一种室内智能疏散导航系统及方法
技术领域
本发明涉及消防安全疏散技术领域，尤其涉及一种室内智能疏散导航系统及方法。
背景技术
随着社会的进步，建筑行业的不断发展，高层复杂建筑层出不穷。为此，人们经常要去一些陌生的建筑内开展生产生活。然而，这些建筑通常也是人员密集的场所，一旦发生火灾，如何快速高效地规划出最佳疏散逃生路径就显得尤为重要。
根据调研，目前建筑中传统的疏散指示标志大多仅有灯光箭头指示的功能，在语义表达方面过于单一化和机械化。一方面，在实际火灾中，往往经过一段时间后，由于火势发展的影响，原有的逃生通道将会受到火灾烟雾以及安全出口处人群拥挤状态等不利因素的影响；另一方面，现实生活中存在许多建筑违规将安全出口长期处于关闭封死的状态，进而使得部分安全出口并未真正起到安全逃生的作用。若在上述两种情况下，加上建筑室内人流多、周围环境陌生、建筑结构复杂以及疏散人员心理恐慌、紧张等复杂因素的叠加效应，往往就会使得人们难以准确的选择最优的疏散路径，进而错过最佳的疏散逃生时间，造成严重的人员伤亡。与此同时，即便是部分复杂的建筑在某些位置设置有疏散逃生地图，但往往因位置特殊、元素复杂、功能单一以及缺乏人性化设计等原因而并不能很好的实现疏散指示的功能。基于以上考虑，设计一种新型的智能疏散导航系统装置显得尤为迫切和必要。
发明内容
针对目前高层建筑结构复杂、人员安全疏散影响因素多、人员疏散效率偏低的技术难题，本发明提出了一种室内智能疏散导航系统及方法，能够有效避免现有疏散指示标志单一化、机械化的难题，进一步提升火灾安全疏散效率。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：
一种室内智能疏散导航系统，包括火灾探测子系统、视频监控子系统和疏散导航子系统，火灾探测子系统能够联动启动视频监控子系统和疏散导航子系统，所述火灾探测子系统包括感烟火灾探测器、感温火灾探测器和CO浓度传感器，感烟火灾探测器、感温火灾探测器和CO浓度传感器均与消防控制室内的控制主机相连接；所述视频监控子系统包括高清摄像机、图像处理系统以及视频图像显示器，高清摄像机与消防控制室内的图像处理系统相连接，图像处理系统与视频图像显示器相连接；所述疏散导航子系统包括逃生路径地图、安全出口拥堵状态指示灯、安全出口逃生时间、设备运行状态指示灯、逃生方向箭头以及语音播放器，安全出口拥堵状态指示灯、安全出口逃生时间、设备运行状态指示灯、逃生方向箭头以及语音播放器均设置在逃生路径地图上，逃生路径地图与消防控制室内的控制主机相连接。
优先地，所述感烟火灾探测器、感温火灾探测器和CO浓度传感器均匀分布安装在逃生线路走廊通道内，感烟火灾探测器、感温火灾探测器和CO浓度传感器分别通过数据传输线与消防控制室内的控制主机相连接，CO浓度传感器用于采集疏散逃生路径空气中的CO烟气浓度。
优选地，所述疏散逃生路径地图上的疏散逃生路径包括室内疏散走道、室内疏散楼梯以及室外疏散楼梯。
优选地，所述高清摄像机均匀分布安装在逃生线路走廊通道内，高清摄像机通过数据传输线与消防控制室内图像处理系统相连接。
优选地，所述逃生路径地图为可触式高清液晶屏，并内嵌于墙体中，非紧急状态下所述可触式高清液晶屏可用于广告宣传、电视投影等其他用途，火灾发生紧急状态下自动切换到疏散导航模式，可通过触屏的方式查看其他楼层火灾的发展状况，并且静止状态下10秒后能够自动返回显示本楼层状态且逃生路径地图上显示有楼层内各单元空间分布、室内逃生线路、人员流动状态以及火灾发展状态。
优选地，所述室内逃生线路为一条绿色动态闪烁显示的线路，该线路与室内实际疏散走道相对应，火灾发生时能够根据室内环境状态实时动态调整逃生线路；所述人员流动状态是指火灾紧急状态下整个楼层内人员整体的流动趋势；所述火灾发展状态根据感烟火灾探测器以及感温火灾探测器判定室内火灾发展状况，并同步在可触式高清液晶屏上以反应火灾状态程度热力图的形式显现；所述火灾状态程度热力图其中红色表示火灾非常严重，黄色、绿色次之。
优选地，所述安全出口逃生时间表示从当前位置行走到疏散路线上不同安全出口的时间加上从安全出口顺利疏散的时间之和；所述安全出口拥堵状态指示灯是对从当前位置到各安全出口顺利逃生所花费时间的状态描述，包含三种颜色状态，红色表示该出口安全逃生时间花费较长，黄色表示所花费时间次之，绿色表示所花费时间最弱。
优选地，所述逃生方向箭头用于提示逃生人员沿疏散楼梯的逃生方向，箭头指示仅有“向上”指示或“向下”指示两种方向。
优选地，所述逃生路径地图内设置有控制器，控制器分别与室内逃生线路、安全出口拥堵状态指示灯、逃生方向箭头以及语音播放器相连接，控制器通过通讯模块与消防控制室内的控制主机相连接。
优选地，所述控制器分别通过对应的继电器与室内逃生线路相连接，所述通讯模块包括RS485通讯总线或CAN通讯总线。
一种室内智能疏散导航系统的工作方法，包括以下步骤：
S1，火灾发生后，区域内的感烟火灾探测器和感温火灾探测器将探测到的火灾信号通过数据线传递到消防控制室，或者由现场人员发现到火灾，手动启动系统设备；
S2，当消防控制室接收到火灾信号以后，立刻发出声光火灾报警，并联动启动视频监控系统和疏散导航系统，此时可触式高清液晶屏启动，可触式高清液晶屏上显示疏散逃生线路；
S3，视频监控系统通过高清摄像机对室内人群流动状况、安全出口处人群密度、火灾烟气流动进行视频图像采集，并将采集的数据发送到图像处理系统进行分析，实时动态评估其位置到达各安全出口人群疏散所需要的时间；
S4，根据视频监控系统所获得的各安全出口人群疏散时间，结合CO浓度传感器采集的CO浓度数据作为火灾信号源，应用成熟的Dijkstra路径优化算法，给出不同位置处人员逃生的疏散时间以及最佳逃生路线，并将最佳路线、各安全出口拥堵状态、各安全出口逃生时间、人群流动状态以及火灾发展状态同步显示在可触式高清液晶屏上；
S5，消防控制室内工作人员根据火灾发生楼层的位置、火灾发展的状态以及疏散楼梯的状态综合比较分析后，确定具体的逃生方向，并通过控制主机向逃生路径地图上发送指定的逃生方向信号，逃生路径地图内的控制器控制逃生方向箭头内对应的指示灯启动；同时，控制器控制语音播放器将循环播放“推荐到‘指定安全’出口进行疏散”。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明涉及一种室内智能疏散导航系统及方法，将火灾下传统盲目式的逃生路径选择提升为可视化、动态化、智能化疏散逃生路径优化问题，并运用现代较为成熟的技术手段进行实现。
2、本发明在逃生路径优化问题上，全面考虑了逃生人群流动状况、安全出口处人群密度、火灾烟气流动状态以及逃生路径上的CO浓度等综合因素，为疏散人员及时地提供最优的逃生路线。
3、本发明从视觉角度采用一条绿色动态闪烁的灯带来表示室内逃生线路线路，该线路与室内实际疏散走道相对应，绿色是烟雾中人们非常容易辨别的颜色，此外从听觉角度采用语音播放器来提示具体的逃生出口，视觉与听觉相互结合实时动态显示对应室内线路上的逃生路径将大大减少疏散人员逃生过程中的恐慌心理。
4、本发明同步显示紧急情况下各个安全出口的人群拥堵状态、通往各个出口所需时间、人群流动状态以及火灾状态程度热力图，更有利于人们依据周围实际环境做出最优的逃生路径选择，同时也可以将信息发送到消防救援指挥中心，更有利于消防灭火人员作出准确的救援决策。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中逃生路径地图的结构示意图。
图3为本发明的工作流程图。
图中，1为感烟火灾探测器，2为感温火灾探测器，3为CO浓度传感器，4为高清摄像机，5为声光报警器，6为数据线，7为消防控制室，8为控制主机，9为图像处理系统，10为视频图像显示器，11为控制器，12为安全出口标志，13为安全出口拥堵状态指示灯，14为安全出口逃生时间，15为设备运行状态指示灯，16为语音播放器，17为逃生方向箭头，18为可触式高清液晶屏，19为逃生路径地图，20为本楼层内各单元空间分布，21为逃生安全出口，22为室内逃生线路，23为逃生线路指示箭头，24为当前位置，25为禁止通行标志，26为火灾发展状态，27为人群流动状态。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：如图1和图2所示，一种室内智能疏散导航系统，包括火灾探测子系统、视频监控子系统和疏散导航子系统，所述火灾探测子系统包括感烟火灾探测器1、感温火灾探测器2和CO浓度传感器3，感烟火灾探测器1、感温火灾探测器2和CO浓度传感器3均与消防控制室7内的控制主机8相连接，控制主机8与火灾报警子系统中的声光报警器5相连接；所述视频监控子系统包括高清摄像机4、图像处理系统9以及视频图像显示器10，高清摄像机与消防控制室7内的图像处理系统9相连接，图像处理系统9与视频图像显示器10相连接；所述疏散导航子系统包括逃生路径地图19、安全出口拥堵状态指示灯13、安全出口逃生时间14、设备运行状态指示灯15、逃生方向箭头17以及语音播放器16，安全出口拥堵状态指示灯13、安全出口逃生时间14、设备运行状态指示灯15、逃生方向箭头17以及语音播放器16均设置在逃生路径地图19上，在逃生路径地图19上还设置有安全出口标识12和禁止通行标识25，逃生路径地图19与消防控制室7内的控制主机8相连接。
逃生路径地图19为可触式高清液晶屏18且逃生路径地图19上显示有楼层内各单元空间分布20、室内逃生线路22、人员流动状态27以及火灾发展状态26，逃生路径地图上显示安全出口逃生时间14，室内逃生线路为一条绿色动态闪烁显示的线路，该线路与室内实际疏散走道相对应，火灾发生时能够根据室内环境状态实时动态调整逃生线路；所述人员流动状态是指火灾紧急状态下整个楼层内人员整体的流动趋势；所述火灾发展状态根据感烟火灾探测器以及感温火灾探测器判定室内火灾发展状况，并同步在可触式高清液晶屏上以反应火灾状态程度热力图的形式显现；所述火灾状态程度热力图其中红色表示火灾非常严重，黄色、绿色次之，安全出口逃生时间表示从当前位置行走到疏散路线上不同安全出口的时间加上从安全出口顺利疏散的时间之和；所述安全出口拥堵状态指示灯是对从当前位置到各安全出口顺利逃生所花费时间的状态描述，包含三种颜色状态，红色表示该出口安全逃生时间花费较长，黄色表示所花费时间次之，绿色表示所花费时间最弱，逃生方向箭头用于提示逃生人员沿疏散楼梯的逃生方向，箭头指示仅有“向上”指示或“向下”指示两种方向。
火灾探测系统中感烟火灾探测器1、感温火灾探测器2和CO浓度传感器3均匀分布安装在逃生线路走廊通道内，其中感烟火灾探测器1和感温火灾探测器2用于探测火灾是否发生，CO浓度传感器3用于采集逃生通道空气中的CO浓度含量，并通过数据传输线将探测的信息实时发送到消防控制室7内的控制主机8上。
视频监控系统中高清摄像机4均匀分布安装在逃生线路走廊通道内，用于录制室内各安全出口以及通道上的人群分布情况，并通过数据传输线将探测的信息实时发送到消防控制室内图像处理系统9和视频图像显示器10上。
逃生路径地图外观为长方形，尺寸为600mm*300mm，可结合建筑的实际长宽比对地图尺寸进行修改，逃生路径地图采用可触式高清液晶屏显示，并内嵌于墙体中，非紧急状态下液晶显示屏可用于广告宣传、电视投影等其他用途，火灾发生紧急状态下自动切换到疏散导航模式，可通过触屏的方式查看其他楼层火灾的发展状况，并且静止状态下10秒后能够自动返回显示本楼层状态。与此同时，为方便观看地图并防止被触碰或损坏，显示屏的设置高度为1.5m，这样的高度较适合人们使用观看，也可防止儿童玩耍或其他原因造成的误触损坏。
逃生路径地图能够描述本楼层各单元的空间分布、室内逃生线路以及火灾发展状态。其中本楼层各单元依据建筑属性功能不同有所区别，例如大型商场表示各个不同的商家，大型医院表示各个不同医疗科室等依次类推；其中室内逃生线路为一条绿色动态闪烁显示的线路，该线路与室内实际疏散走道相对应，火灾发生时能够根据室内环境状态实时动态调整逃生线路；其中火灾发展状态是根据感温火灾探测器判定室内火灾发展状况，并同步在可触式高清液晶屏上以反应火灾状态程度热力图的形式显现。
逃生路径地图内设置有控制器，控制器分别与室内逃生线路、安全出口拥堵状态指示灯、逃生方向箭头以及语音播放器相连接，控制器通过通讯模块与消防控制室相连接，与此同时，控制器通过通讯模块与消防控制室相连接，控制器分别通过对应的继电器与室内逃生线路相连接；所述通讯模块包括RS485通讯总线或CAN通讯总线。
实施例2：如图3所示，一种室内智能疏散导航系统的工作方法，本实施例以某商业楼第五层某服装商业服务单元位置处发生火灾，需要对整个楼层所有人员进行紧急疏散，具体包括以下步骤：
S1，火灾发生后，区域内的感烟火灾探测器1和感温火灾探测器2将探测到的火灾信号通过数据线6传递到消防控制室7，或者由现场人员发现到火灾，手动启动系统设备；
S2，当消防控制室7接收到火灾信号以后，立刻发出声光火灾报警5，并联动启动视频监控系统和疏散导航系统，此时可触式高清液晶屏18启动，可触式高清液晶屏上显示疏散逃生线路；
S3，视频监控系统通过高清摄像机4对室内人群流动状况、安全出口处人群密度、火灾烟气流动进行视频图像采集，并将采集的数据发送到图像处理系统9进行分析，实时动态评估各安全出口人群疏散所需要的时间；
S4，根据视频监控系统所获得的各安全出口人群疏散时间，并接合CO浓度传感器3采集的CO浓度数据，考虑应用成熟的Dijkstra路径优化算法，给出不同位置处人员逃生的疏散时间以及最佳逃生路线，并将最佳路线、各安全出口拥堵状态13、各安全出口逃生时间14、人群流动状态27以及火灾发展状态26同步显示在可触式高清液晶屏上；
S5，消防控制室内工作人员根据火灾发生楼层的位置、火灾发展的状态以及疏散楼梯的状态综合比较分析后，确定具体的逃生方向，并通过控制主机向逃生路径地图上发送指定的逃生方向信号；此外，由于烟和火是往上蔓延的，如果疏散人员所在的位置是在着火层以下，在火灾逃生过程中是往下逃跑的；如果疏散人员是住在比较高的楼层，当楼底下火情不明或火情已经很大的情况下，也可选着往上疏散逃生，此时逃生路径地图内的控制器控制逃生方向箭头17对应沿楼上向上或向下逃生的指示灯启动；控制器控制语音播放器16将循环播放“推荐到‘指定安全’出口进行疏散”，即如图2所示，语音播放器将循环播放“推荐到F口进行疏散”。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
