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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 復(fù)雜環(huán)境災(zāi)難自救及報警救援信息系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 通過在現(xiàn)場布設(shè)大量的無線傳感節(jié)點(diǎn)并自動組建成無線傳感網(wǎng)絡(luò)，每個現(xiàn)場人員都會有一手持設(shè)備接收并顯示現(xiàn)場信息，一旦有事故發(fā)生時就會發(fā)出聲光報警，并顯示事故的具體地點(diǎn)。依據(jù)這些信息現(xiàn)場人員可以選擇一天相對安全的逃生路徑，從而提高受困人員的生存幾率。
- 詳細(xì)介紹：
- 1需求分析設(shè)計(jì) 針對復(fù)雜的生產(chǎn)、辦公、商業(yè)、生活現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行分析，將監(jiān)控區(qū)域劃分成不同的安全等級，模擬推演可能的事故情形，從生產(chǎn)生活人員角度和從管理者角度設(shè)計(jì)防災(zāi)減災(zāi)方案，分別進(jìn)行信息系統(tǒng)需求分析，設(shè)計(jì)人性的、有效的信息系統(tǒng)。 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。一般應(yīng)包括監(jiān)控中心、有線（或無線）骨干網(wǎng)、無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)傳感器模塊。 2.1 傳感器大致分為兩類：一類是靜態(tài)節(jié)點(diǎn)（環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測），這類節(jié)點(diǎn)一般分布在固定的位置，負(fù)責(zé)感知該位置周圍的環(huán)境信息；另一類是動態(tài)節(jié)點(diǎn)（監(jiān)測人的生理信號和環(huán)境參數(shù)），該類節(jié)點(diǎn)可由工人隨身攜帶或靈活安置在房間，一方面在事故發(fā)生的時候能夠判斷人的生理狀況，另一方面可以感知工作面的現(xiàn)場信息。傳感器采集的信息包括溫度、煙霧、火、水、塵、瓦斯等相關(guān)信息，應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置。 2.2 無線傳感器節(jié)點(diǎn)具備自組網(wǎng)功能，根據(jù)一定的協(xié)議鏈接成一個傳感器網(wǎng)絡(luò)。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。 2.3 節(jié)點(diǎn)采集到的信息通過自組網(wǎng)的方式實(shí)時地傳送到無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的收發(fā)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控，同時它還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理、融合和存儲處理后的數(shù)據(jù)通過有線（或無線）骨干網(wǎng)發(fā)送到監(jiān)控中心，由監(jiān)控平臺實(shí)時顯示環(huán)境參數(shù)和人的狀況。 3便攜自救信息機(jī) 便攜自救信息機(jī)，由工人隨身攜帶或平時安置在室內(nèi)、緊急時可隨身攜帶的設(shè)備，是動態(tài)傳感器節(jié)點(diǎn)和信息顯示查詢終端二者集成設(shè)備。其終端地位如同監(jiān)控中心的監(jiān)控查詢終端，可直觀顯示整體或具體環(huán)境參數(shù)，根據(jù)此信息，可選擇一個相對安全的通道逃生自救；裝置其動態(tài)節(jié)點(diǎn)本身帶有硬件定位引擎，可自動的計(jì)算現(xiàn)場人員的位置并發(fā)送給營救人員，同時現(xiàn)場人員也可以主動發(fā)送自己的位置信息，可讓救援者能定位人員位置和狀況。營救小組收到位置信息后可采取有效的救援措施，提高災(zāi)難的救援效率。 4 定位 定位，就是確定位置。一種是確定目己在系統(tǒng)中的位置，一種是確定目標(biāo)在系統(tǒng)中的位置。無線定位是自組織的網(wǎng)絡(luò)通過一定方法提供節(jié)點(diǎn)的位置信息。這種自組織網(wǎng)絡(luò)定位分為節(jié)點(diǎn)自身定位和目標(biāo)定位。 節(jié)點(diǎn)自身定位是確定網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置的過程。目標(biāo)定位是確定網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)一個事件或者一個目標(biāo)的坐標(biāo)位置。網(wǎng)絡(luò)自身屬性的確定過程，可以通過人工標(biāo)定或者各種節(jié)點(diǎn)自身定位算法完成。目標(biāo)定位是位置己知的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，確定時間或者目標(biāo)在網(wǎng)絡(luò)中所處的位置。 根據(jù)信息收集的方式分，通過網(wǎng)絡(luò)收集傳感器數(shù)據(jù)定位節(jié)點(diǎn)稱為被動定位；節(jié)點(diǎn)主動發(fā)出信息用于定位稱為主動定位。 本系統(tǒng)中對井下人員的定位屬于目標(biāo)定位，通過在井下的己知位置布置網(wǎng)絡(luò)，作為已知的網(wǎng)絡(luò)參考節(jié)點(diǎn)，對攜帶目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的人員進(jìn)行定位。目標(biāo)節(jié)點(diǎn)主動發(fā)送數(shù)據(jù)到定位網(wǎng)絡(luò)，為主動定位。
作品圖片
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)
- 1、目的： 本套系統(tǒng)針對復(fù)雜環(huán)境下，同時為現(xiàn)場人員和管理者提供實(shí)時有效準(zhǔn)確參數(shù)的信息系統(tǒng)，就可以在第一時間主動采取有的放矢的措施，轉(zhuǎn)移到相對安全的環(huán)境，等待救援或開展自救；外部也能采取有效救援措施。這樣可以盡量提高生存幾率。 2、基本思路： 整體結(jié)構(gòu)。一般應(yīng)包括監(jiān)控中心、有線（或無線）骨干網(wǎng)、無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)傳感器模塊。 2.1 傳感器大致分為兩類：一類是靜態(tài)節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)感知該位置周圍的環(huán)境信息；另一類是動態(tài)節(jié)點(diǎn)，該類節(jié)點(diǎn)可由工人隨身攜帶或靈活安置在房間，在事故發(fā)生的時候能夠了解現(xiàn)場情況。傳感器采集的信息包括溫度、煙霧等相關(guān)信息，應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置。 2.2 無線傳感器節(jié)點(diǎn)具備自組網(wǎng)功能，根據(jù)一定的協(xié)議鏈接成一個傳感器網(wǎng)絡(luò)。 2.3 節(jié)點(diǎn)采集到的信息通過自組網(wǎng)的方式實(shí)時地傳送到無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的收發(fā)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控。 3、創(chuàng)新點(diǎn)： 3.1 區(qū)別于普通安全監(jiān)控系統(tǒng)，此套系統(tǒng)具有自救功能，可以提示逃生信息等環(huán)境參數(shù)的功能。 3.2 便攜自救信息機(jī)，既是提供信息的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，又是無線信息終端查詢顯示裝置。 3.3 每個節(jié)點(diǎn)可向網(wǎng)絡(luò)提供的環(huán)境信息較全面，每個節(jié)點(diǎn)可獲取的信息也較全面。 4、技術(shù)關(guān)鍵： 采用的關(guān)鍵技術(shù)有傳感器技術(shù)，安全防爆技術(shù)，基于ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和CAN總線技術(shù)，以及低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)。 5、主要技術(shù)指標(biāo) 環(huán)境信息、節(jié)點(diǎn)數(shù)目、指示方式、功耗、傳輸距離
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1、先進(jìn)性 采用基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場人員定位。通過基于ZigBee的無線自組網(wǎng)絡(luò)將人員位置以及現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)實(shí)時地傳輸?shù)浆F(xiàn)場救援系統(tǒng)及現(xiàn)場人員手中，能夠進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并在危險情況下及時報警并及時通知現(xiàn)場作業(yè)人員;事故發(fā)生后，可以輔助快速制定救援方案、提高現(xiàn)場人員的自救效率，減少人員的傷亡。 雙線冗余的數(shù)據(jù)傳輸方案。鑒于事故現(xiàn)場的情況的復(fù)雜性以及目前普遍的電纜傳輸方式，易造成內(nèi)外通信的中斷，故本套系統(tǒng)采用了先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)ZigBee和Can總線技術(shù)，保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。 2、科學(xué)性 注重于現(xiàn)場人員的信息獲取。目前在礦井中，還沒有專門用于逃生的指示系統(tǒng)，有些礦井中具備一些檢測瓦斯的氣體含量的裝置，但這些裝置是只能發(fā)送給外面的上位機(jī)（計(jì)算機(jī)），而礦工不能直接得到這些信息，故此我們設(shè)計(jì)的系統(tǒng)有效的彌補(bǔ)了這一現(xiàn)存漏洞，給予現(xiàn)場人員全面的信息，提高自救效率。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 生產(chǎn)授權(quán)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品和模型
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 1、使用說明 簡單易用的人性化圖形界面，界面為地圖上顯示節(jié)點(diǎn)信息。另設(shè)兩個觸摸按鈕，分別用于查詢環(huán)境信息和發(fā)送自身位置和求救信息。 2、系統(tǒng)特點(diǎn) 2.1整套設(shè)備低功耗，可用蓄電池持續(xù)供電，避免了斷電影響。 2.2系統(tǒng)通信采用無線和有線冗余傳輸，保證了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定可靠。 2.3系統(tǒng)由數(shù)量眾多的探頭組成一個傳感器網(wǎng)絡(luò)，掌握全局信息，為進(jìn)一步的逃生和營救決策提供全面可靠的依據(jù)。 3、推廣前景 3.1礦井作業(yè) 該系統(tǒng)可在井外的監(jiān)測人員與井下的施工人員建立雙向通信，實(shí)時的觀測井下的情況，對災(zāi)難的發(fā)生予以第一時間的援助，同時礦工可根據(jù)接收到的信息選擇一條較為安全的逃生路線。 3.2 樓宇火災(zāi) 用于大型商廈、辦公大型商場、辦公、居住樓宇的火警監(jiān)控和逃生指示。 4、市場預(yù)測 由于安全生產(chǎn)的迫切需要，但市場上尚無此類產(chǎn)品，各類礦井和高樓大賽等復(fù)雜環(huán)境均可應(yīng)用，市場應(yīng)用前景廣闊。
同類課題研究水平概述
- 最近礦井瓦斯爆炸、塌方、透水以及樓宇的火災(zāi)等事故頻發(fā)：其中2009年9月8日，河南省平頂山市新華區(qū)新華四礦發(fā)生瓦斯爆炸事故造成79人遇難；2010年11月15日上海胡特大火災(zāi)造成58人遇難，七十多人受傷，這些事故給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重的威脅。 為在事故發(fā)生后提高救援效率，在礦井和大型樓宇這些重要場所都安裝有一些監(jiān)控系統(tǒng)。像澳大利亞的NLTeehnofogies公司研發(fā)了采用433MHz有源即ID標(biāo)簽跟蹤和管理地下作業(yè)的礦工和車輛的跟蹤管理系統(tǒng)，該即ID標(biāo)簽通信距離能達(dá)到30—50米；以及國內(nèi)工大高科的KJP100礦井移動目標(biāo)安全監(jiān)控與信息管理綜合業(yè)務(wù)平臺。此系統(tǒng)以RFID技術(shù)作為礦井移動目標(biāo)的最主要識別手段，結(jié)合二級百兆工業(yè)以太網(wǎng)、多種現(xiàn)場總線技術(shù)，在自主開發(fā)礦井移動目標(biāo)綜合自動化系統(tǒng)、礦井機(jī)車運(yùn)輸監(jiān)控及車皮物料自動跟蹤管理系統(tǒng)礦井斜巷軌道運(yùn)輸監(jiān)控裝置等應(yīng)用子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將各子系統(tǒng)綜合集成，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一技術(shù)平臺下的礦井移動目標(biāo)綜合安全監(jiān)控。而在火災(zāi)監(jiān)控方面像松下電工生產(chǎn)的 IFS2000Z 型自動火災(zāi)報警系統(tǒng)，能夠在火災(zāi)時發(fā)出報警，以及啟動相關(guān)消防設(shè)備，及時切斷電源。 從以上例子可以看出在礦井中主要系統(tǒng)的功能有：1、監(jiān)控各處是否安全生產(chǎn)。2、對礦工進(jìn)行考勤定位。3、在事故發(fā)生后通過警鈴告知礦工馬上撤離。而在樓宇中則主要是1、監(jiān)控各樓層是否正常。2、一旦有火災(zāi)則通過響鈴的方式提示，及一些消防設(shè)備的聯(lián)動。這些系統(tǒng)都側(cè)重于管理階層，只有監(jiān)控人員能獲取現(xiàn)場的實(shí)時信息，而處于事故現(xiàn)場的人只知發(fā)生了事故，至于發(fā)生在那個具體位置、及事故的嚴(yán)重性卻一無所知。救援人員也不能過準(zhǔn)確獲取受困人員的位置等相關(guān)信息。 此套信息系統(tǒng)則打破常規(guī)，側(cè)重于為事故現(xiàn)場的人員提供實(shí)時的信息，盡最大可能提高被困人員的自救能力。于此同時兼顧到管理階層，我們開發(fā)了上位機(jī)監(jiān)控軟件，能夠?qū)ΜF(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控，對人員等移動目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時跟蹤定位。一旦有事故發(fā)生，監(jiān)控人員和現(xiàn)場人員都會收到警報，現(xiàn)場人員根據(jù)接收到的信息，選擇安全的逃生路徑。而監(jiān)控人員接收報警信息后根據(jù)礦工的位置以及報警點(diǎn)位置采取針對性營救措施。此外因采用ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性大大提高。此套系統(tǒng)這樣設(shè)計(jì)既滿足日常監(jiān)控需要的同時還能夠?yàn)楝F(xiàn)場人員提供及時的現(xiàn)場信息，大大提高了事故中受難人員的生存幾率。
