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1、基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统研究报告作品类别: 科技发明制作B类 目 录摘 要11.作品设计、发明的目的和基本思路11.1作品设计、发明的背景11.2作品设计、发明的目的11.3 作品设计、发明的思路12.系统优势分析及创新点22.1创新点22.2系统优势分析23.本系统的推广前景及市场分析34系统基本组成35.系统方案45.1软硬件分工45.2硬件职能55.3软件职能56.系统原理66.1实现原理66.1.1激光的可视性66.1.2引导光束的参数选择76.1.3振镜扫描系统96.1.4全息标示疏散引导126.2系统设计方案136.2.1系统软件及平台136.2.2实时监控与指挥186
2、.2.3火情报警及定位186.2.4防火设计及保障机制186.2.5远程报警及通讯196.3引导信号的生成206.3.1空间分析及设备安置206.3.2疏散路线与救援路线236.3.3引导信号的设置256.3.4扫描振镜的控制287.通讯协议337.1通讯概述337.2通讯协议说明347.2.1通讯组网方式347.2.2通信协议方式357.2.3通讯接口方式35附件：烟雾测试实验照片.45消防支队证明.46专利证书.47专利说明书.48科技查新报告.56摘 要在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍的威胁公众安全和社会发展的灾害之一，也是造成群死群伤事故的最主要灾害之一。烟雾是火灾事故中导致人员伤亡
3、的主要因素。现有的安全出口标志牌等设备在烟雾中不易被识别，不能有效引导人员避开火源等危险区域疏散逃生。目前没有一套可以在烟雾环境下根据实时火情，生成动态疏散路线与救援路线的消防疏散引导系统。本系统运用自行研制并已获国家专利的可编程型激光引导应急疏散装置，实现了烟雾环境中有效的引导人员疏散与救援。系统可根据探测器报警信息结合内置电子地图确定烟雾、火源等危险区域范围，规划出最佳疏散路线与救援路线，并根据实时火情进行动态调整。激光扫描振镜产生方向、数量可任意调整的放射状引导激光，利用人的趋光性本能引导人员向光源处移动，避开路线中的火源等危险区域，为降低火灾造成的人员伤亡提供了有效的解决方案。基于激光
4、导航的应急疏散与救援指挥系统是目前唯一采用扫描激光作为引导信号，具备最佳疏散路线动态规划与救援指挥功能的消防联动系统，解决了火灾时期烟雾环境下被困人员疏散和应急救援的难题，实现了烟雾环境下避开火源等危险区域的路线引导。本系统将提高现有消防引导疏散系统的水平，适应目前国家消防安全建设的需要，进一步降低火灾事故中人员的伤亡率，因而对于消防安全技术领域有较大的促进和提高作用。关键词：火灾烟雾 激光引导 振镜扫描 疏散路线 救援指挥1.作品设计、发明的目的和基本思路1.1作品设计、发明的背景我国是一个火灾频发的国家。据统计，2010年上半年全国共发生火灾73317起，死亡656人，受伤271人，直接财
5、产损失79290.7万元。此外，2010年发生了数起重大火灾事故，例如上海“11.15”教师公寓重大火灾事故，造成58人遇难，多人受伤的严重后果。烟雾是火灾事故中导致人员伤亡的主要因素。火场空间中到处存在的烟雾会模糊阻挡了被困人员的视线，使其无法有效的判明逃生路线，严重威胁被困人员的生命。1.2作品设计、发明的目的目前使用的疏散指示设备无法在烟雾环境下有效工作。安全出口标志牌等设备在烟雾中可识别度低，人员容易对文字、图形等指示信息产生误判。现有的疏散指示设备无统一的控制指挥，不能针对复杂的火场环境生成动态的疏散与救援路线，不具备救援指挥功能。因此，当前迫切需要一套可在烟雾环境中有效引导人员疏散
6、，并能针对实时火情生成引导人员避开火源等危险区域的动态疏散与救援路线，具备救援指挥功能的消防应急疏散与救援指挥系统1.3 作品设计、发明的思路本系统利用激光扫描振镜，产生空间内方向、数量可控的放射状引导激光。532nm绿激光在烟雾中形成高亮度、穿透力强的光通路。利用人的趋光性本能引导人员沿光通路向光源处移动，减少了人员处于紧张状态下的反应时间，实现了烟雾环境下的有效引导。基于GIS平台开发的应急疏散与救援指挥系统，实现了对建筑物的实时监控、最佳路径计算、动态分析等功能。系统通过对火情的实时监控，根据探测器反馈的火情信息，结合内置的电子地图，生成疏散路线与救援路线；并根据通道内具体的着火点位置、
7、范围等信息动态调整放射状引导光束，引导人员避开危险区域实现安全迅速的疏散与救援。2.系统优势分析及创新点2.1创新点1.利用多束放射状激光在烟雾环境中引导人员疏散与救援。激光亮度高、穿透性强，其光通路易于识别。人员由于趋光性本能跟随激光向光源处移动，避免了对传统文字、图形标志的误判，缩短反应时间。2.采用激光扫描振镜生成多束放射状激光束。通过对激光的程控扫描，控制激光的数量和任一激光的方向，根据避险要求设计通道内具体的引导路径，适应性较强。3. 动态生成最佳疏散路线与救援路线。系统根据探测器反馈的实时火情信息与电子地图结合引导策略设置，生成避开火源等危险区域的最佳引导路线，并根据火情与救援需要
8、动态调整，控制相关激光引导设备工作。4.系统具备救援指挥功能。在人员疏散的同时可引导外部救援人员进入，其通过系统动态监控平台将实时火情、被困人员位置等信息及时传递至救援指挥人员，根据救援要求生成救援路线，指挥救援人员搜救。2.2系统优势分析1.当前使用的应急灯、安全出口标志灯设备在烟雾下可识别度低，本系统利用532nm绿激光束在烟雾中产生的光通路作为引导信号，将烟雾作为成像介质，有效的解决了烟雾中人员引导的问题。2.本系统使用激光引导设备产生多束放射状的引导激光，人员依靠趋光性本能沿光通路向光源处移动。有效避免人员由于高度紧张对现有安全出口文字、图形标志产生误判，利于人员的安全、迅速的疏散与救
9、援。3.本系统可以针对应急疏散与救援指挥工作需要，生成疏散路线与救援路线，并控制相关激光引导设备产生动态引导光束，引导人员疏散与救援。而现有的引导设备无统一的控制与救援指挥功能，容易产生错误的引导方向。4.本系统根据实时探测到火源位置、火势等火情信息动态调整路线，控制激光引导设备在逃生通道产生避开火源等危险区域的引导光通路。而现有的安全出口标志牌或全息衍射图形不能引导人员避开通道内的危险区域，仅能指示方向。5.本系统利用X-Y双轴扫描振镜产生的多束放射状引导激光，可以针对引导需要在三维空间中改变方向、数量。而已有的引导设备使用全息透镜成像或单轴振镜，仅能做平面移动，并且单轴振镜未设有激光安全防
10、护装置，存在一定的安全隐患。科技查新表明，本项目系统根据火场信息，结合内置的电子地图，生成控制激光引导设备的疏散路线与救援路线，并实时调整疏散路线与救援路线设计，所检文献中未见有报道。3.本系统的推广前景及市场分析基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统是目前唯一采用扫描激光作为引导信号，具备最佳疏散路线动态规划与救援指挥功能的消防联动系统，兼备火灾报警、火场实时信息采集处理、外部信息交换控制等功能。其有效解决了传统设备在烟雾环境下无法有效引导疏散与救援指挥的问题，通过实时监控平台可生成最佳疏散救援路线，同时具备的扩展接口可以整合多套外部消防系统实现联动控制。目前该技术已获得国家专利，本系统将提高
11、现有消防引导疏散系统的水平，适应目前国家消防安全建设的需要，进一步降低火灾事故中人员的伤亡率，因而对于消防安全技术领域有较大的促进和提高作用。本系统主要应用在人员密集的大型公共建筑场所，例如：体育场馆、会展中心、地铁站及火车站。其市场空间巨大，任何一座建筑均是潜在的安装使用对象，依据系统自身突出的优势和无限拓扑的特点，应用于各类建筑工程项目。4系统基本组成该系统设计为基于多层网络的双向终端控制网络。控制网络主要有集成于中控主机和控制分站，采用RJ-45、RS-485、802.11无线通讯方式实现对终端的信息采集、命令控制和应急电源的启用，最终达到通过终端输出激光引导信号的目的。图1：系统结构示
12、意图5.系统方案5.1软硬件分工为了实现火场的实时信息采集以及对工作终端的控制，迅速有效的传送引导指示信号，保障系统的安全运行，必须对软硬件进行合理的分工。5.2硬件职能硬件作为信息的传输与接收部分，是产生功效的载体，具有以下职能：1）灾情探测：烟感探测器、温感探测器，负责报警和采集实时火情信息；2）逃生和救援引导：激光引导疏散指示装置、全息激光疏散标示装置，负责产生光学引导信号以及警铃等语音提示；3）中控主机负责系统整体的数据处理，控制分站作为节点起到信息预处理与二级备份功能；4）交换机网络负责信息的交换与校验；5）控制分站提供调试接口，人工输入扫描参数等信息；6）采用双回路独立供电和内部电
13、池相结合的供电方式，保证灾害时期能够安全有效供电，且在外面电源完全切断的情况下，能够利用内部电池独立供电4小时。5.3软件职能软件负责信息的采集交换与数据处理，指挥各分系统及设备稳定有效的工作，根据火情快速、准确选择逃生和救援路径，同时作为人机调试控制平台，实现工作参数调整与实时控制，具有以下职能：1）提供实时监控平台，可以自动或人工控制；2）对探测器数据的采集并生成报警信息；3）根据实时火场信息生成最佳疏散路线、救援路线；4）根据疏散、救援路线生成相应的激光引导信号；5）根据实时监控动态调整路线及引导信号；6）负责与其它消防系统间的数据交换，接收被困人员位置信息等；7）负责向场外报告实时火场
14、信息，并接受外部指挥调度；8）负责制定引导疏散与救援策略；9）负责应急状态下控制平台的切换；10）负责切换供电线路与应急电源，保障系统的供电。11）预置引导设备应急状态下的工作参数；12）系统自检及演习模拟。6.系统原理6.1实现原理6.1.1激光的可视性传统的疏散标示设备使用的一般是LED或荧光灯光源。主要采用提高照度的方法增强标识的可视度。当环境中漂浮着大量的颗粒物时会严重削弱其光照强度，影响疏散标示效果。依靠增大光源照度的方法并不能很好解决不易识别的问题，此为现有疏散标示设备的固有缺陷。根据丁达尔效应，光束在胶体中会形成明亮的光通路。空气中存在尘埃等颗粒物，因此可以将空气看作胶体。由于光
15、强、波长及气溶胶密度等的影响，普通情况下不易观察到空气中的光通路。当条件理想情况下，激光在室内会产生明亮可见的光通路，此光通路可以作为一种引导标识疏散引导被困人员逃生。图2：激光效果图 532nm 35mW激光器；环境光照强度3 lx 视角：90图3：激光效果图 532nm 35mW激光器；环境光照强度5 lx 视角：5激光具有的亮度高、能量集中、穿透力强等特点使其在同等条件下产生的光通路可视度远高于其他光源，因此激光在空间中产生的光通路可以作为引导人员疏散的标识。6.1.2引导光束的参数选择1）激光波长的选择人眼的可见波长范围为312nm-1050nm。目前使用的激光波长主要有：405nm、
16、450nm、526.5nm、532nm、650nm、680nm。图4：光的波长示意图人眼对不同波长的光敏感性不同。不同波长的激光的光谱光视效率不同。波长（nm）530540630640650660光谱光视效率0.8620.9540.2650.1750.1070.061折合为明视觉588.7 lm/W651.6 lm/W181 lm/W48 lm/W73 lm/W41.7 lm/W表1 不同波长光的光视效率与明视觉图5：光能量相应曲线通过对不同波长的激光进行实验测量，发现波长位于500nm-600nm，尤其是540nm左右的光最能引起人眼的敏感（standard observer）。实际工作中，
17、532nm波长的绿激光器效果最佳，技术成熟，因此采用532nm的绿激光作为引导光束。2）激光器的工作类型图6：工业半导体激光器激光器的种类很多，可分为固体、气体、液体、半导体等几种类型。半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、结构简单。半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长，能将电能直接转换为激光能，可以在恶劣条件下稳定工作，因此选择半导体激光器作为激光光源。半导体激光器选用成熟的工业级别532nm激光器，自身带有铝散热片和风扇，可以长时间的稳定工作。3）激光在引导疏散使用中的安全性激光具有平行性好、能力高的特点，不规范的使用会对人眼造成伤害。一般情况下人眼不会长时间被激
18、光直射，偶尔被直射时主要反应为强光的刺激，及时躲避。在引导疏散中，采取一系列的安全设计防止激光造成伤害。系统在工作状态中，激光以机械扫描的形式进行引导作用。通过振镜系统的高速偏转（X-Y）实现对激光束的控制，产生多条方向可控的引导光束。火场环境中的的烟雾颗粒会使激光功率产生衰减，故实际人眼接收到的激光功率处于ClassII级别安全范围内，并且由于疏散过程中引导信号为光通路，视角不为0，极少会发生眼球长时间被激光直射。故采用30100mW的扫描激光束作为引导光束不会对人眼造成损伤。为了防止扫描振镜意外停止工作，未经偏转的激光束可能击中人眼，造成可能的危害，扫描装置附加安全防护部分，当扫描振镜意外
19、停止后，确保及时切断激光的照射，初始化设备并恢复正常工作状态。图7：扫描工作中的激光6.1.3振镜扫描系统振镜是一种矢量扫描器件。它是一种特殊的摆动电机，基本原理是通电线圈在磁场中产生力矩，其转子上通过机械纽簧或电子的方法加有复位力矩，大小与转子偏离平衡位置的角度成正比，当线圈通以一定的电流而转子发生偏转到一定的角度时，电磁力矩与回复力矩大小相等,偏转角与电流成正比，与电流计一样，故振镜又叫电流计扫描振镜(galvanomet ric scanner)。图8：振镜扫描系统原理结构图激光振镜扫描系统由激光器和振镜系统组成，振镜系统分为X轴偏转和Y轴偏转，轴线异面垂直。激光经过X轴反射和Y轴反射两
20、次偏转投射。通过控制振镜的工作参数可以方便的控制产生激光束的方向，当振镜高速偏转扫描时，可以输出多束方向、数量可控的激光或较复杂的图形。图9：激光扫描振镜本系统中主要使用由步进电机和反射镜构成的振镜扫描系统。步进电机相对于工业振镜具有结构简单、工作稳定、容易控制等优点，可以满足低频率扫描的需要，产生方向、数目可控的激光束和输出简单的图形。图10：激光引导疏散指示装置原理样机此振镜扫描系统采用二相步进电机，由TA8435控制芯片驱动。步进电机轴上接有用于偏转激光的反射镜。步进电机附有归位装置和安全防护装置（防止扫描意外停止时，仍在输出的静止激光直视产生的危害）。工作时，上位机通过通信模块向单片机
21、控制器输入触发信号，单片机控制器收到触发信号后，分别给半导体激光器、和振镜扫描系统中的振镜驱动器8发出启动信号，此时半导体激光器输出绿光，振镜驱动器接收启动信号后分别给X轴步进电机和Y轴步进电机输入位置初始化信号，当位置初始化完成后振镜驱动器向X轴步进电机和Y轴步进电机输出控制信号，半导体激光器输出的绿光依次经过与X轴步进电机相连的反射镜和与Y轴步进电机连接的反射镜，随着X轴步进电机和Y轴步进电机的高频偏转将激光投射到空间内，形成高亮度、易识别、穿透力高、醒目的移动或静止的绿色激光束。图11：工作状态示意图图12：多束引导激光效果图设备启动后，安全防护装置检测振镜是否正常工作，激光是否偏转输出
22、。当振镜停止工作时，及时切断激光的输出，重启设备初始化。6.1.4全息标示疏散引导方向、数目可控的激光在空间中产生的光通路在狭长通道、远距离环境下可以有效的进行引导疏散。但是在交叉口或大范围空旷地带，由于其扫描角度的限制，需要布置多套设备才能满足需求。全息标示可以有效的弥补上述设备在交叉区域等地点的不足。步进电机式振镜扫描由于其扫描频率低的限制（15KHz），不能生成复杂的图形。通过采用高速扫描振镜提高扫描频率，利用烟雾作为成像介质，生成复杂的图形（箭头、文字等）与其在空间中的光通路形成了一个放射状的三维标志，在各个方向均可被观察者轻易捕捉到。图13：25KHz高速扫描振镜 图14：全息激光标
23、志全息标示疏散引导主要在放射状引导激光的基础上实现了三维图形的输出，可以标示出一些文字、图形等信息，利于救援工作的开展。不同于安全出口标志牌或其它全息衍射成像引导，其使用X-Y双轴振镜扫描成像，可以灵活的调整标志，而不是一些单轴振镜只能控制衍射图像在平面内运动。6.2系统设计方案6.2.1系统软件及平台基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统是基于北京超图地理信息技术公司的Supermap系列软件开发的GIS应用系统，系统包含了地图数字化、数据维护、应急疏散与救援指挥以及控制分站四个子系统。应急疏散与救援指挥子系统由疏散引导控制模块、传感器探测及报警模块、通讯网关等组成，在正常工作状态下具有整个系
24、统的最高控制权限。应急疏散与救援指挥子系统和数据维护子系统由全组件式地理信息系统软件Supermap Objects进行开发，控制分站子系统由嵌入式地理信息系统开发平台eSupermap开发，地图数字化子系统及数据处理子系统采用了桌面地理信息系统Supermap Deskpro。基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统地图数字化子系统控制分站子系统数据维护子系统应急疏散与救援指挥子系统SuperMap Objects+C#Supermap DeskproeSupermap+EVC4Supermap Deskpro图15：系统软件及平台1）应急疏散与救援指挥子系统应急疏散与救援指挥子系统基于Supe
25、rmap objects平台，使用Visual C#进行开发。应急疏散与救援指挥远程报警及控制模块疏散引导控制模块引导信号生成模块实时监控及命令控制模块传感器探测及报警系统自检模块电源管理模块通讯网关图16：应急疏散与救援指挥子系统功能模块应急疏散与救援指挥子系统负责调配整个系统的资源与命令控制，实现了系统的软件职能。其内置了空间数据库引擎技术SuperMap SDX+。空间数据可根据实际系统应用规模存储于本地文件或Oracle等数据库。Supermap Object提供了数据访问及互操作、数据编辑与处理、数据管理、基于矢量的空间分析等功能。在此基础上，根据应急疏散与救援指挥的需要，进行二次功
26、能开发。基于数据访问及互操作、数据编辑与处理功能的开发，为建筑物空间结构数字化提供了可能，生成供应急疏散与救援指挥的电子地图。通空间数据引擎SDX+，直接访问多源的GIS、CAD、RS及通用影像格式等的数据。尤其是目前工程中广泛使用的CAD图纸，可将其高效的转化为供系统使用的电子地图。在电子地图上对传感器、引导设备、交换机、控制分站以及相关线路等进行配置。基于矢量的空间分析提供了路径分析、最近设施分析等功能，包括最佳路径分析，可以根据实际应用需求，灵活设置转向表、障碍点和障碍边、交通规则等参与到路径分析中，支持将分析结果输出为行驶导引。在此基础上进行二次开发，实现了路线生成、火情分析等功能。例
27、如，根据电子地图中的设备空间配置情况，结合传感器阵列反馈的火情信息，确定火情范围，并分析各种路线组合中的逃生（或救援）成功概率，将分析结果输出为引导路线，及对路线中相关设备的命令控制。此外，应急疏散与救援指挥子系统设计有外部系统接口，负责与外界的信息交换，传送报警信息和火情实况信息，并提供了外部控制接口，使外部救援人员在火场外了解场内信息、指挥疏散工作成为可能。图17：中控系统示意图应急疏散与救援指挥子系统运行环境为Windows操作系统，作为整个系统的中控主机，配备有备份机。工作机及备份机数据储存使用RAID1磁盘阵列，保障数据的安全稳定。2）控制分站子系统控制分站作为系统的二级控制平台，负
28、责数据的处理与交换。当中控主机与控制网络的链接中断时，其可接管控制权，控制相关引导设备的工作。图18：区域控制网络控制分站子系统是基于嵌入式GIS系统eSupermap平台，使用Microsoft eMbedded Visual C+ 4.0开发出具有数据采集与编辑功能、查询与分析功能的应用系统，并且能与中控主机进行有线通讯与无线通讯，作为其客户端工作。其主要作为应急疏散与救援指挥子系统的辅助系统进行被动工作，负责及时的将传感器的数据反馈至中控主机，并接受其引导控制命令，控制所辖区域中的引导设备工作。基于esupermap开发的控制分站子系统具有一定的基于实时火情和电子地图进行动态分析的能力，
29、主要在失去与中控主机的链接后，承担起相应控制区域的路线计算与引导工作。控制分站子系统通过802.11b无线网络与应急疏散与救援指挥子系统进行数据通讯校验，当检测出有线通讯中断时，通过无线网络进行辅助数据传输。如无法恢复通讯，则切换至主动工作模式，控制分站子系统的平台运行环境为WinCE6.0，硬件架构为ARM9。处理器为Samsung S3C2440A，主频400MHz；64M字节SDRAM；12MHz系统外部时钟源；32.768KHz的RTC时钟源； 采用5V电压供电。提供100Mbps以太网接口及485串口，用于连接中控主机和引导设备。3）地图数字化与数据维护子系统地图数字化子系统采用Su
30、permap Deskpro完成地图的数字化。支持CAD中常用的参数化设计，提供偏移、修剪、延伸、线连接、面分割、倒直角、倒圆角、旋转、曲线光滑、合并、求交、分解等编辑功能，将工程中广泛应用的CAD图纸进行处理后生成供应急疏散与救援指挥子系统使用的电子地图文件。图19：CAD图纸转换为电子地图图20：创建预置策略示意图数据维护子系统采用Supermap Deskpro完成数据的维护处理。实现了在电子地图上完成预置路线的规划、设备安置标注、引导参数设定、分析与辅助决策以及三维结构显示等功能。6.2.2实时监控与指挥1）监测工作网络是否正常（备份机、应急电源、与终端连接是否正常）；2）探测器、引导
31、设备自检；3）采集并处理探测器传回的数据，显示在监控器上；4）与其它消防系统交换数据；5）接收外部控制指挥，调整引导路线6.2.3火情报警及定位火灾中可燃物燃烧时会产生烟雾。火源与高温烟气会发出很高的热辐射。系统采用烟雾探测器与火焰探测器作为对火情的主要检测手段，也可通过消防联动系统接收火情范围、位置等信息。烟雾探测器采用光电式烟雾探测器，根据建筑物空间结构、相关隐患位置，结合系统定位火情以计算路线需要，采用组网安装方式，形成烟雾探测器阵列。火焰探测器采用矩阵型红外火焰探测器，利用红外矩阵热电传感元件，能够在其探测视野内确定火焰的角度位置。1）火情报警火情发生后，烟雾探测器捕捉到烟雾信号或火焰
32、探测器探测到火源，将报警信号传送至控制分站，控制分站接收到报警信息后将火情类型、位置等信息通过交换机网络传送至中控主机。中控主机接收到报警信息后，进入应急疏散与救援指挥状态，同时通过城市消防网络向119火灾指挥中心报警。2）火情定位多个烟雾探测器组成烟雾探测阵列，并将其位置信息记录于电子地图中。系统接收到烟雾探测器的报警信号，结合电子地图中的探测器位置，得到火情位置和范围信息。火焰探测器采用矩阵型红外火焰探测器，利用红外矩阵热电传感元件，能够在其探测视野内确定火焰的角度位置，将火源的方向、位置信息报告至系统。6.2.4防火设计及保障机制线路及设备的防火系统相关通讯和供电线缆埋设于墙壁内，防止直
33、接接触高温。线缆外层套有阻燃波纹管。激光引导疏散装置等设备采用双层防火设计，外层为防火材料，内层为钢结构。防火塑料符合可燃性UL94标准中的5VA等级。通过考察所需安装的建筑物的实际空间结构，确定设备的最佳安装位置，最大程度上避免相关设备的安全、稳定工作供电保障机制本系统采用双回路专线供电，独立于建筑物内的普通供电电路，采用防高温等设计确保在建筑物正常电源供电供电时，仍能得到外部能源的供应。2.系统设计为三级电源保障结构，主机及备份机配备有UPS电源，每一个控制区域有相应的应急电源，引导设备内置蓄电池。当外部供电中断后，系统自动启用相应区域的应急电源，如应急电源供应失效，引导设备依靠内置蓄电池
34、继续进行引导工作，确保12个小时的续航。数据通讯保障机制系统具有多种通讯方案，包括两套独立的由防火材料保护的通讯线缆和一套无线通讯系统，当火灾发生时，各通讯方案具有足够的抗高温能力，如果某一套出现了烧断的情况，另一套方案立即启动，保证通讯畅通。无线通讯负责数据的校验与辅助通讯，当有线通讯中断后，系统能及时的通过无线通讯网（由无线中继节点和终端组成）检测出相关中断区域，并启用无线通讯网进行数据的交换与处理。系统权限保障机制系统设计为三层控制网络结构。当火灾发生时，中控主机如失去对网络的控制，控制权移交至控制分站，由其负责相应区域的数据处理与控制任务；当控制分站失去对其区域设备的控制后，相应的引导
35、设备依靠其预置的工作策略与参数自主进行引导工作。6.2.5远程报警及通讯系统接到火情报警信息启动应急疏散后，同时将火警信息通过电话线、光纤等通讯线路传送至城市消防控制中心。消防人员利用城市消防网络可远程了解实时火情，调整路线与引导信号，指挥疏散与救援工作。当探测到火灾信号时，系统通过RS-485、RJ-11等预留接口和建筑物内的其它消防系统交换数据，共享火情信息，实现联动控制。6.3引导信号的生成6.3.1空间分析及设备安置鉴于系统的工作空间有多种结构，例如通道、大厅、地下室、走廊。为了使系统能更好的适应相应工作环境发挥最大引导效果，需根据实际空间结构制定引导方案，安置疏散指示设备。疏散指示设
36、备主要有激光引导疏散指示装置和全息激光疏散标示装置组成。1）激光引导疏散指示装置激光引导疏散指示装置产生的引导信号为多条静止呈放射状的引导光束，其交点即为光源，以此来决定引导方向，引导人员向光源处移动。特点是穿透力强、光束远距离引导效果较好，适宜在狭长空间中安置使用。单束激光在视角位于030之间时可视效果最佳，实际工作中采用多束激光集合的方式，扫描振镜的横向工作范围一般为30。图21：激光束引导工作范围对于平行度较好的通道区域，可以采用在通道尽头安置激光引导疏散指示装图22：通道内设备安装示意图置的方法，一般是两尽头处各安装一台激光引导疏散指示设备。其在通道内产生多条引导激光，起到引导效果。两
37、台设备可以满足疏散与救援双向要求使用。在两条通道连接处的转角，可以选择两种安装方式：1.两个通道各安装一台激光引导疏散指示装置，对相对方向进行引导；2.拐角顶端处安装一台装置，通过设置引导信号分别对两通道进行引导。图23：拐角处的两种安装方式图24：开放空间内多台装置的安装示意图对于开放空间，如大厅等，可采用多台装置分别安置，确保引导光束范围覆盖空间。2）全息激光疏散标示装置激光引导疏散指示装置在大型空间中的安装应用较复杂，需安装多台设备等。采用全息激光疏散标示装置，其产生的三维引导标志可以较容易的被各个方向的观察者所识别，有效改善了原有激光引导疏散指示装置大型空间中设置复杂、灵活性不足的问题
38、。可以满足宽广空间、十字或T字型岔口处的引导疏散需要。全息激光疏散标示装置产生的引导信号为二维图形与扫描光束构成的三维引导标志。图25：T型岔口处安装示意图图26：十字型岔口安装示意图图27：宽阔空间中安装工作示意图6.3.2疏散路线与救援路线系统设计功能包括引导人员疏散撤离和引导救援人员进入救援。针对疏散和救援两种不同引导来调整引导装置的设定，制定出疏散路线与救援路线。疏散路线与救援路线既可以系统预置设定，也可以由人工控制实时改变设定。1）疏散路线系统根据探测到的着火点位置、火势大小、烟雾范围等信息评估路线的安全性、疏散时间，制定出相对安全、迅速的最佳路线引导人员撤离建筑物。图28：火源范围
39、（红色）探测及避险路线系统通过烟雾探测器和火焰探测器确定火源的位置和起火范围，调整引导光束的射向和数量，引导人员避开危险区域行进，最终达到避险的目的。图29：通道内引导效果图激光引导疏散指示装置所发出的扇形放射状光束决定其引导方向，激光束交汇处即光源处为疏散方向。疏散时，将疏散方向的激光引导疏散指示装置启动，关闭逆向的激光引导疏散指示装置，使引导方向单一化。被困人员由于趋光性本能向光源处移动撤离（即光束交汇处），而经过训练的救援人员则逆向进入（即光束放射方向）。系统通过控制疏散路线上的引导设备，以接力传递的方式引导被困人员撤离。全息激光疏散标示装置通过改变其三维引导标志的文字、图形，显示疏散指
40、示信息，达到引导人员疏散的目的。图30：疏散路线示意图上图中，系统此时处于疏散引导状态，打开撤离方向的激光引导疏散指示装置，全息激光疏散标示装置（红色）产生疏散引导标志，反向的引导设备关闭。2）救援路线救援路线主要作用为引导外部救援人员进入火场等事故区域，解救被困人员等。火灾发生时，被困人员通过房间内安装的呼救器或其它方式向救援人员报告位置。对于激光引导疏散指示装置，其设备的开启与疏散引导状态的设置相反，引导救援人员进入救援区域方向的激光引导疏散指示装置开启，位于反方向的装置关闭。被困人员通过建筑物中的按压式报警装置等标明其位置，系统接收到位置信息后计算出供救援人员解决的路线。全息激光疏散标示
41、装置通过改变三维引导标志的文字、图形信息，指示被困人员的位置，引导救援人员进入解救。图31：救援路线示意图图31中，系统此时处在救援引导状态，打开救援进入方向的激光引导疏散指示装置，全息激光疏散标示装置（示意图中的红色方块）产生救援信息标志。反向的激光引导疏散指示装置关闭。3）路线设计疏散路线和救援路线可以通过主机的控制台进行设计。根据建筑物空间结构，人工制定引导规则（激光器的开关、三维引导标志的类型，可以是图形、文字）。控制台同时设计有自动设计规划疏散路线和救援路线的功能，依靠其内置储存的建筑物电子地图，计算最佳路线，控制路线上激光器的工作状态、引导标志的类型，生成引导规则。系统处于自动工作
42、状态时，当需要疏散或救援时，调用预置的引导规则文件。实时监控状态下，烟感、温感探测器的数据实时调整路线，同时也可以人工设定制定路线，指挥救援工作。6.3.3引导信号的设置系统处于引导工作状态时，需要根据不同用途（疏散、救援）制定相应的引导信号。激光引导疏散指示装置产生引导信号为多条呈放射状的引导光束，而全息引导疏散标示装置产生的是三维引导标志。因此需根据实际用途和工作环境设置相应的引导信号。1)激光引导疏散指示装置激光引导疏散指示装置中负责扫描的机械部件主要是X-Y双轴步进电机。通过控制步进电机偏转的角度来决定激光偏转角度。X-Y双轴偏转可以控制激光束在空间内的任意移动。结合激光束中断的控制（
43、扫描中对激光束通断）可以产生多束静止或移动的激光且这些光束的宽度可以通过改变激光束通断的时间来实现，光束相对于X轴或Y轴的偏转角度主要由步进电机步数决定。引导数据格式：X step(X轴步进电机移动步数) Y step（Y轴步进电机移动步数）；L 0/1（0或1控制激光束的通断）Move为一个移动矢量函数一个矢量移动单位为：L(0/1);Move(X step，Y step)；delay()X step与Y step的“正” “负”决定步进电机偏转方向（顺时针或逆时针），假定正为顺时针。L（0）可以表示为激光器关闭，无激光束照射到步进电机振镜上；L（1）表示激光器开启，激光束照射到步进电机振镜
44、上。例如：L(0);Move(30，-40);表示为X轴步进电机正转30步，Y轴步进电机反转40步，此过程中没有激光束输出。图32：示意图输出多条光束时，按照“通”“断”设计引导信号。两条相邻光束间的连接矢量移动时，关闭激光器输出，当到达预定光束位置时，打开激光器输出，并停留一定时间，最终生成多条扫描光束的引导信号。输出单一光束的引导程序：L(0);Move(30,-40);delay(2) L(1);delay(5);L(0);Move(-20,10);delay(2)/delay为延迟，delay(5)是单一激光束的照射时间，即此时有一条激光束射出；delay(2)是扫描过程中步进电机每次
45、偏转间的延迟，延迟需根据步进电机参数来设定，延迟过短会造成丢步现象，不利于扫描系统的稳定工作。图33：多条引导光束的生成示意图引导程序中步进电机按一定的扫描频率工作，一般在10KHz以下，整个引导信号的帧率由偏转角度大小、激光束数目等条件所决定。激光束数目越少、工作范围越窄，帧率越高，单位空间内的激光能量密度较高，可视度增强。信号设置中需根据实际空间的结构确定相应的激光束数目等工作参数。图34：多条引导光束工作效果图2）全息激光引导标示装置全息激光引导标示装置产生的引导信号为三维引导标志，由高速扫描产生的二维图形和扫描光束构成。二维图形可以包含文字等信息，其具体设定由疏散或救援等目的决定。引导信号的主要部分为二维图形，由高速扫描状态下的振镜产生，其采用矢图35：绘制的引导信号量绘制图形，可以提高图形扫描帧率，减小数据量。输出的二维图形和产生二维图形的扫描光束构成三维引导标志，
