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

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、發(fā)明的目的和基本思路11.1作品設(shè)計、發(fā)明的背景11.2作品設(shè)計、發(fā)明的目的11.3 作品設(shè)計、發(fā)明的思路12.系統(tǒng)優(yōu)勢分析及創(chuàng)新點22.1創(chuàng)新點22.2系統(tǒng)優(yōu)勢分析23.本系統(tǒng)的推廣前景及市場分析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全息標示疏散引導(dǎo)126.2系統(tǒng)設(shè)計方案136.2.1系統(tǒng)軟件及平臺136.2.2實時監(jiān)控與指揮18

2、6.2.3火情報警及定位186.2.4防火設(shè)計及保障機制186.2.5遠程報警及通訊196.3引導(dǎo)信號的生成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：煙霧測試實驗照片.45消防支隊證明.46專利證書.47專利說明書.48科技查新報告.562第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽參賽作品摘 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)有的安全出口標志牌等設(shè)備在煙霧中不易被識別，不能有效引導(dǎo)人員避開火源等危險區(qū)域疏散逃生。目前沒有一套可以在煙霧環(huán)境下根據(jù)實時火情，生成動態(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)運用自行研制并已獲國家專利的可編程型激光引導(dǎo)應(yīng)急疏散裝置，實現(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)探測器報警信息結(jié)合內(nèi)置電子地圖確定煙霧、火源等危險區(qū)域范圍，規(guī)劃出最佳疏散路線與救援路線，并根據(jù)實時火情進行動態(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，避開路線中的火源等危險

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，具備最佳疏散路線動態(tài)規(guī)劃與救援指揮功能的消防聯(lián)動系統(tǒng)，解決了火災(zāi)時期煙霧環(huán)境下被困人員疏散和應(yīng)急救援的難題，實現(xiàn)了煙霧環(huán)境下避開火源等危險區(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)目前國家消防安全建設(shè)的需要，進一步降低火災(zāi)事故中人員的傷亡率，因而對于消防安全技術(shù)領(lǐng)域有較大的促進和提高作用。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、發(fā)明的目的和基本思路1.1作品設(shè)計、發(fā)明的背景我國是一個火災(zāi)頻發(fā)的國家。據(jù)統(tǒng)計，2010年上半年

5、全國共發(fā)生火災(zāi)73317起，死亡656人，受傷271人，直接財產(chǎn)損失79290.7萬元。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?；饒隹臻g中到處存在的煙霧會模糊阻擋了被困人員的視線，使其無法有效的判明逃生路線，嚴重威脅被困人員的生命。1.2作品設(shè)計、發(fā)明的目的目前使用的疏散指示設(shè)備無法在煙霧環(huán)境下有效工作。安全出口標志牌等設(shè)備在煙霧中可識別度低，人員容易對文字、圖形等指示信息產(chǎn)生誤判。現(xiàn)有的疏散指示設(shè)備無統(tǒng)一的控制指揮，不能針對復(fù)雜的火場環(huán)境生成動態(tài)的疏散與救援路線，不具備救援

6、指揮功能。因此，當前迫切需要一套可在煙霧環(huán)境中有效引導(dǎo)人員疏散，并能針對實時火情生成引導(dǎo)人員避開火源等危險區(qū)域的動態(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、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，減少了人員處于緊張狀態(tài)下的反應(yīng)時間，實現(xiàn)了煙霧環(huán)境下的有效引導(dǎo)?；趃is平臺開發(fā)的應(yīng)急疏散與救援指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)了對建筑物的實時監(jiān)控、最佳路徑計算、動態(tài)分析等功能。系統(tǒng)通過對火情的實時監(jiān)控，根據(jù)探測器反饋的火情信息，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)具體的著火點位置、范圍等信息動態(tài)調(diào)整放射狀引導(dǎo)光束，引導(dǎo)人員避開危險區(qū)域?qū)崿F(xiàn)安全迅速的疏散與救援。2.系統(tǒng)優(yōu)勢分析及創(chuàng)新點2.1創(chuàng)新點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，其光通路易于識別。人員由于趨光性本能跟隨激光向光源處移動，避免了對傳統(tǒng)文字、圖形標志的誤判，縮短反應(yīng)時間。2.采用激光掃描振鏡生成多束放射狀激光束。通過對激光的程控掃描，控制激光的數(shù)量和任一激光的方向，根據(jù)避險要求設(shè)計通道內(nèi)具體的引導(dǎo)路徑，適應(yīng)性較強。3. 動態(tài)生成最佳疏散路線與救援路線。系統(tǒng)根據(jù)探測器反饋的實時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區(qū)域的最佳引導(dǎo)路線，并根據(jù)火情與救援需要動態(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。在人員疏散的同時可引導(dǎo)外部救援人員進入，其通過系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)控平臺將實時火情、被困人員位置等信息及時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)勢分析1.當前使用的應(yīng)急燈、安全出口標志燈設(shè)備在煙霧下可識別度低，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，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。有效避免人員由于高度緊張對現(xiàn)有

9、安全出口文字、圖形標志產(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)備無統(tǒng)一的控制與救援指揮功能，容易產(chǎn)生錯誤的引導(dǎo)方向。4.本系統(tǒng)根據(jù)實時探測到火源位置、火勢等火情信息動態(tài)調(diào)整路線，控制激光引導(dǎo)設(shè)備在逃生通道產(chǎn)生避開火源等危險區(qū)域的引導(dǎo)光通路。而現(xiàn)有的安全出口標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，并且單軸振鏡未設(shè)有激光安全防護裝置，存在一定的安全隱患?？萍疾樾卤砻鳎卷椖肯到y(tǒng)根據(jù)火場信息，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，并實時調(diào)整疏散路線與救援路線設(shè)計，所檢文獻中未見有報道。3.本系統(tǒng)的推廣前景及市場分析基于激光導(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，具備最佳疏散路線動態(tài)規(guī)劃與救援指揮功能的消防聯(lián)動系統(tǒng)，兼?zhèn)浠馂?zāi)報警、火場實時信息采集處理、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)境下無法有效引導(dǎo)疏散與救援指揮的問題，通過實時監(jiān)控平臺可生成最佳疏散救援路線，同時具備的擴展接口可以整合多套外

11、部消防系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動控制。目前該技術(shù)已獲得國家專利，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)目前國家消防安全建設(shè)的需要，進一步降低火災(zāi)事故中人員的傷亡率，因而對于消防安全技術(shù)領(lǐng)域有較大的促進和提高作用。本系統(tǒng)主要應(yīng)用在人員密集的大型公共建筑場所，例如：體育場館、會展中心、地鐵站及火車站。其市場空間巨大，任何一座建筑均是潛在的安裝使用對象，依據(jù)系統(tǒng)自身突出的優(yōu)勢和無限拓撲的特點，應(yīng)用于各類建筑工程項目。4系統(tǒng)基本組成該系統(tǒng)設(shè)計為基于多層網(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和控制分站，采用rj-45、rs-485、802.11無線通訊方式實現(xiàn)對終端的信息采集、命令控制和應(yīng)急電源的

12、啟用，最終達到通過終端輸出激光引導(dǎo)信號的目的。圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖5.系統(tǒng)方案5.1軟硬件分工為了實現(xiàn)火場的實時信息采集以及對工作終端的控制，迅速有效的傳送引導(dǎo)指示信號，保障系統(tǒng)的安全運行，必須對軟硬件進行合理的分工。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：煙感探測器、溫感探測器，負責報警和采集實時火情信息；2）逃生和救援引導(dǎo)：激光引導(dǎo)疏散指示裝置、全息激光疏散標示裝置，負責產(chǎn)生光學(xué)引導(dǎo)信號以及警鈴等語音提示；3）中控主機負責系統(tǒng)整體的數(shù)據(jù)處理，控制分站作為節(jié)點起到信息預(yù)處理與二級備份功能；4）交換機網(wǎng)絡(luò)負責信息的交換與校驗；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）采用雙回路獨立供電和內(nèi)部電池相結(jié)合的供電方式，保證災(zāi)害時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)部電池獨立供電4小時。5.3軟件職能軟件負責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、準確選擇逃生和救援路徑，同時作為人機調(diào)試控制平臺，實現(xiàn)工作參數(shù)調(diào)整與實時控制，具有以下職能：1）提供實時監(jiān)控平臺，可以自動或人工控制；2）對探測器數(shù)據(jù)的采集并生成報警信息；3）根據(jù)實時火場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；5）根據(jù)實時監(jiān)控動態(tài)調(diào)整路線及引導(dǎo)信號；6）負責與其它消防系統(tǒng)間

14、的數(shù)據(jù)交換，接收被困人員位置信息等；7）負責向場外報告實時火場信息，并接受外部指揮調(diào)度；8）負責制定引導(dǎo)疏散與救援策略；9）負責應(yīng)急狀態(tài)下控制平臺的切換；10）負責切換供電線路與應(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)自檢及演習模擬。6.系統(tǒng)原理6.1實現(xiàn)原理6.1.1激光的可視性傳統(tǒng)的疏散標示設(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標識的可視度。當環(huán)境中漂浮著大量的顆粒物時會嚴重削弱其光照強度，影響疏散標示效果。依靠增大光源照度的方法并不能很好解決不易識別的問題，此為現(xiàn)有疏散標示設(shè)備的固有缺陷。根據(jù)丁達爾效應(yīng)，光束在膠體中會形成明亮的

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、波長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。當條件理想情況下，激光在室內(nèi)會產(chǎn)生明亮可見的光通路，此光通路可以作為一種引導(dǎo)標識疏散引導(dǎo)被困人員逃生。圖2：激光效果圖 532nm 35mw激光器；環(huán)境光照強度<3 lx 視角：90°圖3：激光效果圖 532nm 35mw激光器；環(huán)境光照強度<5 lx 視角：5°激光具有的亮度高、能量集中、穿透力強等特點使其在同等條件下產(chǎn)生的光通路可視度遠高于其他光源，因此激光在空間中產(chǎn)生的光通路可以作為引導(dǎo)人員疏散的標識。6.1.2引導(dǎo)光束的參數(shù)選擇

16、1）激光波長的選擇人眼的可見波長范圍為312nm-1050nm。目前使用的激光波長主要有：405nm、450nm、526.5nm、532nm、650nm、680nm。圖4：光的波長示意圖人眼對不同波長的光敏感性不同。不同波長的激光的光譜光視效率不同。波長（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 不同波長光的光視效率與明視覺圖5：光能量相應(yīng)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500nm-60

17、0nm，尤其是540nm左右的光最能引起人眼的敏感（standard observer）。實際工作中，532nm波長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、結(jié)構(gòu)簡單。半導(dǎo)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(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)級別532nm激光器，自身帶有鋁散熱片和風扇，可以長時間的穩(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，不規(guī)范的使用會對人眼造成傷害。一般情況下人眼不會長時間被激光直射，偶爾被直射時主要反應(yīng)為強光的刺激，及時躲避。在引導(dǎo)疏散中，采取一系列的安全設(shè)計防止激光造成傷害。系統(tǒng)在工作狀態(tài)中，激光以機械掃描的形式進行引導(dǎo)作用。通過振鏡系統(tǒng)的高速偏轉(zhuǎn)（x-y）實現(xiàn)對激光束的控制，產(chǎn)生多條方向可控的引導(dǎo)光束?；饒霏h(huán)境中的的煙霧顆粒會使激光功率產(chǎn)生衰減，故實際人眼接收到的激光功率處于classii級別安全范圍內(nèi)，并且由于疏散過程中引導(dǎo)信號為光通路，視角不為0°，極少會發(fā)生眼球長時間被激光直射。故采用30100mw的掃描激光束作為引導(dǎo)光束不會對人眼造成損傷。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(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電機，基本原理是通電線圈在磁場中產(chǎn)生力矩，其轉(zhuǎn)子上通過機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，電磁力矩與回復(fù)力矩大小相等,偏轉(zhuǎn)角與電流成正比，與電流計一樣，故振鏡又叫電流計掃描振鏡(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，當振鏡高速偏轉(zhuǎn)掃描時，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)中主要使用由步進電機和反射鏡構(gòu)成的振鏡掃描系統(tǒng)。步進電機相對于工業(yè)振鏡具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、容易控制等優(yōu)點，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單的圖形。圖10：激光引導(dǎo)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(qū)動。步進電機軸上接有用于偏轉(zhuǎn)激光的反射鏡。步進電機附有

21、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）。工作時，上位機通過通信模塊向單片機控制器輸入觸發(fā)信號，單片機控制器收到觸發(fā)信號后，分別給半導(dǎo)體激光器、和振鏡掃描系統(tǒng)中的振鏡驅(qū)動器8發(fā)出啟動信號，此時半導(dǎo)體激光器輸出綠光，振鏡驅(qū)動器接收啟動信號后分別給x軸步進電機和y軸步進電機輸入位置初始化信號，當位置初始化完成后振鏡驅(qū)動器向x軸步進電機和y軸步進電機輸出控制信號，半導(dǎo)體激光器輸出的綠光依次經(jīng)過與x軸步進電機相連的反射鏡和與y軸步進電機連接的反射鏡，隨著x軸步進電機和y軸步進電機的高頻偏轉(zhuǎn)將激光投射到空間內(nèi)，形成高亮度、易識別、穿透力高、醒目的移動或靜止的綠色激光

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)備啟動后，安全防護裝置檢測振鏡是否正常工作，激光是否偏轉(zhuǎn)輸出。當振鏡停止工作時，及時切斷激光的輸出，重啟設(shè)備初始化。6.1.4全息標示疏散引導(dǎo)方向、數(shù)目可控的激光在空間中產(chǎn)生的光通路在狹長通道、遠距離環(huán)境下可以有效的進行引導(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。全息標示可以有效的彌補上述設(shè)備在交叉區(qū)域等地點的不足。步進電機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放射狀的三維標志，在各個方向均可被觀察者輕易捕捉到。圖13：25khz高速掃描振鏡 圖14：全息激光標志全息標示疏散引導(dǎo)主要在放射狀引導(dǎo)激光的基礎(chǔ)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(dǎo)，其使用x-y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。6.2系統(tǒng)設(shè)計方案6.2.1系統(tǒng)軟件及平臺基于激光導(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、應(yīng)急疏散與救援指揮以及控制分

24、站四個子系統(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(yīng)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。基于激光導(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，使用visual c#進行開發(fā)。應(yīng)急疏散與救援指揮遠程報警及控制模塊疏散引導(dǎo)控制模塊引導(dǎo)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)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+?？臻g數(shù)據(jù)可根據(jù)實際系統(tǒng)應(yīng)用規(guī)模存儲于本地文件或oracle等數(shù)據(jù)庫。supermap object提供了

26、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(chǔ)上，根據(jù)應(yīng)急疏散與救援指揮的需要，進行二次功能開發(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(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(dǎo)設(shè)備、交換機、控制分站以及相關(guān)線路等進行配置?；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)實際應(yīng)用需求，靈活設(shè)置轉(zhuǎn)向表、障礙點和障

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(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(yīng)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

28、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)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(luò)的鏈接中斷時，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，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(yīng)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(dǎo)控制命令，控

29、制所轄區(qū)域中的引導(dǎo)設(shè)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(yīng)控制區(qū)域的路線計算與引導(dǎo)工作?？刂品终咀酉到y(tǒng)通過802.11b無線網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)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(luò)進行輔助數(shù)據(jù)傳輸。如無法恢復(fù)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)外部時鐘源；32.768khz的rtc時鐘源； 采用5v電壓供電。提

30、供100mbps以太網(wǎng)接口及485串口，用于連接中控主機和引導(dǎo)設(shè)備。3）地圖數(shù)字化與數(shù)據(jù)維護子系統(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，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(yù)置路線的規(guī)劃、設(shè)備安置標注、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實時監(jiān)控與指揮1）監(jiān)測工作網(wǎng)絡(luò)是否正常（備份機、應(yīng)急電源、與終端連接是否正常）；2）探測器、引導(dǎo)設(shè)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(dǎo)路線6.2.3火情報警及定位火災(zāi)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

32、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(luò)傳送至中控主機。中控主機接收到報警信息后，進入應(yīng)急疏散與救援指揮狀態(tài)，同時通過城市消防網(wǎng)絡(luò)向119火災(zāi)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?；鹧嫣綔y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

33、，將火源的方向、位置信息報告至系統(tǒng)。6.2.4防火設(shè)計及保障機制線路及設(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，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(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(shè)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(yīng)。2.系統(tǒng)設(shè)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(yīng)的

34、應(yīng)急電源，引導(dǎo)設(shè)備內(nèi)置蓄電池。當外部供電中斷后，系統(tǒng)自動啟用相應(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)備依靠內(nèi)置蓄電池繼續(xù)進行引導(dǎo)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(zāi)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(shè)計為三層控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當火災(zāi)發(fā)生時，中控主機如失

35、去對網(wǎng)絡(luò)的控制，控制權(quán)移交至控制分站，由其負責相應(yīng)區(qū)域的數(shù)據(jù)處理與控制任務(wù)；當控制分站失去對其區(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)自主進行引導(dǎo)工作。6.2.5遠程報警及通訊系統(tǒng)接到火情報警信息啟動應(yīng)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(luò)可遠程了解實時火情，調(diào)整路線與引導(dǎo)信號，指揮疏散與救援工作。當探測到火災(zāi)信號時，系統(tǒng)通過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，實現(xiàn)聯(lián)動控制。6.3引導(dǎo)信號的生成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)信號為多條靜止呈放射狀的引導(dǎo)光束，其交點即為光源，以此來決定引導(dǎo)方向，引導(dǎo)人員向光源處移動。特點是穿透力強、光束遠距離引導(dǎo)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030°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±30°。圖21：激光束引導(dǎo)工作范圍對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：1.兩個通道各安裝一臺激光引導(dǎo)疏散指示裝置，對相對方向進行引導(dǎo)；2.拐角頂端處安裝一臺裝置，通過設(shè)置引導(dǎo)信號分別對兩通道進行引導(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(dǎo)光束范圍覆蓋空間。2）全息激光疏散標示裝置激光引導(dǎo)疏散指示裝置在大型空間中的安裝應(yīng)用較復(fù)雜，需安裝多臺設(shè)備

38、等。采用全息激光疏散標示裝置，其產(chǎn)生的三維引導(dǎo)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(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。全息激光疏散標示裝置產(chǎn)生的引導(dǎo)信號為二維圖形與掃描光束構(gòu)成的三維引導(dǎo)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6.3.2疏散路線與救援路線系統(tǒng)設(shè)計功能包括引導(dǎo)人員疏散撤離和引導(dǎo)救援人員進入救援。針對疏散和救援兩種不同引導(dǎo)來調(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時改變設(shè)定。

39、1）疏散路線系統(tǒng)根據(jù)探測到的著火點位置、火勢大小、煙霧范圍等信息評估路線的安全性、疏散時間，制定出相對安全、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(diào)整引導(dǎo)光束的射向和數(shù)量，引導(dǎo)人員避開危險區(qū)域行進，最終達到避險的目的。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，將疏散方向的激光引導(dǎo)疏散指示裝置啟動，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撤離（即光束交匯處），而經(jīng)過訓(xùn)練的救援人員則逆向

40、進入（即光束放射方向）。系統(tǒng)通過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。全息激光疏散標示裝置通過改變其三維引導(dǎo)標志的文字、圖形，顯示疏散指示信息，達到引導(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，全息激光疏散標示裝置（紅色）產(chǎn)生疏散引導(dǎo)標志，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)外部救援人員進入火場等事故區(qū)域，解救被困人員等?；馂?zāi)發(fā)生時，被困人員通過房間內(nèi)安裝的呼救器或其它方式向救援人員報告位置。對于激光引導(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。全息激光疏散標示裝置通過改變?nèi)S引導(dǎo)標志的文字、圖形信息，指示被困人員的位置，引導(dǎo)救援人員進入解救。圖31：救援路線示意圖圖31中，系統(tǒng)此時處在救援引導(dǎo)狀態(tài)，打開救援進入方向的激光引導(dǎo)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。反向的激光引導(dǎo)疏散指示裝置關(guān)閉。3）路線設(shè)計疏散路線和救援路線可以通過主機的控制臺進行設(shè)計。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)標志的類型，可以是圖形、文字）。控制臺同時設(shè)計有

42、自動設(shè)計規(guī)劃疏散路線和救援路線的功能，依靠其內(nèi)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(dǎo)標志的類型，生成引導(dǎo)規(guī)則。系統(tǒng)處于自動工作狀態(tài)時，當需要疏散或救援時，調(diào)用預(yù)置的引導(dǎo)規(guī)則文件。實時監(jiān)控狀態(tài)下，煙感、溫感探測器的數(shù)據(jù)實時調(diào)整路線，同時也可以人工設(shè)定制定路線，指揮救援工作。6.3.3引導(dǎo)信號的設(shè)置系統(tǒng)處于引導(dǎo)工作狀態(tài)時，需要根據(jù)不同用途（疏散、救援）制定相應(yīng)的引導(dǎo)信號。激光引導(dǎo)疏散指示裝置產(chǎn)生引導(dǎo)信號為多條呈放射狀的引導(dǎo)光束，而全息引導(dǎo)疏散標示裝置產(chǎn)生的是三維引導(dǎo)標志。因此需根據(jù)實際用途和工作環(huán)境設(shè)置相應(yīng)的引導(dǎo)信號。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

43、責掃描的機械部件主要是x-y雙軸步進電機。通過控制步進電機偏轉(zhuǎn)的角度來決定激光偏轉(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。結(jié)合激光束中斷的控制（掃描中對激光束通斷）可以產(chǎn)生多束靜止或移動的激光且這些光束的寬度可以通過改變激光束通斷的時間來實現(xiàn)，光束相對于x軸或y軸的偏轉(zhuǎn)角度主要由步進電機步數(shù)決定。引導(dǎo)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);move(x step，y step)；delay()x step與y step的“正” “負”決定步

44、進電機偏轉(zhuǎn)方向（順時針或逆時針），假定正為順時針。l（0）可以表示為激光器關(guān)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。例如：l(0);move(30，-40);表示為x軸步進電機正轉(zhuǎn)30步，y軸步進電機反轉(zhuǎn)40步，此過程中沒有激光束輸出。圖32：示意圖輸出多條光束時，按照“通”“斷”設(shè)計引導(dǎo)信號。兩條相鄰光束間的連接矢量移動時，關(guān)閉激光器輸出，當?shù)竭_預(yù)定光束位置時，打開激光器輸出，并停留一定時間，最終生成多條掃描光束的引導(dǎo)信號。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(zhuǎn)間的延遲，延遲需根據(jù)步進電機參數(shù)來設(shè)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。圖33：多條引導(dǎo)光束的生成示意圖引導(dǎo)程序中步進電機按一定的掃描頻率工作，一般在10khz以下，整個引導(dǎo)信號的幀率由偏轉(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。信號設(shè)置中需根據(jù)實際空間的結(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)標示裝

46、置全息激光引導(dǎo)標示裝置產(chǎn)生的引導(dǎo)信號為三維引導(dǎo)標志，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)標示裝置不僅可以按照預(yù)設(shè)的引導(dǎo)信號工作，同時可以接受基于dmx512協(xié)議實時傳送的引導(dǎo)信號進行動態(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)計出產(chǎn)生、控制引導(dǎo)信號的程序。振鏡掃描采用矢量

47、參數(shù)，優(yōu)點是數(shù)據(jù)量小、設(shè)置方便、提高掃描頻率。1）步進電機式振鏡的工作程序步進電機式振鏡工作時，步進電機帶動反射鏡偏轉(zhuǎn)。通過控制電機的移動步數(shù)來決定偏轉(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。終端工作平臺為51單片機，單片機內(nèi)置針對激光的安全防護程序和通訊程序。振鏡控制程序示例： #include "reg51.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit p1_5=p15;/x軸電機脈沖 sbit p1_7=p17;/x軸電機方向sbit p3_0=p30;/x軸電機使能sbit p3_3=p

48、33;/y軸電機使能sbit p3_2=p32;/y軸電機方向sbit p3_1=p31;/y軸電機脈沖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)標識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)標示裝置內(nèi)置高速掃描振鏡、振鏡驅(qū)動器等模塊，對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)標識。通訊端口可以使用eia-485。dmx512 是一個數(shù)字調(diào)光協(xié)議, 應(yīng)用它能夠?qū)ξ枧_、劇場、演播室等公共場所場所的調(diào)光器及其他的控制設(shè)備進行數(shù)字控制, 適用于本應(yīng)急疏散系統(tǒng)對激光控單片機的調(diào)光器的控制, 其互連形式采用了多點總線結(jié)構(gòu), 不存

51、在信息通路阻塞問題, 其連線簡單, 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)包括四個部分: 發(fā)送控制信息的控制器、傳輸信號的電纜、接收信號并進行控制動作的調(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，上位機和單片機之間采用串口通訊傳遞控制信息, 而由單片機發(fā)出滿足dmx512 的數(shù)據(jù)時序的數(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)包的起始點以正確的接收數(shù)據(jù), 這可以利用中斷服務(wù)來實現(xiàn)。利用定時器是很方便的, 但由于在控制系統(tǒng)中定時器有可能作為他用, 而系統(tǒng)又必須在某段不間斷的檢測數(shù)據(jù)的起始位置, 為了不占用系統(tǒng)的定時器資源, 可用程序計數(shù)來解決。

52、采用單片機發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的系統(tǒng)簡圖如下所示。圖37：單片機接發(fā)數(shù)據(jù)系統(tǒng)簡圖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標準通訊協(xié)議（通用工業(yè)標準），該激光可以作為從機與具有相同通訊接口并采用相同通訊協(xié)議的pc機、嵌入式設(shè)備進行通訊，實現(xiàn)對激光儀器的集中監(jiān)控，另外用戶也可以使用一臺變頻器作為主機，通過eia485物理接口連接數(shù)臺激光引導(dǎo)設(shè)備作為從機。以實現(xiàn)變頻器的多機聯(lián)動。通過該通訊口也可以連接遠控鍵盤。實現(xiàn)用戶對激光儀器的遠程操作。modbus協(xié)議定義了一個控制分站能夠識別使用的消息結(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，起始位，停止位，數(shù)據(jù)位，從機地址等通訊參數(shù)，模塊可以同控制分站相聯(lián)系。eia485具有傳播距離長，靈敏度高，能夠?qū)崿F(xiàn)多點通信即聯(lián)網(wǎng)功能的一