基于激光導(dǎo)航的應(yīng)急疏散與救援指揮系統(tǒng)研究報(bào)告書

1、基于激光導(dǎo)航的應(yīng)急疏散與救援指揮系統(tǒng)研究報(bào)告作品類別: 科技發(fā)明制作b類 1目 錄摘 要11.作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路11.1作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的背景11.2作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的11.3 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的思路12.系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)分析及創(chuàng)新點(diǎn)22.1創(chuàng)新點(diǎn)22.2系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)分析23.本系統(tǒng)的推廣前景及市場(chǎng)分析34系統(tǒng)基本組成35.系統(tǒng)方案45.1軟硬件分工45.2硬件職能55.3軟件職能56.系統(tǒng)原理66.1實(shí)現(xiàn)原理66.1.1激光的可視性66.1.2引導(dǎo)光束的參數(shù)選擇76.1.3振鏡掃描系統(tǒng)96.1.4全息標(biāo)示疏散引導(dǎo)126.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案136.2.1系統(tǒng)軟件及平臺(tái)136.2.2實(shí)時(shí)監(jiān)控與指揮18

2、6.2.3火情報(bào)警及定位186.2.4防火設(shè)計(jì)及保障機(jī)制186.2.5遠(yuǎn)程報(bào)警及通訊196.3引導(dǎo)信號(hào)的生成206.3.1空間分析及設(shè)備安置206.3.2疏散路線與救援路線236.3.3引導(dǎo)信號(hào)的設(shè)置256.3.4掃描振鏡的控制287.通訊協(xié)議337.1通訊概述337.2通訊協(xié)議說(shuō)明347.2.1通訊組網(wǎng)方式347.2.2通信協(xié)議方式357.2.3通訊接口方式35附件：煙霧測(cè)試實(shí)驗(yàn)照片.45消防支隊(duì)證明.46專利證書.47專利說(shuō)明書.48科技查新報(bào)告.562第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽參賽作品摘 要在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍的威脅公眾安全和社會(huì)發(fā)展的災(zāi)害之一，也是造

3、成群死群傷事故的最主要災(zāi)害之一。煙霧是火災(zāi)事故中導(dǎo)致人員傷亡的主要因素?，F(xiàn)有的安全出口標(biāo)志牌等設(shè)備在煙霧中不易被識(shí)別，不能有效引導(dǎo)人員避開火源等危險(xiǎn)區(qū)域疏散逃生。目前沒(méi)有一套可以在煙霧環(huán)境下根據(jù)實(shí)時(shí)火情，生成動(dòng)態(tài)疏散路線與救援路線的消防疏散引導(dǎo)系統(tǒng)。本系統(tǒng)運(yùn)用自行研制并已獲國(guó)家專利的可編程型激光引導(dǎo)應(yīng)急疏散裝置，實(shí)現(xiàn)了煙霧環(huán)境中有效的引導(dǎo)人員疏散與救援。系統(tǒng)可根據(jù)探測(cè)器報(bào)警信息結(jié)合內(nèi)置電子地圖確定煙霧、火源等危險(xiǎn)區(qū)域范圍，規(guī)劃出最佳疏散路線與救援路線，并根據(jù)實(shí)時(shí)火情進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。激光掃描振鏡產(chǎn)生方向、數(shù)量可任意調(diào)整的放射狀引導(dǎo)激光，利用人的趨光性本能引導(dǎo)人員向光源處移動(dòng)，避開路線中的火源等危險(xiǎn)

4、區(qū)域，為降低火災(zāi)造成的人員傷亡提供了有效的解決方案。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)，解決了火災(zāi)時(shí)期煙霧環(huán)境下被困人員疏散和應(yīng)急救援的難題，實(shí)現(xiàn)了煙霧環(huán)境下避開火源等危險(xiǎn)區(qū)域的路線引導(dǎo)。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。關(guān)鍵詞：火災(zāi)煙霧 激光引導(dǎo) 振鏡掃描 疏散路線 救援指揮i1.作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路1.1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

5、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。此外，2010年發(fā)生了數(shù)起重大火災(zāi)事故，例如上?！?1.15”教師公寓重大火災(zāi)事故，造成58人遇難，多人受傷的嚴(yán)重后果。煙霧是火災(zāi)事故中導(dǎo)致人員傷亡的主要因素?；饒?chǎng)空間中到處存在的煙霧會(huì)模糊阻擋了被困人員的視線，使其無(wú)法有效的判明逃生路線，嚴(yán)重威脅被困人員的生命。1.2作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的目前使用的疏散指示設(shè)備無(wú)法在煙霧環(huán)境下有效工作。安全出口標(biāo)志牌等設(shè)備在煙霧中可識(shí)別度低，人員容易對(duì)文字、圖形等指示信息產(chǎn)生誤判?，F(xiàn)有的疏散指示設(shè)備無(wú)統(tǒng)一的控制指揮，不能針對(duì)復(fù)雜的火場(chǎng)環(huán)境生成動(dòng)態(tài)的疏散與救援路線，不具備救援

6、指揮功能。因此，當(dāng)前迫切需要一套可在煙霧環(huán)境中有效引導(dǎo)人員疏散，并能針對(duì)實(shí)時(shí)火情生成引導(dǎo)人員避開火源等危險(xiǎn)區(qū)域的動(dòng)態(tài)疏散與救援路線，具備救援指揮功能的消防應(yīng)急疏散與救援指揮系統(tǒng)1.3 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)?；趃is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(guò)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

7、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。2.系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)分析及創(chuàng)新點(diǎn)2.1創(chuàng)新點(diǎn)1.利用多束放射狀激光在煙霧環(huán)境中引導(dǎo)人員疏散與救援。激光亮度高、穿透性強(qiáng)，其光通路易于識(shí)別。人員由于趨光性本能跟隨激光向光源處移動(dòng)，避免了對(duì)傳統(tǒng)文字、圖形標(biāo)志的誤判，縮短反應(yīng)時(shí)間。2.采用激光掃描振鏡生成多束放射狀激光束。通過(guò)對(duì)激光的程控掃描，控制激光的數(shù)量和任一激光的方向，根據(jù)避險(xiǎn)要求設(shè)計(jì)通道內(nèi)具體的引導(dǎo)路徑，適應(yīng)性較強(qiáng)。3. 動(dòng)態(tài)生成最佳疏散路線與救援路線。系統(tǒng)根據(jù)探測(cè)器反饋的實(shí)時(shí)火情信息與電子地圖結(jié)合引導(dǎo)策略設(shè)

8、置，生成避開火源等危險(xiǎn)區(qū)域的最佳引導(dǎo)路線，并根據(jù)火情與救援需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整，控制相關(guān)激光引導(dǎo)設(shè)備工作。4.系統(tǒng)具備救援指揮功能。在人員疏散的同時(shí)可引導(dǎo)外部救援人員進(jìn)入，其通過(guò)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，根據(jù)救援要求生成救援路線，指揮救援人員搜救。2.2系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)分析1.當(dāng)前使用的應(yīng)急燈、安全出口標(biāo)志燈設(shè)備在煙霧下可識(shí)別度低，本系統(tǒng)利用532nm綠激光束在煙霧中產(chǎn)生的光通路作為引導(dǎo)信號(hào)，將煙霧作為成像介質(zhì)，有效的解決了煙霧中人員引導(dǎo)的問(wèn)題。2.本系統(tǒng)使用激光引導(dǎo)設(shè)備產(chǎn)生多束放射狀的引導(dǎo)激光，人員依靠趨光性本能沿光通路向光源處移動(dòng)。有效避免人員由于高度緊張對(duì)現(xiàn)有

9、安全出口文字、圖形標(biāo)志產(chǎn)生誤判，利于人員的安全、迅速的疏散與救援。3.本系統(tǒng)可以針對(duì)應(yīng)急疏散與救援指揮工作需要，生成疏散路線與救援路線，并控制相關(guān)激光引導(dǎo)設(shè)備產(chǎn)生動(dòng)態(tài)引導(dǎo)光束，引導(dǎo)人員疏散與救援。而現(xiàn)有的引導(dǎo)設(shè)備無(wú)統(tǒng)一的控制與救援指揮功能，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的引導(dǎo)方向。4.本系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)探測(cè)到火源位置、火勢(shì)等火情信息動(dòng)態(tài)調(diào)整路線，控制激光引導(dǎo)設(shè)備在逃生通道產(chǎn)生避開火源等危險(xiǎn)區(qū)域的引導(dǎo)光通路。而現(xiàn)有的安全出口標(biāo)志牌或全息衍射圖形不能引導(dǎo)人員避開通道內(nèi)的危險(xiǎn)區(qū)域，僅能指示方向。5.本系統(tǒng)利用x-y雙軸掃描振鏡產(chǎn)生的多束放射狀引導(dǎo)激光，可以針對(duì)引導(dǎo)需要在三維空間中改變方向、數(shù)量。而已有的引導(dǎo)設(shè)備使用全息透

10、鏡成像或單軸振鏡，僅能做平面移動(dòng)，并且單軸振鏡未設(shè)有激光安全防護(hù)裝置，存在一定的安全隱患。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設(shè)計(jì)，所檢文獻(xiàn)中未見有報(bào)道。3.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(wèn)題，通過(guò)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

11、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。4系統(tǒng)基本組成該系統(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)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)主要有集成于中控主機(jī)和控制分站，采用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

12、啟用，最終達(dá)到通過(guò)終端輸出激光引導(dǎo)信號(hào)的目的。圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖5.系統(tǒng)方案5.1軟硬件分工為了實(shí)現(xiàn)火場(chǎng)的實(shí)時(shí)信息采集以及對(duì)工作終端的控制，迅速有效的傳送引導(dǎo)指示信號(hào)，保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行，必須對(duì)軟硬件進(jìn)行合理的分工。5.2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)警和采集實(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)

13、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)。5.3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

14、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。6.系統(tǒng)原理6.1實(shí)現(xiàn)原理6.1.1激光的可視性傳統(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(wèn)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

15、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。圖2：激光效果圖 532nm 35mw激光器；環(huán)境光照強(qiáng)度<3 lx 視角：90°圖3：激光效果圖 532nm 35mw激光器；環(huán)境光照強(qiáng)度<5 lx 視角：5°激光具有的亮度高、能量集中、穿透力強(qiáng)等特點(diǎn)使其在同等條件下產(chǎn)生的光通路可視度遠(yuǎn)高于其他光源，因此激光在空間中產(chǎn)生的光通路可以作為引導(dǎo)人員疏散的標(biāo)識(shí)。6.1.2引導(dǎo)光束的參數(shù)選擇

16、1）激光波長(zhǎng)的選擇人眼的可見波長(zhǎng)范圍為312nm-1050nm。目前使用的激光波長(zhǎng)主要有：405nm、450nm、526.5nm、532nm、650nm、680nm。圖4：光的波長(zhǎng)示意圖人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的光敏感性不同。不同波長(zhǎng)的激光的光譜光視效率不同。波長(zhǎng)（nm）530540630640650660光譜光視效率0.8620.9540.2650.1750.1070.061折合為明視覺588.7 lm/w651.6 lm/w181 lm/w48 lm/w73 lm/w41.7 lm/w表1 不同波長(zhǎng)光的光視效率與明視覺圖5：光能量相應(yīng)曲線通過(guò)對(duì)不同波長(zhǎng)的激光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)波長(zhǎng)位于500nm-60

17、0nm，尤其是540nm左右的光最能引起人眼的敏感（standard observer）。實(shí)際工作中，532nm波長(zhǎng)的綠激光器效果最佳，技術(shù)成熟，因此采用532nm的綠激光作為引導(dǎo)光束。2）激光器的工作類型圖6：工業(yè)半導(dǎo)體激光器激光器的種類很多，可分為固體、氣體、液體、半導(dǎo)體等幾種類型。半導(dǎo)體激光器體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。半導(dǎo)體激光器可以通過(guò)外加的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度、壓力等改變激光的波長(zhǎng)，能將電能直接轉(zhuǎn)換為激光能，可以在惡劣條件下穩(wěn)定工作，因此選擇半導(dǎo)體激光器作為激光光源。半導(dǎo)體激光器選用成熟的工業(yè)級(jí)別532nm激光器，自身帶有鋁散熱片和風(fēng)扇，可以長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定工作。3）激光在引導(dǎo)疏散使

18、用中的安全性激光具有平行性好、能力高的特點(diǎn)，不規(guī)范的使用會(huì)對(duì)人眼造成傷害。一般情況下人眼不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間被激光直射，偶爾被直射時(shí)主要反應(yīng)為強(qiáng)光的刺激，及時(shí)躲避。在引導(dǎo)疏散中，采取一系列的安全設(shè)計(jì)防止激光造成傷害。系統(tǒng)在工作狀態(tài)中，激光以機(jī)械掃描的形式進(jìn)行引導(dǎo)作用。通過(guò)振鏡系統(tǒng)的高速偏轉(zhuǎn)（x-y）實(shí)現(xiàn)對(duì)激光束的控制，產(chǎn)生多條方向可控的引導(dǎo)光束。火場(chǎng)環(huán)境中的的煙霧顆粒會(huì)使激光功率產(chǎn)生衰減，故實(shí)際人眼接收到的激光功率處于classii級(jí)別安全范圍內(nèi)，并且由于疏散過(guò)程中引導(dǎo)信號(hào)為光通路，視角不為0°，極少會(huì)發(fā)生眼球長(zhǎng)時(shí)間被激光直射。故采用30100mw的掃描激光束作為引導(dǎo)光束不會(huì)對(duì)人眼造成損傷。為

19、了防止掃描振鏡意外停止工作，未經(jīng)偏轉(zhuǎn)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(hù)部分，當(dāng)掃描振鏡意外停止后，確保及時(shí)切斷激光的照射，初始化設(shè)備并恢復(fù)正常工作狀態(tài)。圖7：掃描工作中的激光6.1.3振鏡掃描系統(tǒng)振鏡是一種矢量掃描器件。它是一種特殊的擺動(dòng)電機(jī)，基本原理是通電線圈在磁場(chǎng)中產(chǎn)生力矩，其轉(zhuǎn)子上通過(guò)機(jī)械紐簧或電子的方法加有復(fù)位力矩，大小與轉(zhuǎn)子偏離平衡位置的角度成正比，當(dāng)線圈通以一定的電流而轉(zhuǎn)子發(fā)生偏轉(zhuǎn)到一定的角度時(shí)，電磁力矩與回復(fù)力矩大小相等,偏轉(zhuǎn)角與電流成正比，與電流計(jì)一樣，故振鏡又叫電流計(jì)掃描振鏡(galvanomet ric scanner)。圖8：振鏡掃描系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖

20、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(guò)x軸反射和y軸反射兩次偏轉(zhuǎn)投射。通過(guò)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。圖9：激光掃描振鏡本系統(tǒng)中主要使用由步進(jìn)電機(jī)和反射鏡構(gòu)成的振鏡掃描系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)相對(duì)于工業(yè)振鏡具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、容易控制等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足低頻率掃描的需要，產(chǎn)生方向、數(shù)目可控的激光束和輸出簡(jiǎn)單的圖形。圖10：激光引導(dǎo)疏散指示裝置原理樣機(jī)此振鏡掃描系統(tǒng)采用二相步進(jìn)電機(jī)，由ta8435控制芯片驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)軸上接有用于偏轉(zhuǎn)激光的反射鏡。步進(jìn)電機(jī)附有

21、歸位裝置和安全防護(hù)裝置（防止掃描意外停止時(shí)，仍在輸出的靜止激光直視產(chǎn)生的危害）。工作時(shí)，上位機(jī)通過(guò)通信模塊向單片機(jī)控制器輸入觸發(fā)信號(hào)，單片機(jī)控制器收到觸發(fā)信號(hào)后，分別給半導(dǎo)體激光器、和振鏡掃描系統(tǒng)中的振鏡驅(qū)動(dòng)器8發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，此時(shí)半導(dǎo)體激光器輸出綠光，振鏡驅(qū)動(dòng)器接收啟動(dòng)信號(hào)后分別給x軸步進(jìn)電機(jī)和y軸步進(jìn)電機(jī)輸入位置初始化信號(hào)，當(dāng)位置初始化完成后振鏡驅(qū)動(dòng)器向x軸步進(jìn)電機(jī)和y軸步進(jìn)電機(jī)輸出控制信號(hào)，半導(dǎo)體激光器輸出的綠光依次經(jīng)過(guò)與x軸步進(jìn)電機(jī)相連的反射鏡和與y軸步進(jìn)電機(jī)連接的反射鏡，隨著x軸步進(jìn)電機(jī)和y軸步進(jìn)電機(jī)的高頻偏轉(zhuǎn)將激光投射到空間內(nèi)，形成高亮度、易識(shí)別、穿透力高、醒目的移動(dòng)或靜止的綠色激光

22、束。圖11：工作狀態(tài)示意圖圖12：多束引導(dǎo)激光效果圖設(shè)備啟動(dòng)后，安全防護(hù)裝置檢測(cè)振鏡是否正常工作，激光是否偏轉(zhuǎn)輸出。當(dāng)振鏡停止工作時(shí)，及時(shí)切斷激光的輸出，重啟設(shè)備初始化。6.1.4全息標(biāo)示疏散引導(dǎo)方向、數(shù)目可控的激光在空間中產(chǎn)生的光通路在狹長(zhǎng)通道、遠(yuǎn)距離環(huán)境下可以有效的進(jìn)行引導(dǎo)疏散。但是在交叉口或大范圍空曠地帶，由于其掃描角度的限制，需要布置多套設(shè)備才能滿足需求。全息標(biāo)示可以有效的彌補(bǔ)上述設(shè)備在交叉區(qū)域等地點(diǎn)的不足。步進(jìn)電機(jī)式振鏡掃描由于其掃描頻率低的限制（<15khz），不能生成復(fù)雜的圖形。通過(guò)采用高速掃描振鏡提高掃描頻率，利用煙霧作為成像介質(zhì)，生成復(fù)雜的圖形（箭頭、文字等）與其在空間

23、中的光通路形成了一個(gè)放射狀的三維標(biāo)志，在各個(gè)方向均可被觀察者輕易捕捉到。圖13：25khz高速掃描振鏡 圖14：全息激光標(biāo)志全息標(biāo)示疏散引導(dǎo)主要在放射狀引導(dǎo)激光的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了三維圖形的輸出，可以標(biāo)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(biāo)志牌或其它全息衍射成像引導(dǎo)，其使用x-y雙軸振鏡掃描成像，可以靈活的調(diào)整標(biāo)志，而不是一些單軸振鏡只能控制衍射圖像在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。6.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案6.2.1系統(tǒng)軟件及平臺(tái)基于激光導(dǎo)航的應(yīng)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(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)包含了地圖數(shù)字化、數(shù)據(jù)維護(hù)、應(yīng)急疏散與救援指揮以及控制分

24、站四個(gè)子系統(tǒng)。應(yīng)急疏散與救援指揮子系統(tǒng)由疏散引導(dǎo)控制模塊、傳感器探測(cè)及報(bào)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(gè)系統(tǒng)的最高控制權(quán)限。應(yīng)急疏散與救援指揮子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)維護(hù)子系統(tǒng)由全組件式地理信息系統(tǒng)軟件supermap objects進(jìn)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(tái)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?；诩す鈱?dǎo)航的應(yīng)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(hù)子系統(tǒng)應(yīng)急疏散與救援指揮子系統(tǒng)supermap objects+c#supermap deskproesupermap+ev

25、c4supermap deskpro圖15：系統(tǒng)軟件及平臺(tái)1）應(yīng)急疏散與救援指揮子系統(tǒng)應(yīng)急疏散與救援指揮子系統(tǒng)基于supermap objects平臺(tái)，使用visual c#進(jìn)行開發(fā)。應(yīng)急疏散與救援指揮遠(yuǎn)程報(bào)警及控制模塊疏散引導(dǎo)控制模塊引導(dǎo)信號(hào)生成模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控及命令控制模塊傳感器探測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)自檢模塊電源管理模塊通訊網(wǎng)關(guān)圖16：應(yīng)急疏散與救援指揮子系統(tǒng)功能模塊應(yīng)急疏散與救援指揮子系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)配整個(gè)系統(tǒng)的資源與命令控制，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的軟件職能。其內(nèi)置了空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎技術(shù)supermap sdx+。空間數(shù)據(jù)可根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用規(guī)模存儲(chǔ)于本地文件或oracle等數(shù)據(jù)庫(kù)。supermap object提供了

26、數(shù)據(jù)訪問(wèn)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(chǔ)上，根據(jù)應(yīng)急疏散與救援指揮的需要，進(jìn)行二次功能開發(fā)?；跀?shù)據(jù)訪問(wèn)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(yīng)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(wèn)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(duì)傳感器、引導(dǎo)設(shè)備、交換機(jī)、控制分站以及相關(guān)線路等進(jìn)行配置?；谑噶康目臻g分析提供了路徑分析、最近設(shè)施分析等功能，包括最佳路徑分析，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，靈活設(shè)置轉(zhuǎn)向表、障礙點(diǎn)和障

27、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(dǎo)引。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)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(shè)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(dǎo)路線，及對(duì)路線中相關(guān)設(shè)備的命令控制。此外，應(yīng)急疏散與救援指揮子系統(tǒng)設(shè)計(jì)有外部系統(tǒng)接口，負(fù)責(zé)與外界的信息交換，傳送報(bào)警信息和火情實(shí)況信息，并提供了外部控制接口，使外部救援人員在火場(chǎng)外了解場(chǎng)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(yīng)急疏散與救援指揮子系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為windows操作系統(tǒng)，作為整個(gè)系統(tǒng)的中控主機(jī)，配備有備份

28、機(jī)。工作機(jī)及備份機(jī)數(shù)據(jù)儲(chǔ)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)控制分站作為系統(tǒng)的二級(jí)控制平臺(tái)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理與交換。當(dāng)中控主機(jī)與控制網(wǎng)絡(luò)的鏈接中斷時(shí)，其可接管控制權(quán)，控制相關(guān)引導(dǎo)設(shè)備的工作。圖18：區(qū)域控制網(wǎng)絡(luò)控制分站子系統(tǒng)是基于嵌入式gis系統(tǒng)esupermap平臺(tái)，使用microsoft embedded visual c+ 4.0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(yīng)用系統(tǒng)，并且能與中控主機(jī)進(jìn)行有線通訊與無(wú)線通訊，作為其客戶端工作。其主要作為應(yīng)急疏散與救援指揮子系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)進(jìn)行被動(dòng)工作，負(fù)責(zé)及時(shí)的將傳感器的數(shù)據(jù)反饋至中控主機(jī)，并接受其引導(dǎo)控制命令，控

29、制所轄區(qū)域中的引導(dǎo)設(shè)備工作?；趀supermap開發(fā)的控制分站子系統(tǒng)具有一定的基于實(shí)時(shí)火情和電子地圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的能力，主要在失去與中控主機(jī)的鏈接后，承擔(dān)起相應(yīng)控制區(qū)域的路線計(jì)算與引導(dǎo)工作?？刂品终咀酉到y(tǒng)通過(guò)802.11b無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)急疏散與救援指揮子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊校驗(yàn)，當(dāng)檢測(cè)出有線通訊中斷時(shí)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輔助數(shù)據(jù)傳輸。如無(wú)法恢復(fù)通訊，則切換至主動(dòng)工作模式，控制分站子系統(tǒng)的平臺(tái)運(yùn)行環(huán)境為wince6.0，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(shí)鐘源；32.768khz的rtc時(shí)鐘源； 采用5v電壓供電。提

30、供100mbps以太網(wǎng)接口及485串口，用于連接中控主機(jī)和引導(dǎo)設(shè)備。3）地圖數(shù)字化與數(shù)據(jù)維護(hù)子系統(tǒng)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(shè)計(jì)，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(yīng)用的cad圖紙進(jìn)行處理后生成供應(yīng)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(yù)置策略示意圖數(shù)據(jù)維護(hù)子系統(tǒng)采用supermap deskpro完成數(shù)據(jù)的維護(hù)處理。實(shí)現(xiàn)了在電子地圖上完成預(yù)置路線的規(guī)劃、設(shè)備安置標(biāo)注、引導(dǎo)參數(shù)設(shè)定、分析與輔助決策以及三維

31、結(jié)構(gòu)顯示等功能。6.2.2實(shí)時(shí)監(jiān)控與指揮1）監(jiān)測(cè)工作網(wǎng)絡(luò)是否正常（備份機(jī)、應(yīng)急電源、與終端連接是否正常）；2）探測(cè)器、引導(dǎo)設(shè)備自檢；3）采集并處理探測(cè)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(dǎo)路線6.2.3火情報(bào)警及定位火災(zāi)中可燃物燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生煙霧?；鹪磁c高溫?zé)煔鈺?huì)發(fā)出很高的熱輻射。系統(tǒng)采用煙霧探測(cè)器與火焰探測(cè)器作為對(duì)火情的主要檢測(cè)手段，也可通過(guò)消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)接收火情范圍、位置等信息。煙霧探測(cè)器采用光電式煙霧探測(cè)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(jì)算路線需要，采用組網(wǎng)安裝方式，形成煙霧探測(cè)器陣列。火焰探測(cè)器采用矩陣型紅外火焰探測(cè)

32、器，利用紅外矩陣熱電傳感元件，能夠在其探測(cè)視野內(nèi)確定火焰的角度位置。1）火情報(bào)警火情發(fā)生后，煙霧探測(cè)器捕捉到煙霧信號(hào)或火焰探測(cè)器探測(cè)到火源，將報(bào)警信號(hào)傳送至控制分站，控制分站接收到報(bào)警信息后將火情類型、位置等信息通過(guò)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送至中控主機(jī)。中控主機(jī)接收到報(bào)警信息后，進(jìn)入應(yīng)急疏散與救援指揮狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)城市消防網(wǎng)絡(luò)向119火災(zāi)指揮中心報(bào)警。2）火情定位多個(gè)煙霧探測(cè)器組成煙霧探測(cè)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(cè)器的報(bào)警信號(hào)，結(jié)合電子地圖中的探測(cè)器位置，得到火情位置和范圍信息?；鹧嫣綔y(cè)器采用矩陣型紅外火焰探測(cè)器，利用紅外矩陣熱電傳感元件，能夠在其探測(cè)視野內(nèi)確定火焰的角度位置

33、，將火源的方向、位置信息報(bào)告至系統(tǒng)。6.2.4防火設(shè)計(jì)及保障機(jī)制線路及設(shè)備的防火系統(tǒng)相關(guān)通訊和供電線纜埋設(shè)于墻壁內(nèi)，防止直接接觸高溫。線纜外層套有阻燃波紋管。激光引導(dǎo)疏散裝置等設(shè)備采用雙層防火設(shè)計(jì)，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u(píng)l94標(biāo)準(zhǔn)中的5va等級(jí)。通過(guò)考察所需安裝的建筑物的實(shí)際空間結(jié)構(gòu)，確定設(shè)備的最佳安裝位置，最大程度上避免相關(guān)設(shè)備的安全、穩(wěn)定工作供電保障機(jī)制本系統(tǒng)采用雙回路專線供電，獨(dú)立于建筑物內(nèi)的普通供電電路，采用防高溫等設(shè)計(jì)確保在建筑物正常電源供電供電時(shí)，仍能得到外部能源的供應(yīng)。2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)為三級(jí)電源保障結(jié)構(gòu)，主機(jī)及備份機(jī)配備有ups電源，每一個(gè)控制區(qū)域有相應(yīng)的

34、應(yīng)急電源，引導(dǎo)設(shè)備內(nèi)置蓄電池。當(dāng)外部供電中斷后，系統(tǒng)自動(dòng)啟用相應(yīng)區(qū)域的應(yīng)急電源，如應(yīng)急電源供應(yīng)失效，引導(dǎo)設(shè)備依靠?jī)?nèi)置蓄電池繼續(xù)進(jìn)行引導(dǎo)工作，確保12個(gè)小時(shí)的續(xù)航。數(shù)據(jù)通訊保障機(jī)制系統(tǒng)具有多種通訊方案，包括兩套獨(dú)立的由防火材料保護(hù)的通訊線纜和一套無(wú)線通訊系統(tǒng)，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，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(dòng)，保證通訊暢通。無(wú)線通訊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)與輔助通訊，當(dāng)有線通訊中斷后，系統(tǒng)能及時(shí)的通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)（由無(wú)線中繼節(jié)點(diǎn)和終端組成）檢測(cè)出相關(guān)中斷區(qū)域，并啟用無(wú)線通訊網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換與處理。系統(tǒng)權(quán)限保障機(jī)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為三層控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，中控主機(jī)如失

35、去對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制，控制權(quán)移交至控制分站，由其負(fù)責(zé)相應(yīng)區(qū)域的數(shù)據(jù)處理與控制任務(wù)；當(dāng)控制分站失去對(duì)其區(qū)域設(shè)備的控制后，相應(yīng)的引導(dǎo)設(shè)備依靠其預(yù)置的工作策略與參數(shù)自主進(jìn)行引導(dǎo)工作。6.2.5遠(yuǎn)程報(bào)警及通訊系統(tǒng)接到火情報(bào)警信息啟動(dòng)應(yīng)急疏散后，同時(shí)將火警信息通過(guò)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(luò)可遠(yuǎn)程了解實(shí)時(shí)火情，調(diào)整路線與引導(dǎo)信號(hào)，指揮疏散與救援工作。當(dāng)探測(cè)到火災(zāi)信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)rs-485、rj-11等預(yù)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(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。6.3引導(dǎo)信號(hào)的生成6.3.1空間分析及設(shè)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

36、室、走廊。為了使系統(tǒng)能更好的適應(yīng)相應(yīng)工作環(huán)境發(fā)揮最大引導(dǎo)效果，需根據(jù)實(shí)際空間結(jié)構(gòu)制定引導(dǎo)方案，安置疏散指示設(shè)備。疏散指示設(shè)備主要有激光引導(dǎo)疏散指示裝置和全息激光疏散標(biāo)示裝置組成。1）激光引導(dǎo)疏散指示裝置激光引導(dǎo)疏散指示裝置產(chǎn)生的引導(dǎo)信號(hào)為多條靜止呈放射狀的引導(dǎo)光束，其交點(diǎn)即為光源，以此來(lái)決定引導(dǎo)方向，引導(dǎo)人員向光源處移動(dòng)。特點(diǎn)是穿透力強(qiáng)、光束遠(yuǎn)距離引導(dǎo)效果較好，適宜在狹長(zhǎng)空間中安置使用。單束激光在視角位于030°之間時(shí)可視效果最佳，實(shí)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±30°。圖21：激光束引導(dǎo)工作范圍對(duì)于平行度較好的通道區(qū)域，可以采用在

37、通道盡頭安置激光引導(dǎo)疏散指示裝圖22：通道內(nèi)設(shè)備安裝示意圖置的方法，一般是兩盡頭處各安裝一臺(tái)激光引導(dǎo)疏散指示設(shè)備。其在通道內(nèi)產(chǎn)生多條引導(dǎo)激光，起到引導(dǎo)效果。兩臺(tái)設(shè)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：1.兩個(gè)通道各安裝一臺(tái)激光引導(dǎo)疏散指示裝置，對(duì)相對(duì)方向進(jìn)行引導(dǎo)；2.拐角頂端處安裝一臺(tái)裝置，通過(guò)設(shè)置引導(dǎo)信號(hào)分別對(duì)兩通道進(jìn)行引導(dǎo)。圖23：拐角處的兩種安裝方式圖24：開放空間內(nèi)多臺(tái)裝置的安裝示意圖對(duì)于開放空間，如大廳等，可采用多臺(tái)裝置分別安置，確保引導(dǎo)光束范圍覆蓋空間。2）全息激光疏散標(biāo)示裝置激光引導(dǎo)疏散指示裝置在大型空間中的安裝應(yīng)用較復(fù)雜，需安裝多臺(tái)設(shè)備

38、等。采用全息激光疏散標(biāo)示裝置，其產(chǎn)生的三維引導(dǎo)標(biāo)志可以較容易的被各個(gè)方向的觀察者所識(shí)別，有效改善了原有激光引導(dǎo)疏散指示裝置大型空間中設(shè)置復(fù)雜、靈活性不足的問(wèn)題?？梢詽M足寬廣空間、十字或t字型岔口處的引導(dǎo)疏散需要。全息激光疏散標(biāo)示裝置產(chǎn)生的引導(dǎo)信號(hào)為二維圖形與掃描光束構(gòu)成的三維引導(dǎo)標(biāo)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6.3.2疏散路線與救援路線系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能包括引導(dǎo)人員疏散撤離和引導(dǎo)救援人員進(jìn)入救援。針對(duì)疏散和救援兩種不同引導(dǎo)來(lái)調(diào)整引導(dǎo)裝置的設(shè)定，制定出疏散路線與救援路線。疏散路線與救援路線既可以系統(tǒng)預(yù)置設(shè)定，也可以由人工控制實(shí)時(shí)改變?cè)O(shè)定。

39、1）疏散路線系統(tǒng)根據(jù)探測(cè)到的著火點(diǎn)位置、火勢(shì)大小、煙霧范圍等信息評(píng)估路線的安全性、疏散時(shí)間，制定出相對(duì)安全、迅速的最佳路線引導(dǎo)人員撤離建筑物。圖28：火源范圍（紅色）探測(cè)及避險(xiǎn)路線系統(tǒng)通過(guò)煙霧探測(cè)器和火焰探測(cè)器確定火源的位置和起火范圍，調(diào)整引導(dǎo)光束的射向和數(shù)量，引導(dǎo)人員避開危險(xiǎn)區(qū)域行進(jìn)，最終達(dá)到避險(xiǎn)的目的。圖29：通道內(nèi)引導(dǎo)效果圖激光引導(dǎo)疏散指示裝置所發(fā)出的扇形放射狀光束決定其引導(dǎo)方向，激光束交匯處即光源處為疏散方向。疏散時(shí)，將疏散方向的激光引導(dǎo)疏散指示裝置啟動(dòng)，關(guān)閉逆向的激光引導(dǎo)疏散指示裝置，使引導(dǎo)方向單一化。被困人員由于趨光性本能向光源處移動(dòng)撤離（即光束交匯處），而經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的救援人員則逆向

40、進(jìn)入（即光束放射方向）。系統(tǒng)通過(guò)控制疏散路線上的引導(dǎo)設(shè)備，以接力傳遞的方式引導(dǎo)被困人員撤離。全息激光疏散標(biāo)示裝置通過(guò)改變其三維引導(dǎo)標(biāo)志的文字、圖形，顯示疏散指示信息，達(dá)到引導(dǎo)人員疏散的目的。圖30：疏散路線示意圖上圖中，系統(tǒng)此時(shí)處于疏散引導(dǎo)狀態(tài)，打開撤離方向的激光引導(dǎo)疏散指示裝置，全息激光疏散標(biāo)示裝置（紅色）產(chǎn)生疏散引導(dǎo)標(biāo)志，反向的引導(dǎo)設(shè)備關(guān)閉。2）救援路線救援路線主要作用為引導(dǎo)外部救援人員進(jìn)入火場(chǎng)等事故區(qū)域，解救被困人員等?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，被困人員通過(guò)房間內(nèi)安裝的呼救器或其它方式向救援人員報(bào)告位置。對(duì)于激光引導(dǎo)疏散指示裝置，其設(shè)備的開啟與疏散引導(dǎo)狀態(tài)的設(shè)置相反，引導(dǎo)救援人員進(jìn)入救援區(qū)域方向的激光

41、引導(dǎo)疏散指示裝置開啟，位于反方向的裝置關(guān)閉。被困人員通過(guò)建筑物中的按壓式報(bào)警裝置等標(biāo)明其位置，系統(tǒng)接收到位置信息后計(jì)算出供救援人員解決的路線。全息激光疏散標(biāo)示裝置通過(guò)改變?nèi)S引導(dǎo)標(biāo)志的文字、圖形信息，指示被困人員的位置，引導(dǎo)救援人員進(jìn)入解救。圖31：救援路線示意圖圖31中，系統(tǒng)此時(shí)處在救援引導(dǎo)狀態(tài)，打開救援進(jìn)入方向的激光引導(dǎo)疏散指示裝置，全息激光疏散標(biāo)示裝置（示意圖中的紅色方塊）產(chǎn)生救援信息標(biāo)志。反向的激光引導(dǎo)疏散指示裝置關(guān)閉。3）路線設(shè)計(jì)疏散路線和救援路線可以通過(guò)主機(jī)的控制臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)建筑物空間結(jié)構(gòu)，人工制定引導(dǎo)規(guī)則（激光器的開關(guān)、三維引導(dǎo)標(biāo)志的類型，可以是圖形、文字）?？刂婆_(tái)同時(shí)設(shè)計(jì)有

42、自動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)劃疏散路線和救援路線的功能，依靠其內(nèi)置儲(chǔ)存的建筑物電子地圖，計(jì)算最佳路線，控制路線上激光器的工作狀態(tài)、引導(dǎo)標(biāo)志的類型，生成引導(dǎo)規(guī)則。系統(tǒng)處于自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，當(dāng)需要疏散或救援時(shí)，調(diào)用預(yù)置的引導(dǎo)規(guī)則文件。實(shí)時(shí)監(jiān)控狀態(tài)下，煙感、溫感探測(cè)器的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整路線，同時(shí)也可以人工設(shè)定制定路線，指揮救援工作。6.3.3引導(dǎo)信號(hào)的設(shè)置系統(tǒng)處于引導(dǎo)工作狀態(tài)時(shí)，需要根據(jù)不同用途（疏散、救援）制定相應(yīng)的引導(dǎo)信號(hào)。激光引導(dǎo)疏散指示裝置產(chǎn)生引導(dǎo)信號(hào)為多條呈放射狀的引導(dǎo)光束，而全息引導(dǎo)疏散標(biāo)示裝置產(chǎn)生的是三維引導(dǎo)標(biāo)志。因此需根據(jù)實(shí)際用途和工作環(huán)境設(shè)置相應(yīng)的引導(dǎo)信號(hào)。1)激光引導(dǎo)疏散指示裝置激光引導(dǎo)疏散指示裝置中負(fù)

43、責(zé)掃描的機(jī)械部件主要是x-y雙軸步進(jìn)電機(jī)。通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)偏轉(zhuǎn)的角度來(lái)決定激光偏轉(zhuǎn)角度。x-y雙軸偏轉(zhuǎn)可以控制激光束在空間內(nèi)的任意移動(dòng)。結(jié)合激光束中斷的控制（掃描中對(duì)激光束通斷）可以產(chǎn)生多束靜止或移動(dòng)的激光且這些光束的寬度可以通過(guò)改變激光束通斷的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)，光束相對(duì)于x軸或y軸的偏轉(zhuǎn)角度主要由步進(jìn)電機(jī)步數(shù)決定。引導(dǎo)數(shù)據(jù)格式：x step(x軸步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)步數(shù)) y step（y軸步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)步數(shù)）；l 0/1（0或1控制激光束的通斷）move為一個(gè)移動(dòng)矢量函數(shù)一個(gè)矢量移動(dòng)單位為：l(0/1);move(x step，y step)；delay()x step與y step的“正” “負(fù)”決定步

44、進(jìn)電機(jī)偏轉(zhuǎn)方向（順時(shí)針或逆時(shí)針），假定正為順時(shí)針。l（0）可以表示為激光器關(guān)閉，無(wú)激光束照射到步進(jìn)電機(jī)振鏡上；l（1）表示激光器開啟，激光束照射到步進(jìn)電機(jī)振鏡上。例如：l(0);move(30，-40);表示為x軸步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)30步，y軸步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)40步，此過(guò)程中沒(méi)有激光束輸出。圖32：示意圖輸出多條光束時(shí)，按照“通”“斷”設(shè)計(jì)引導(dǎo)信號(hào)。兩條相鄰光束間的連接矢量移動(dòng)時(shí)，關(guān)閉激光器輸出，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定光束位置時(shí)，打開激光器輸出，并停留一定時(shí)間，最終生成多條掃描光束的引導(dǎo)信號(hào)。輸出單一光束的引導(dǎo)程序：l(0);move(30,-40);delay(2) l(1);delay(5);l(0);move

45、(-20,10);delay(2)/delay為延遲，delay(5)是單一激光束的照射時(shí)間，即此時(shí)有一條激光束射出；delay(2)是掃描過(guò)程中步進(jìn)電機(jī)每次偏轉(zhuǎn)間的延遲，延遲需根據(jù)步進(jìn)電機(jī)參數(shù)來(lái)設(shè)定，延遲過(guò)短會(huì)造成丟步現(xiàn)象，不利于掃描系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。圖33：多條引導(dǎo)光束的生成示意圖引導(dǎo)程序中步進(jìn)電機(jī)按一定的掃描頻率工作，一般在10khz以下，整個(gè)引導(dǎo)信號(hào)的幀率由偏轉(zhuǎn)角度大小、激光束數(shù)目等條件所決定。激光束數(shù)目越少、工作范圍越窄，幀率越高，單位空間內(nèi)的激光能量密度較高，可視度增強(qiáng)。信號(hào)設(shè)置中需根據(jù)實(shí)際空間的結(jié)構(gòu)確定相應(yīng)的激光束數(shù)目等工作參數(shù)。圖34：多條引導(dǎo)光束工作效果圖2）全息激光引導(dǎo)標(biāo)示裝

46、置全息激光引導(dǎo)標(biāo)示裝置產(chǎn)生的引導(dǎo)信號(hào)為三維引導(dǎo)標(biāo)志，由高速掃描產(chǎn)生的二維圖形和掃描光束構(gòu)成。二維圖形可以包含文字等信息，其具體設(shè)定由疏散或救援等目的決定。引導(dǎo)信號(hào)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(dǎo)信號(hào)量繪制圖形，可以提高圖形掃描幀率，減小數(shù)據(jù)量。輸出的二維圖形和產(chǎn)生二維圖形的掃描光束構(gòu)成三維引導(dǎo)標(biāo)志，具有立體效果，可以被多方位的觀察者發(fā)現(xiàn)。全息激光引導(dǎo)標(biāo)示裝置不僅可以按照預(yù)設(shè)的引導(dǎo)信號(hào)工作，同時(shí)可以接受基于dmx512協(xié)議實(shí)時(shí)傳送的引導(dǎo)信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整工作。6.3.4掃描振鏡的控制根據(jù)振鏡掃描硬件及原理，設(shè)計(jì)出產(chǎn)生、控制引導(dǎo)信號(hào)的程序。振鏡掃描采用矢量

47、參數(shù)，優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)量小、設(shè)置方便、提高掃描頻率。1）步進(jìn)電機(jī)式振鏡的工作程序步進(jìn)電機(jī)式振鏡工作時(shí)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)反射鏡偏轉(zhuǎn)。通過(guò)控制電機(jī)的移動(dòng)步數(shù)來(lái)決定偏轉(zhuǎn)的角度。振鏡控制程序包括設(shè)備初始化、偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)等。終端工作平臺(tái)為51單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)置針對(duì)激光的安全防護(hù)程序和通訊程序。振鏡控制程序示例： #include "reg51.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit p1_5=p15;/x軸電機(jī)脈沖 sbit p1_7=p17;/x軸電機(jī)方向sbit p3_0=p30;/x軸電機(jī)使能sbit p3_3=p

48、33;/y軸電機(jī)使能sbit p3_2=p32;/y軸電機(jī)方向sbit p3_1=p31;/y軸電機(jī)脈沖sbit p3_9=p39;/激光控制開關(guān)void delay() uchar i,j; for(i=30;i>0;i-) for(j=50;j>0;j-) ;void clk(uchar x)/脈沖間隔 uchar i; for(i=0;i<x;i+);void move(uchar x,uchar y) int x,y,a,b; uint i,j,a,b; if (x<0) p1_7=0; x=-x; else p1_7=1; if (y<0) p3_2=0

49、; y=-y; else p3_2=1; if(y>x) a=y/x; for (i=0;i<x;i+) for (j=0;j<a;j+) p3_1=0; clk(7); p3_1=1; clk(7); p1_5=0; clk(7); p1_5=1; clk(7); p3_9=0; clk(7); p3_9=1; clk(7); else b=x/y; for (i=0;i<y;i+) for (j=0;j<b;j+) p1_5=0; clk(7); p1_5=1; clk(7); p3_1=0; clk(7); p3_1=1; clk(7); p3_9=0; c

50、lk(7); p3_9=1; clk(7); void main(void) p3_0=0; p3_3=0; move(66,132); delay();2）dmx512協(xié)議控制產(chǎn)生復(fù)雜的三維引導(dǎo)標(biāo)識(shí)需要高速掃描振鏡及數(shù)據(jù)的高速傳輸。全息激光引導(dǎo)標(biāo)示裝置內(nèi)置高速掃描振鏡、振鏡驅(qū)動(dòng)器等模塊，對(duì)振鏡掃描的控制使用dmx512協(xié)議控制振鏡的偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生全息引導(dǎo)標(biāo)識(shí)。通訊端口可以使用eia-485。dmx512 是一個(gè)數(shù)字調(diào)光協(xié)議, 應(yīng)用它能夠?qū)ξ枧_(tái)、劇場(chǎng)、演播室等公共場(chǎng)所場(chǎng)所的調(diào)光器及其他的控制設(shè)備進(jìn)行數(shù)字控制, 適用于本應(yīng)急疏散系統(tǒng)對(duì)激光控單片機(jī)的調(diào)光器的控制, 其互連形式采用了多點(diǎn)總線結(jié)構(gòu), 不存

51、在信息通路阻塞問(wèn)題, 其連線簡(jiǎn)單, 可靠性高, 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖36：dmx控制器系統(tǒng)架構(gòu)dmx512 系統(tǒng)包括四個(gè)部分: 發(fā)送控制信息的控制器、傳輸信號(hào)的電纜、接收信號(hào)并進(jìn)行控制動(dòng)作的調(diào)光器和終結(jié)器。在本激光疏散體統(tǒng)中控制器選用單片機(jī)，上位機(jī)和單片機(jī)之間采用串口通訊傳遞控制信息, 而由單片機(jī)發(fā)出滿足dmx512 的數(shù)據(jù)時(shí)序的數(shù)據(jù)包。系統(tǒng)要做的一件很重要的事就是分辨出數(shù)據(jù)包的起始點(diǎn)以正確的接收數(shù)據(jù), 這可以利用中斷服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用定時(shí)器是很方便的, 但由于在控制系統(tǒng)中定時(shí)器有可能作為他用, 而系統(tǒng)又必須在某段不間斷的檢測(cè)數(shù)據(jù)的起始位置, 為了不占用系統(tǒng)的定時(shí)器資源, 可用程序計(jì)數(shù)來(lái)解決。

52、采用單片機(jī)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如下所示。圖37：?jiǎn)纹瑱C(jī)接發(fā)數(shù)據(jù)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖7.通訊協(xié)議7.1通訊概述本應(yīng)急疏散與救援指揮系統(tǒng)采用modbus標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議（通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），該激光可以作為從機(jī)與具有相同通訊接口并采用相同通訊協(xié)議的pc機(jī)、嵌入式設(shè)備進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光儀器的集中監(jiān)控，另外用戶也可以使用一臺(tái)變頻器作為主機(jī)，通過(guò)eia485物理接口連接數(shù)臺(tái)激光引導(dǎo)設(shè)備作為從機(jī)。以實(shí)現(xiàn)變頻器的多機(jī)聯(lián)動(dòng)。通過(guò)該通訊口也可以連接遠(yuǎn)控鍵盤。實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)激光儀器的遠(yuǎn)程操作。modbus協(xié)議定義了一個(gè)控制分站能夠識(shí)別使用的消息結(jié)構(gòu)，制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。若模塊化設(shè)置正確的波特率，奇偶校驗(yàn)，起始位，停止位，數(shù)據(jù)位，從機(jī)地址等通訊參數(shù)，模塊可以同控制分站相聯(lián)系。eia485具有傳播距離長(zhǎng)，靈敏度高，能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)通信即聯(lián)網(wǎng)功能的一