亡。已獲得國(guó)家專利，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 一、作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路 1.作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的背景 我國(guó)是一個(gè)火災(zāi)頻發(fā)的國(guó)家。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年上半年全國(guó)共發(fā)生火災(zāi)73317起，死亡656人，受傷271人，直接財(cái)產(chǎn)損失79290.7萬(wàn)元。2008年11月14日，上海商學(xué)院女生宿舍發(fā)生火災(zāi)，4名女生在眾多師生的注視下從6樓跳下當(dāng)場(chǎng)身亡的慘狀至今記憶猶新。一次又一次的慘痛教訓(xùn)逼迫著人們對(duì)火災(zāi)的預(yù)防、控制、逃生以及救援等各個(gè)方面進(jìn)行研究。 2.作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的 火災(zāi)造成重大傷害原因包括兩個(gè)方面，一個(gè)是熱，另一個(gè)是火災(zāi)產(chǎn)生的有毒煙氣。火災(zāi)時(shí)期產(chǎn)生的大量有毒有害煙氣一方面使人們無(wú)法正確尋找逃生路徑，另一方面使人們心里產(chǎn)生了恐懼而做出跳樓等非理性行為，因而，煙霧是火災(zāi)事故中導(dǎo)致人員傷亡的主要因素。當(dāng)今的火災(zāi)疏散引導(dǎo)設(shè)備普遍存在煙霧環(huán)境下照度低、穿透性差、可視度低的問題，無(wú)法滿足消防安全的需要。同時(shí)目前沒有一套可以針對(duì)實(shí)時(shí)火情生成疏散、救援路線的消防疏散引導(dǎo)系統(tǒng)。 本作品有效的解決了這一難題，根據(jù)火情自動(dòng)計(jì)算出最佳逃生和救援路線，利用激光技術(shù)動(dòng)態(tài)指引被困人員逃生和救援人員施救，為降低火災(zāi)造成的人員傷亡提供了有效的解決方案。 3.作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的思路 本系統(tǒng)利用激光掃描振鏡，產(chǎn)生空間內(nèi)方向、數(shù)量可控的放射狀引導(dǎo)激光。532nm綠激光在煙霧中形成高亮度、穿透力強(qiáng)的光通路。利用人體的趨光性本能引導(dǎo)人員沿光通路向光源處移動(dòng)，減少了人員處于緊張狀態(tài)下的反應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了煙霧環(huán)境下的有效引導(dǎo)。 基于GIS平臺(tái)開發(fā)的應(yīng)急疏散與救援指揮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑物的實(shí)時(shí)監(jiān)控、最佳路徑計(jì)算、動(dòng)態(tài)分析等功能。系統(tǒng)通過對(duì)火情的實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)探測(cè)器反饋的火情信息，結(jié)合內(nèi)置的電子地圖，生成疏散路線與救援路線；并根據(jù)通道內(nèi)具體的著火點(diǎn)位置、范圍等信息動(dòng)態(tài)調(diào)整放射狀引導(dǎo)光束，引導(dǎo)人員避開危險(xiǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)安全迅速的疏散與救援。 二、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)? 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為基于多層網(wǎng)絡(luò)的雙向終端控制網(wǎng)絡(luò)。控制網(wǎng)絡(luò)主要有集成于中控主機(jī)和控制分站，采用綜合運(yùn)用RJ-45、RS-485、802.11無(wú)線通訊方式實(shí)現(xiàn)對(duì)終端的信息采集、命令控制和應(yīng)急電源的啟用，最終達(dá)到通過終端輸出激光引導(dǎo)信息的目的。本系統(tǒng)使用的引導(dǎo)設(shè)備為激光引導(dǎo)疏散指示裝置和全息激光疏散標(biāo)示裝置。通過激光掃描振鏡生成程控引導(dǎo)光束或三維指示標(biāo)志，并針對(duì)空間結(jié)構(gòu)與實(shí)時(shí)火情調(diào)整引導(dǎo)參數(shù)，避開火源等危險(xiǎn)區(qū)域。 三、系統(tǒng)原理 傳統(tǒng)的疏散標(biāo)示設(shè)備使用的一般是LED或熒光燈光源。主要采用提高照度的方法增強(qiáng)標(biāo)識(shí)的可視度。當(dāng)環(huán)境中漂浮著大量的顆粒物時(shí)會(huì)嚴(yán)重削弱其光照強(qiáng)度，影響疏散標(biāo)示效果。依靠增大光源照度的方法并不能很好解決不易識(shí)別的問題，此為現(xiàn)有疏散標(biāo)示設(shè)備的固有缺陷。根據(jù)丁達(dá)爾效應(yīng)，光束在膠體中會(huì)形成明亮的光通路?？諝庵写嬖趬m埃等顆粒物，因此可以將空氣看作膠體。由于光強(qiáng)、波長(zhǎng)及氣溶膠密度等的影響，普通情況下不易觀察到空氣中的光通路。當(dāng)條件理想情況下，激光在室內(nèi)會(huì)產(chǎn)生明亮可見的光通路，此光通路可以作為一種引導(dǎo)標(biāo)識(shí)疏散引導(dǎo)被困人員逃生。激光振鏡掃描系統(tǒng)由激光器和振鏡系統(tǒng)組成，振鏡系統(tǒng)分為X軸偏轉(zhuǎn)和Y軸偏轉(zhuǎn)，軸線異面垂直。激光經(jīng)過X軸反射和Y軸反射兩次偏轉(zhuǎn)投射。通過控制振鏡的工作參數(shù)可以方便的控制產(chǎn)生激光束的方向，當(dāng)振鏡高速偏轉(zhuǎn)掃描時(shí)，可以輸出多束方向、數(shù)量可控的激光或較復(fù)雜的圖形。 四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 1.硬件職能 硬件作為信息的傳輸與接收部分，是產(chǎn)生功效的載體，具有以下職能： 1）災(zāi)情探測(cè)：煙感探測(cè)器、溫感探測(cè)器，負(fù)責(zé)報(bào)警和測(cè)控實(shí)時(shí)火情信息； 2）逃生和救援引導(dǎo)：激光引導(dǎo)疏散指示裝置、全息激光疏散標(biāo)示裝置，負(fù)責(zé)產(chǎn)生光學(xué)引導(dǎo)信號(hào)以及警鈴等語(yǔ)音提示； 3）中控主機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)整體的數(shù)據(jù)處理，控制分站作為節(jié)點(diǎn)起到信息預(yù)處理與二級(jí)備份功能； 4）交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)信息的交換與校驗(yàn)； 5）控制分站提供調(diào)試接口，人工輸入掃描參數(shù)等信息； 6）采用雙回路獨(dú)立供電和內(nèi)部電池相結(jié)合的供電方式，保證災(zāi)害時(shí)期能夠安全有效供電，且在外面電源完全切斷的情況下，能夠利用內(nèi)部電池獨(dú)立供電4小時(shí)。 2.軟件職能 軟件負(fù)責(zé)信息的采集交換與數(shù)據(jù)處理，指揮各分系統(tǒng)及設(shè)備穩(wěn)定有效的工作，根據(jù)火情快速、準(zhǔn)確選擇逃生和救援路徑，同時(shí)作為人機(jī)調(diào)試控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工作參數(shù)調(diào)整與實(shí)時(shí)控制，具有以下職能： 1）提供實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)，可以自動(dòng)或人工控制； 2）對(duì)探測(cè)器數(shù)據(jù)的采集并生成報(bào)警信息； 3）根據(jù)實(shí)時(shí)火場(chǎng)信息生成最佳疏散路線、救援路線； 4）根據(jù)疏散、救援路線生成相應(yīng)的激光引導(dǎo)信號(hào)； 5）根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)態(tài)調(diào)整路線及引導(dǎo)信號(hào)； 6）負(fù)責(zé)與其它消防系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換，接收被困人員位置信息等； 7）負(fù)責(zé)向場(chǎng)外報(bào)告實(shí)時(shí)火場(chǎng)信息，并接受外部指揮調(diào)度； 8）負(fù)責(zé)制定引導(dǎo)疏散與救援策略； 9）負(fù)責(zé)應(yīng)急狀態(tài)下控制平臺(tái)的切換； 10）負(fù)責(zé)切換供電線路與應(yīng)急電源，保障系統(tǒng)的供電。 11）預(yù)置引導(dǎo)設(shè)備應(yīng)急狀態(tài)下的工作參數(shù)； 12）系統(tǒng)自檢及演習(xí)模擬。 五、本系統(tǒng)的推廣前景及市場(chǎng)分析 基于激光導(dǎo)航的應(yīng)急疏散與救援指揮系統(tǒng)是目前唯一采用掃描激光作為引導(dǎo)信號(hào)，具備最佳疏散路線動(dòng)態(tài)規(guī)劃與救援指揮功能的消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，兼?zhèn)浠馂?zāi)報(bào)警、火場(chǎng)實(shí)時(shí)信息采集處理、外部信息交換控制等功能。其有效解決了傳統(tǒng)設(shè)備在煙霧環(huán)境下無(wú)法有效引導(dǎo)疏散與救援指揮的問題，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)可生成最佳疏散救援路線，同時(shí)具備的擴(kuò)展接口可以整合多套外部消防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。目前該技術(shù)已獲得國(guó)家專利，本系統(tǒng)將提高現(xiàn)有消防引導(dǎo)疏散系統(tǒng)的水平，適應(yīng)目前國(guó)家消防安全建設(shè)的需要，進(jìn)一步降低火災(zāi)事故中人員的傷亡率，因而對(duì)于消防安全技術(shù)領(lǐng)域有較大的促進(jìn)和提高作用。本系統(tǒng)主要應(yīng)用在人員密集的大型公共建筑場(chǎng)所，例如：體育場(chǎng)館、會(huì)展中心、地鐵站及火車站。其市場(chǎng)空間巨大，任何一座建筑均是潛在的安裝使用對(duì)象，依據(jù)系統(tǒng)自身突出的優(yōu)勢(shì)和無(wú)限拓?fù)涞奶攸c(diǎn)，應(yīng)用于各類建筑工程項(xiàng)目。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、作品設(shè)計(jì)發(fā)明的目的 在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會(huì)發(fā)展的災(zāi)害之一，也是造成群死群傷事故的最主要災(zāi)害之一。本作品有效的解決了樓宇、隧道及公共場(chǎng)所火災(zāi)時(shí)期被困人員疏散和應(yīng)急救援的難題：實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑物的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，根據(jù)煙感、溫感等反饋的數(shù)據(jù)，結(jié)合內(nèi)置電子地圖等信息自動(dòng)計(jì)算出最佳疏散、救援路線并控制激光引導(dǎo)設(shè)備工作，安全迅速引導(dǎo)人員疏散，最大程度降低人員傷亡。 二、創(chuàng)新點(diǎn) ①實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑物的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，結(jié)合內(nèi)置的建筑物電子地圖、引導(dǎo)策略等信息自動(dòng)計(jì)算出最佳的疏散、救援路線并控制激光引導(dǎo)設(shè)備工作，安全迅速的引導(dǎo)人員疏散撤離，最大程度上降低人員的傷亡。 ②系統(tǒng)具備救援指揮功能，在引導(dǎo)被困人員疏散的同時(shí)引導(dǎo)外部救援人員進(jìn)入，通過系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控平臺(tái)將實(shí)時(shí)火情、被困人員位置等信息及時(shí)傳遞至救援指揮人員，及時(shí)有效的引導(dǎo)救援人員解救被困者。 ③利用激光亮度高、穿透性強(qiáng)、易于識(shí)別的特點(diǎn)，在煙霧中形成多條醒目的動(dòng)態(tài)光通路，易于識(shí)別，解決了當(dāng)前使用的引導(dǎo)設(shè)備無(wú)法在煙霧環(huán)境中有效引導(dǎo)的缺陷。 ④基于多層控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)將引導(dǎo)設(shè)備、傳感器、供電設(shè)備有效連接起來，保障了惡劣條件下信息的有效傳輸及處理。系統(tǒng)可以接入其它外部系統(tǒng)。 三、主要技術(shù)指標(biāo) ①激光波長(zhǎng)為532nm；功率35~100mW； ②步進(jìn)電機(jī)式掃描振鏡，采用42BYGH34兩相步進(jìn)電機(jī)，步距角1.8°，相電壓12v； ③高速掃描振鏡：掃描范圍水平±20°，垂直±20°，25KHz。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑物的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過探測(cè)器采集火場(chǎng)動(dòng)態(tài)信息，并針對(duì)其生成安全、迅速的引導(dǎo)路線，解決了當(dāng)前消防系統(tǒng)疏散標(biāo)志設(shè)置混亂、易被誤識(shí)別、引導(dǎo)效率低的缺陷。 傳統(tǒng)的LED及氣體燈產(chǎn)生的光線對(duì)煙霧穿透力差。少數(shù)采用了激光作為光源的設(shè)備，通過全息鏡片投射出的圖案使激光束發(fā)散，喪失了激光束聚集的特性，適應(yīng)性差，降低了對(duì)煙霧的穿透性。本作品利用激光高聚集、亮度高、易于識(shí)別的特性，將其根據(jù)丁達(dá)爾效應(yīng)在煙霧中形成的醒目的光通路作為引導(dǎo)信號(hào)，符合人趨光性的本能。通過振鏡掃描系統(tǒng)的高速偏轉(zhuǎn)形成數(shù)量和方向可控的放射狀引導(dǎo)光束，有較強(qiáng)的適應(yīng)性，并可針對(duì)實(shí)際情況實(shí)時(shí)調(diào)整。 本系統(tǒng)可聯(lián)動(dòng)建筑物內(nèi)的其它安全系統(tǒng)，接收其傳遞的警報(bào)、被困人員位置等信息。外部人員根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)了解火情，指揮疏散與救援工作的進(jìn)行。 科技查新結(jié)果表明，本項(xiàng)目系統(tǒng)根據(jù)火場(chǎng)信息，結(jié)合內(nèi)置的電子地圖，生成控制激光引導(dǎo)設(shè)備的疏散路線與救援路線，并實(shí)時(shí)調(diào)整疏散路線與救援路線設(shè)計(jì)，所檢文獻(xiàn)中未見有報(bào)道。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1.本作品的核心技術(shù)于2011年1月5日獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利授權(quán)； 2.本作品于2011年5月獲得第X屆“挑戰(zhàn)杯”XX省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)； 3.本作品于2011年6月在XX省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所進(jìn)行科技查新，本項(xiàng)目系統(tǒng)根據(jù)火場(chǎng)信息，結(jié)合內(nèi)置的電子地圖，生成控制激光引導(dǎo)設(shè)備的疏散路線與救援路線，并實(shí)時(shí)調(diào)整疏散路線與救援路線設(shè)計(jì)，所檢文獻(xiàn)中未見有報(bào)道。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 本項(xiàng)目已申請(qǐng)國(guó)家專利，可以通過專利進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品，圖紙，磁盤，現(xiàn)場(chǎng)演示，圖片，錄像，樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 1.本作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 基于激光導(dǎo)航的應(yīng)急疏散與救援指揮系統(tǒng)是目前唯一采用掃描激光作為引導(dǎo)信號(hào)，具備最佳疏散路線動(dòng)態(tài)規(guī)劃與救援指揮功能的消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，兼?zhèn)浠馂?zāi)報(bào)警、火場(chǎng)實(shí)時(shí)信息采集處理、外部信息交換控制等功能。其有效解決了傳統(tǒng)設(shè)備在煙霧環(huán)境下無(wú)法有效引導(dǎo)疏散與救援指揮的問題，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)可生成最佳疏散和救援路線，同時(shí)具備的擴(kuò)展接口可以整合多套外部消防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。 2.本作品的適應(yīng)范圍及推廣前景 該技術(shù)已獲得國(guó)家專利。本系統(tǒng)將提高現(xiàn)有消防引導(dǎo)疏散系統(tǒng)的水平，進(jìn)一步降低火災(zāi)事故中人員的傷亡率，因而對(duì)于消防安全技術(shù)領(lǐng)域有較大的促進(jìn)和提高作用。從投入上看，一棟高層建筑，其消防設(shè)備、產(chǎn)品的投入約占總投資的3%-5%，2010年僅XX省消防市場(chǎng)規(guī)模就超過10億元。目前，針對(duì)煙霧環(huán)境下的應(yīng)急疏散與救援指揮系統(tǒng)市場(chǎng)處于空白。本系統(tǒng)主要應(yīng)用在人員密集的大型公共建筑場(chǎng)所，例如：體育場(chǎng)館、會(huì)展中心、地鐵站及火車站。具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 基于激光導(dǎo)航的應(yīng)急疏散與救援指揮系統(tǒng)是目前唯一采用激光生成引導(dǎo)信號(hào)的消防疏散引導(dǎo)系統(tǒng)，兼具有救援指揮、火災(zāi)報(bào)警、火場(chǎng)實(shí)時(shí)信息采集處理、外部信息交換控制等一體化的消防系統(tǒng)。 目前廣泛應(yīng)用的應(yīng)急燈、安全出口標(biāo)示牌等疏散引導(dǎo)設(shè)備，采用照明標(biāo)志作為引導(dǎo)信號(hào)。其產(chǎn)生的發(fā)光文字、標(biāo)志或照明光線存在煙霧等環(huán)境下照度低、穿透力差、可識(shí)別性差的問題。針對(duì)此缺陷，現(xiàn)有研究方向仍是以更換光源（例如LED光源），提高照度為主。其在疏散引導(dǎo)中使用發(fā)光文字等引導(dǎo)標(biāo)志，火場(chǎng)中的被困人員在心理極度恐慌中容易對(duì)文字等信息產(chǎn)生誤讀，無(wú)法正確迅速的撤離，不利于疏散逃生。 少數(shù)使用激光作為照射光源的引導(dǎo)設(shè)備，其主要工作方式為激光束通過照射全息鏡片，將引導(dǎo)圖形或文字等信息投影至墻壁或地面上，在一定程度上提高了引導(dǎo)標(biāo)志的可視度。但其投影使激光發(fā)散，降低了能量密度，在煙霧環(huán)境中不能達(dá)到預(yù)期的工作效果。同時(shí)使用的全息鏡片不易更換，引導(dǎo)標(biāo)志單一，應(yīng)用有著一定的局限性。 目前的消防疏散引導(dǎo)系統(tǒng)功能較單一，現(xiàn)有的消防系統(tǒng)將探測(cè)器報(bào)警系統(tǒng)與疏散引導(dǎo)系統(tǒng)分開設(shè)置，一般只能控制引導(dǎo)設(shè)備的開啟與保障供電。實(shí)際環(huán)境中，引導(dǎo)設(shè)備安裝、使用混亂，沒有對(duì)引導(dǎo)設(shè)備形成統(tǒng)一的監(jiān)控控制，亦不能針對(duì)實(shí)際火情生成安全、迅速的疏散路線，同時(shí)未針對(duì)消防救援工作做出統(tǒng)一指揮。 本作品中具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“可編程性激光引導(dǎo)應(yīng)急疏散裝置”，利用雙軸激光掃描振鏡生成方向、數(shù)量可控的多束激光，將其在空氣中形成的光通路作為引導(dǎo)信號(hào)，人員由于趨光性本能引導(dǎo)向光源處移動(dòng)。本技術(shù)可以針對(duì)疏散、救援路線設(shè)計(jì)的需要，調(diào)整引導(dǎo)光束的方向、數(shù)量，避開通道內(nèi)的火源等危險(xiǎn)區(qū)域。 科技查新表明，本項(xiàng)目系統(tǒng)根據(jù)火場(chǎng)信息，結(jié)合內(nèi)置的電子地圖，生成控制激光引導(dǎo)設(shè)備的疏散路線與救援路線，并實(shí)時(shí)調(diào)整疏散路線與救援路線的設(shè)計(jì)，所檢文獻(xiàn)中未見有報(bào)道該技術(shù)將有助于火災(zāi)等事故中的人員疏散逃生、救援指揮和環(huán)境監(jiān)測(cè)，對(duì)降低火災(zāi)事故中人員的傷亡率有較大的促進(jìn)作用。 專利檢索結(jié)果表明，該技術(shù)具有創(chuàng)新性、新穎性，同時(shí)該技術(shù)將有助于火災(zāi)等事故中的人員疏散逃生、救援指揮和環(huán)境監(jiān)測(cè)，對(duì)降低火災(zāi)事故中人員的傷亡率有較大的促進(jìn)作用。
