高空墜物預(yù)警定位的解決方案

張鈞博 龔博港

摘 要：隨著時(shí)代發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不斷加速，高層建筑所占比重逐年增加，逐漸改變老百姓的日常生活。樓層越來(lái)越高，一些負(fù)面問(wèn)題也逐漸暴露，其中高空墜物傷人現(xiàn)象成為社會(huì)焦點(diǎn)。此現(xiàn)象，高層建筑還沒(méi)有一個(gè)完善的應(yīng)對(duì)機(jī)制以及方案。本文就此問(wèn)題提出一個(gè)針對(duì)高空墜物預(yù)警定位的解決方案。

關(guān)鍵詞：高層建筑；高空墜物；預(yù)警定位；解決方案

1.研究背景及意義

現(xiàn)代的人們都喜歡在房屋的陽(yáng)臺(tái)上養(yǎng)一些花或放一些的物品，甚至存在一些高層住戶隨手向窗外丟東西的現(xiàn)象。高樓落物傷人事件時(shí)常發(fā)生。部分住戶認(rèn)為：小的物品掉落不能引發(fā)人員傷亡。然而當(dāng)物體在足夠的高度下落時(shí)，根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)，物體到達(dá)地面的速度相當(dāng)可觀。重力勢(shì)能會(huì)大部分轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，落地的瞬間，其動(dòng)量基數(shù)很大，很容易造成人員傷亡等問(wèn)題。針對(duì)這種潛在安全隱患，有效的解決高空墜物造成的人員傷亡，成為了現(xiàn)代樓房建設(shè)的棘手問(wèn)題。

在上述社會(huì)背景下，本著“創(chuàng)新為民，服務(wù)大眾”的理念，提出了“高空墜物預(yù)警定位”的方案。該方案設(shè)計(jì)以簡(jiǎn)潔實(shí)用、定位準(zhǔn)確、反應(yīng)靈敏、可操作性強(qiáng)、可控制性高為目標(biāo)，通過(guò)激光雷達(dá)、數(shù)據(jù)處理終端、響應(yīng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了及時(shí)報(bào)警、定位跟蹤等功能，以低成本高效益達(dá)到了高樓層預(yù)警定位的目的，具有較好的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值。

2.設(shè)計(jì)方案

本文主要針對(duì)高空墜物事故問(wèn)題而提出并試驗(yàn)一種方案，其主要實(shí)現(xiàn)的功能就是減少高空墜物事故的發(fā)生，使路上的行人更加安全。

2.1方案概述

針對(duì)上述的問(wèn)題，本文闡述并說(shuō)明了一套“高空墜物定位警報(bào)”系統(tǒng)。當(dāng)樓房天臺(tái)上的物品要掉落時(shí)，系統(tǒng)會(huì)捕獲目標(biāo)并預(yù)判物體著地點(diǎn)，通過(guò)激光投射危險(xiǎn)區(qū)域標(biāo)識(shí)和聲音報(bào)警，向行人發(fā)出有效提醒，起到保護(hù)行人的作用。同時(shí)根據(jù)前期軌跡記錄，分析物體拋出位置，定位責(zé)任源頭，起到威懾并規(guī)范住戶行為的作用。起到本方案包含三個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分、危險(xiǎn)標(biāo)識(shí)提醒部分。

2.2技術(shù)原理

其技術(shù)原理是利用激光雷達(dá)遠(yuǎn)距離判斷是否有物品從樓體表層下落。當(dāng)有物品經(jīng)過(guò)時(shí)，傳感器會(huì)記錄一段運(yùn)動(dòng)軌跡，數(shù)據(jù)傳輸給信息處理中心，排除昆蟲鳥內(nèi)無(wú)人或有人作業(yè)設(shè)備的干擾，預(yù)判物體最終落地點(diǎn)。此刻利用激光投影，將危險(xiǎn)區(qū)域標(biāo)識(shí)，并發(fā)出聲音報(bào)警提示。

本方案建立實(shí)物模型。采用的有激光測(cè)距儀、單片機(jī)、延遲模塊、底部激光投射裝置、蜂鳴器、電源、太陽(yáng)能電池板、樓房模型和若干導(dǎo)線等制成。激光雷達(dá)是利用被檢測(cè)物對(duì)激光光束的遮擋或反射，由同步回路接通電路，從而檢測(cè)物體的有無(wú)。物體不限于金屬，所有能發(fā)射（或者對(duì)光線有遮擋作用）的物體均可以被檢測(cè)。激光雷達(dá)可以全天候進(jìn)行預(yù)定區(qū)域掃描。每秒8000次的高速激光掃描采樣能力，克服了傳統(tǒng)雷達(dá)壽命限制，配合先進(jìn)算法，有效預(yù)估著落點(diǎn)位置，并且可以判讀初始拋出點(diǎn)位置，配合風(fēng)速風(fēng)向傳感器，避免嚴(yán)重誤判。太陽(yáng)能電池板可以為整套系統(tǒng)提供持續(xù)供電。

2.3系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)

在樓頂放置太陽(yáng)能電池板。在住宅樓天臺(tái)的外邊緣或者上部放置激光雷達(dá)距離傳感器。在對(duì)應(yīng)樓房?jī)?nèi)和樓下道路旁邊放置激光投影和警報(bào)裝置。在主控制間放置中央處理器供電和電源。

2.4具體模型操作演示流程

開啟系統(tǒng)，使單片機(jī)以及各個(gè)裝置處于工作狀態(tài)。用擬制小物體模擬高空墜物，將其從帶有傳感器的樓層丟下，激光雷達(dá)會(huì)立即檢測(cè)到有物體出現(xiàn)，并計(jì)算軌跡并迅速將信號(hào)輸出給單片機(jī)，經(jīng)處理后地表投射危險(xiǎn)區(qū)域標(biāo)記，激活蜂鳴器發(fā)出警報(bào)提醒人們有物品從高層掉落。并且會(huì)持續(xù)軌跡記錄，判斷出物體拋出位置。

2.5方案特色

本方案具有“簡(jiǎn)單”、“精準(zhǔn)”、“智能”、“低成本”的特點(diǎn)

（1）“簡(jiǎn)單”

“簡(jiǎn)單”指此方案裝置實(shí)用投資小。密集型光電開關(guān)捕捉物體運(yùn)動(dòng)距離，單片機(jī)作為主要程序輸出平臺(tái)，蜂鳴器和激光投射裝置自動(dòng)根據(jù)程序編寫進(jìn)行工作，整套裝置沒(méi)有過(guò)于復(fù)雜的裝置和工具，但是卻解決了相對(duì)復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題，整套程序編寫完善，魯棒性強(qiáng)，可直接套用，使用方式上也很簡(jiǎn)單。

（2）“精準(zhǔn)”

“精準(zhǔn)”是指此方案通過(guò)定位定向，精確計(jì)算出物體下落時(shí)的距離，可靠性高。精確還體現(xiàn)在可控范圍上，隨著用戶的使用，將范圍控制在某一特定區(qū)域，這也將大大提高安全性能指標(biāo)。

（3）“智能”

“智能”是指此方案通過(guò)計(jì)算，可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)軌跡過(guò)濾掉飛行器，飛鳥，昆蟲，窗外作業(yè)物體，有效規(guī)避誤報(bào)警。

（4）“低成本”

“低成本”是指此方案可以在任何樓層安裝，不需要改樓層結(jié)構(gòu)。造價(jià)便宜可操作。

3.市場(chǎng)前景

目前該模型已經(jīng)組裝并檢測(cè)，效果較好，該系統(tǒng)反應(yīng)靈敏、判斷準(zhǔn)確，當(dāng)有物品掉落時(shí)能迅速發(fā)出提醒，極大的避免了物品從高樓墜落，減少了人員傷亡，提高了樓房的安全建設(shè)。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、成本低廉、可靠性高、兼容性好，適用于多種類型的房屋，且對(duì)環(huán)境基本沒(méi)有影響。目前，市場(chǎng)上沒(méi)有類似的產(chǎn)品，作品在人們的安全問(wèn)題上具有廣闊的推廣應(yīng)用價(jià)值和商業(yè)前景。

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展以及人口的不斷增長(zhǎng)，我國(guó)現(xiàn)階段群眾住房的壓力也在逐年增長(zhǎng)，新投入使用的樓房趨于高層化現(xiàn)象越來(lái)越常見。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅合肥市高新區(qū)轄區(qū)的住房，達(dá)到30層樓以上的達(dá)到了總住房的70%，并且這一數(shù)據(jù)還在不斷攀升。在滿足更多住戶居住要求的同時(shí)，高空墜物的問(wèn)題越來(lái)越突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到 2016 年上半年，二線以上城市住房高樓層的所占比例達(dá)到65%，這也就意味著超過(guò)一半的住房用戶可能面臨著“高空墜物”的問(wèn)題。專家預(yù)測(cè)，在未來(lái)的 2018-2022 年間，國(guó)內(nèi)高樓層房屋增長(zhǎng)率保持在 7%左右，預(yù)計(jì)到 2023 年，我國(guó)大多數(shù)地區(qū)會(huì)出現(xiàn)以高層住宅為主的情況。

現(xiàn)階段的樓盤開發(fā)，從盈利的角度來(lái)看，更多的是通過(guò)減少樓層間距、筑高樓盤從而達(dá)到更高的利潤(rùn)。所以對(duì)于房地產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，真正關(guān)心的問(wèn)題在于能否在有限的開發(fā)土地中建造更多的住房與更高的住房。顯然現(xiàn)代人對(duì)于住房要求越來(lái)越高，樓層的高度越高，高空墜物等問(wèn)題就會(huì)愈加明顯，因此，此方案迫切需要應(yīng)用于市場(chǎng)。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”服務(wù)不斷深入到生活的方方面面，各種通過(guò)傳統(tǒng)方式改變住戶實(shí)際需要的方法措施層出不窮，例如采用阻攔網(wǎng)，攝像頭等。但是傳統(tǒng)方式卻沒(méi)有能從根源上改變這一現(xiàn)狀，因此迫切需要使用高空墜物預(yù)警定位解決問(wèn)題

作為一款民用與商業(yè)智能安全產(chǎn)品，龐大的商品房保有量也就意味著該產(chǎn)品具有巨大的市場(chǎng)前景，這也為本項(xiàng)目的持續(xù)運(yùn)作奠定了良好的基礎(chǔ)，項(xiàng)目市場(chǎng)前景十分可觀。

（作者單位：解放軍陸軍炮兵防空兵學(xué)院）