基于Zigbee技術(shù)的消防疏散指示系統(tǒng)的設(shè)計

佘華揚

摘 要本系統(tǒng)結(jié)合Zigbee網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，搭配智能指示終端，不僅能在事故現(xiàn)場智能的指示逃生者最佳疏散路線，還可以根據(jù)火情變化和設(shè)備狀況智能的更改疏散線路，具有很強的穩(wěn)定性和健壯性。

【關(guān)鍵詞】Zigbee技術(shù) 消防疏散 智能逃生

智能消防疏散指示系統(tǒng)，可以為逃生人員提供明確的疏散路徑，提高逃生成功率，極大程度減少了人員傷亡和財產(chǎn)損失；智能指示終端可以實時提供全局的監(jiān)控數(shù)據(jù)，不僅可以讓主控人員根據(jù)情況指導(dǎo)現(xiàn)場疏散，還可以為消防官兵提供精確的現(xiàn)場信息，使其更高效更科學(xué)的實施搶險救援工作，提高工作效率，營救更多的受困民眾，減少事故造成的損失。

1 功能模塊設(shè)計

基于Zigbee技術(shù)的消防應(yīng)急逃生指示系統(tǒng)主要有三個核心模塊：實時監(jiān)測模塊、智能疏散規(guī)劃模塊、指示服務(wù)模塊，三個模塊相互連接，分級分層交互數(shù)據(jù)，構(gòu)成完整的智能應(yīng)急疏散指示系統(tǒng)：

1.1 實時檢測模塊

在建筑物內(nèi)布置大量無線傳感智能節(jié)點，應(yīng)用靜電探測、光纖線性感溫、燃燒聲波探測等多項火災(zāi)傳感技術(shù)，結(jié)合無線通信網(wǎng)絡(luò)，形成網(wǎng)狀基礎(chǔ)通訊層。傳感器節(jié)點連續(xù)在線監(jiān)測附近環(huán)境狀態(tài)，當(dāng)即將出現(xiàn)火災(zāi)等事故時，就會觸發(fā)該節(jié)點預(yù)警功能，節(jié)點采用聲音、燈光、文字、動畫方式警示。并且通過無線網(wǎng)絡(luò)，可以傳送事故數(shù)據(jù)信息給監(jiān)控平臺和其他節(jié)點，附近節(jié)點及時給疏散人群提供事故信息。系統(tǒng)規(guī)劃疏散路線，并阻止疏散人員進入事故發(fā)生區(qū)域，事故現(xiàn)場節(jié)點在與系統(tǒng)失去聯(lián)系時其他節(jié)點可重新自行組網(wǎng)，利用Zigbee自組網(wǎng)的特性，保證出現(xiàn)災(zāi)情時仍然保證網(wǎng)絡(luò)健壯性。在火災(zāi)中實時提供各種數(shù)據(jù)，能為后續(xù)的事故調(diào)查提供科學(xué)依據(jù)。

1.2 智能疏散規(guī)劃模塊

通過應(yīng)用模糊綜合評價模型對各智能節(jié)點所收集的數(shù)據(jù)進行對比分析，得出結(jié)論啟動聯(lián)動措施，規(guī)劃最佳逃生路線，并將數(shù)據(jù)下發(fā)給各遠程節(jié)點，組織群眾疏散。遠程監(jiān)控平臺基于系統(tǒng)安全分析、人機系統(tǒng)工程原理，充分考慮人與人、人與火、人與外部環(huán)境結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系；并且結(jié)合事故現(xiàn)場的情況，在遠程監(jiān)控平臺與場內(nèi)節(jié)點失去聯(lián)系時， 在沒有遠程監(jiān)控平臺的情況下的利用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的自組網(wǎng)特性，節(jié)點間自發(fā)協(xié)同運算，整體規(guī)劃最優(yōu)指示路線，跳脫局部指向思維，避免的監(jiān)控平臺由于事故失聯(lián)后整個系統(tǒng)的崩潰，為整個疏散指示系統(tǒng)的運作提供雙重保險。

1.3 指示服務(wù)模塊

指示服務(wù)是感知信息的應(yīng)用者，其對象主要有兩個：事故現(xiàn)場的受困人員和遠程監(jiān)控系統(tǒng)。智能節(jié)點一是將計算處理后的信息反饋給指示服務(wù)模塊，通過每個節(jié)點位置的LED顯示屏形象地提示受困人員逃生方向和火場范圍、煙霧濃度以及火勢蔓延方向等詳細信息；二是將采集的信息反饋給遠程監(jiān)控系統(tǒng)，使消防人員能實時、準(zhǔn)確、宏觀地掌握各方位的火情，當(dāng)出現(xiàn)誤指或程序錯誤時，能夠發(fā)送指示，人工引導(dǎo)疏散。

2 系統(tǒng)創(chuàng)新點

2.1 功能創(chuàng)新

2.1.1 網(wǎng)絡(luò)管理

使用計算機通信技術(shù)將各探測節(jié)點之間、系統(tǒng)內(nèi)部、各系統(tǒng)層之間等通過一定網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行相互連接實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)調(diào)用，使各個獨立的系統(tǒng)組成一個大的網(wǎng)絡(luò)，進行宏觀規(guī)劃管理。

2.1.2 分布控制

利用Zigbee技術(shù)的強大自組網(wǎng)能力，依靠每個節(jié)點實時相互定位的功能實現(xiàn)分布式計算，這樣即使在與某個節(jié)點失去聯(lián)系的情況下，依然可以達到智能指示目的。

2.1.3 無線傳輸

根據(jù)具體環(huán)境采用無線通信技術(shù)，形成有線、無線間的互補，使設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳遞更簡便、可靠。

2.1.4 智能反應(yīng)

采用多樣復(fù)合的火災(zāi)探測技術(shù)，主動采集溫度、煙霧等數(shù)據(jù)并充分采用模糊評價技術(shù)等進行數(shù)據(jù)處理，通過內(nèi)嵌算法及電子顯示屏智能引導(dǎo)群眾疏散，實現(xiàn)各方面快速準(zhǔn)確聯(lián)動反應(yīng)。

2.2 性能創(chuàng)新

系統(tǒng)健壯性。本系統(tǒng)具有“遠程監(jiān)控”和“智能自組網(wǎng)”雙重疏散指示功能，有極強的穩(wěn)定性。當(dāng)極端環(huán)境致使“遠程監(jiān)控”功能失效時，各節(jié)點依然可通過自組網(wǎng)通信，充分適應(yīng)系統(tǒng)所處的各種環(huán)境，保證系統(tǒng)的正常運行和基本功能。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)層的設(shè)計

為實現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)定功能，要求傳感器節(jié)點的設(shè)計應(yīng)滿足信息數(shù)據(jù)采集，分布式處理和各節(jié)點間數(shù)據(jù)參數(shù)的實時傳輸，使得系統(tǒng)能動態(tài)準(zhǔn)確地掌握火情數(shù)據(jù)。在極端情況下，當(dāng)主控服務(wù)器或某些節(jié)點無法工作時，各個節(jié)點可形成自組織網(wǎng)絡(luò)，利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點，通過各個節(jié)點之間的通信狀態(tài)建立逃生路線，使得系統(tǒng)依舊能完成預(yù)定功能，提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性；還要綜合考慮成本，能耗，通信距離，網(wǎng)絡(luò)安全等因素，構(gòu)建通信可靠、低成本、低能耗的無線傳感網(wǎng)絡(luò)。

3.1.1 分布式處理

無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，傳感器數(shù)量較多且采集的信息復(fù)雜多樣，由于無線寬帶和能量的限制，要達到節(jié)省能量、提高傳輸效率和安全性的目的，必須利用單個節(jié)點的存儲能力和計算能力來處理冗余的數(shù)據(jù)信息并與其他節(jié)點組網(wǎng)聯(lián)合處理，從而達到系統(tǒng)預(yù)定采集目標(biāo)。

3.1.2 自組織網(wǎng)絡(luò)

實際情況下，傳感器節(jié)點通常被大范圍安放，各個節(jié)點相對位置關(guān)系無法提前預(yù)知；火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展具有較大偶然性，火情無法事先確定，惡劣情況下，主控服務(wù)器可能被損毀，為保證系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，確保人員安全，這就必須要求傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點能夠自行組網(wǎng)，互相定位，形成一個多跳的無線方式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為系統(tǒng)的正常運行加上“雙保險”提高系統(tǒng)的可靠性和抗毀性。

3.2 系統(tǒng)魯棒性

在普通情況下，系統(tǒng)可利用各節(jié)點向遠程監(jiān)控平臺傳回的實時數(shù)據(jù)進行分析計算，向疏散人群提供逃生路線指示；在極端情況下，當(dāng)主控服務(wù)器或某些節(jié)點無法工作時，各個節(jié)點可形成自組織網(wǎng)絡(luò)，通過各個節(jié)點之間的通信狀態(tài)建立逃生路線，使得系統(tǒng)不僅僅依賴于有線的遠程監(jiān)控，各節(jié)點的數(shù)據(jù)處理能力得以發(fā)揮，在極端狀況也可提供逃生路線。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)的設(shè)計在一定程度上還并不是很成熟，有待進一步改進和完善。

參考文獻

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作者單位

中南財經(jīng)政法大學(xué)信息與安全工程學(xué)院 湖北省武漢市 430073