基于傳感器實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的地鐵火災(zāi)逃生系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軌道交通消防安全領(lǐng)域，具體涉及一種基于傳感器實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的地鐵火災(zāi)逃生系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著我國軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展，地鐵給人們出行帶來了極大便利，同時，由于地鐵火災(zāi)事故的頻繁發(fā)生，也造成了大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失。城市地鐵一般具有深埋地下、電器設(shè)備較多、人員高度集中、建筑結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、疏散路線較長、通風(fēng)條件差等特點，一旦發(fā)生火災(zāi)，撲救任務(wù)將非常艱巨。特別是火災(zāi)發(fā)生時，乘客容易產(chǎn)生恐慌，有的乘客盲目跟隨他人逃生，爭先恐后涌向同一出口造成出口擁堵，不僅影響逃生速度，甚至可能導(dǎo)致踩踏事故；有的乘客傾向于從自己較熟悉的線路逃生，但可能因不了解火情發(fā)生區(qū)域而選擇了錯誤逃生路線，從而出現(xiàn)傷亡；有的乘客不熟悉站內(nèi)環(huán)境，加上火災(zāi)時產(chǎn)生的大量濃煙，乘客可能迷失方向，找不到安全出口而錯失逃生機會。所以對乘客來說，逃生路線選擇不當(dāng)，被困受害的可能性也會隨之增加。
[0003]目前，地鐵火災(zāi)發(fā)生時的人員安全疏散方法主要有通過安裝在通道的指向安全出口的指示燈進(jìn)行疏導(dǎo)和人工疏導(dǎo)。
[0004]指示燈顯示的是靜態(tài)信息，不會隨著火災(zāi)蔓延趨勢進(jìn)行變化，假如在火勢蔓延過程中，逃生路線被火災(zāi)阻塞，指示燈可能將乘客引導(dǎo)到危險區(qū)域。而且，指示燈指示的逃生方向沒有有效考慮人員的擁堵情況對疏散的影響，從而可能導(dǎo)致局部區(qū)域的擁堵，降低疏散效率。另外，岔路口處可能有多個指示燈，乘客無法判斷最安全方向。
[0005]人工疏導(dǎo)方式也有缺點，疏導(dǎo)工作人員不一定能及時到位，而且不能實時掌握站內(nèi)人流信息和火災(zāi)擴散信息，并且疏導(dǎo)工作人員也存在生命危險。
[0006]另外，目前的火災(zāi)疏散方法主要針對人群疏散，對個體如老人、小孩、殘疾人等考慮不足，容易造成不必要傷亡；當(dāng)個別乘客受困時，難以在最短時間內(nèi)找到受困乘客進(jìn)行救援。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出了一種可顯著提高火災(zāi)疏散效率的、基于傳感器實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的地鐵火災(zāi)逃生系統(tǒng)及方法。
[0008]本發(fā)明采用傳感器實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)收集地鐵站出口線路上的人流量信息、實時監(jiān)測地鐵站內(nèi)環(huán)境信息，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時結(jié)合乘客當(dāng)前位置、火情監(jiān)測信息、出口線路人流量信息為乘客制定最優(yōu)逃生路線，并推送到乘客隨身攜帶的移動終端。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0010]一、基于傳感器實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的地鐵火災(zāi)逃生系統(tǒng)，包括:
[0011]監(jiān)測裝置、控制中心、帶慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和無線傳輸系統(tǒng)的移動終端和AP集群，監(jiān)測裝置、控制中心、移動終端通過AP集群組成的WIFI網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；監(jiān)測裝置進(jìn)一步包括火情監(jiān)測裝置和人流量統(tǒng)計裝置，其中，火情監(jiān)測裝置監(jiān)測范圍覆蓋整個地鐵站，主要用于監(jiān)測地鐵站內(nèi)是否發(fā)生火情；人流量檢測裝置監(jiān)測范圍覆蓋地鐵站的進(jìn)站口、出站口、樓梯、拐角等乘客必經(jīng)處，用于統(tǒng)計人流量進(jìn)而判斷路線擁堵情況。
[0012]上述火情監(jiān)測裝置主要包括溫度檢測器、煙霧濃度檢測器、控制模塊、第一無線傳輸模塊和第一通信電路，溫度檢測器和煙霧濃度檢測器通過第一無線傳輸模塊與控制模塊進(jìn)行通信，控制模塊通過第一通信電路連接控制中心。
[0013]溫度檢測器和煙霧濃度檢測器用來采集環(huán)境的溫度信息和煙霧濃度信息等實時環(huán)境參數(shù)，并將采集的實時環(huán)境參數(shù)通過第一無線傳輸模塊傳給控制模塊；控制模塊將實時環(huán)境參數(shù)信息和預(yù)設(shè)環(huán)境參數(shù)閾值比較，判斷火情；然后通過第一通信電路將判斷結(jié)果發(fā)送至控制中心。預(yù)設(shè)環(huán)境參數(shù)閾值包括正常環(huán)境參數(shù)閾值和火災(zāi)環(huán)境參數(shù)閾值，當(dāng)實時環(huán)境參數(shù)不大于正常環(huán)境參數(shù)閾值，則判斷為無火災(zāi)發(fā)生；當(dāng)實時環(huán)境參數(shù)信息介于正常環(huán)境參數(shù)閾值和火災(zāi)環(huán)境參數(shù)閾值間，則向控制中心發(fā)送火情預(yù)警信息；當(dāng)實時環(huán)境參數(shù)大于火災(zāi)環(huán)境參數(shù)閾值，則判斷為火災(zāi)發(fā)生，向控制中心發(fā)送火災(zāi)發(fā)生信息。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時，火情監(jiān)測裝置中控制模塊會將監(jiān)測到的實時環(huán)境參數(shù)信息傳遞給控制中心，用于計算火災(zāi)發(fā)生地點和火勢蔓延信息。正常環(huán)境參數(shù)閾值和火災(zāi)環(huán)境參數(shù)閾值會根據(jù)每天監(jiān)測的環(huán)境參數(shù)信息做相應(yīng)調(diào)整，以降低氣溫變化帶來的影響。
[0014]上述人流量統(tǒng)計裝置主要包括紅外熱釋電感應(yīng)器、信號處理器、第二無線傳輸模塊和第二通信電路，紅外熱釋電感應(yīng)器通過第二無線傳輸模塊與信號處理器進(jìn)行通信，信號處理器通過第二通信電路連接控制中心。
[0015]紅外熱釋電感應(yīng)器用來專門捕捉人體信號，置于人體通過區(qū)域上方，人體會釋放特殊的紅外線信號，當(dāng)有人通過紅外區(qū)域時，紅外熱釋電感應(yīng)器吸收到紅外信號在其極化的強介電物質(zhì)表面會感應(yīng)出電荷，產(chǎn)生電壓信號的波動，即可用于人體信號檢測，從而進(jìn)行人流量統(tǒng)計處理。紅外熱釋電感應(yīng)器采集的人體紅外信號通過第二無線傳輸模塊發(fā)送至信號處理器，信號處理器對人體紅外信號采用模糊識別算法識別人體移動方向，實時統(tǒng)計通過人數(shù)，信號處理器通過第二通信電路將人體移動方向和統(tǒng)計人數(shù)發(fā)送給控制中心。
[0016]作為優(yōu)選，控制中心包括數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和顯示裝置。
[0017]數(shù)據(jù)接收模塊相當(dāng)于輸入設(shè)備，包括一組無線傳輸模塊，主要用來接收火情監(jiān)測裝置、人流量統(tǒng)計裝置和移動終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將其保存至數(shù)據(jù)存儲模塊；數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲設(shè)備信息、移動終端標(biāo)識信息、移動終端即時位置和行走速度等；顯示裝置通過人機界面根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果和地鐵站電子地圖顯示地鐵站內(nèi)擁堵信息、乘客實時位置、火災(zāi)發(fā)生位置和火勢擴散信息；數(shù)據(jù)處理模塊用于處理數(shù)據(jù)存儲模塊中數(shù)據(jù)，并計算火災(zāi)發(fā)生位置和火勢擴散態(tài)勢，估算火勢擴散到各乘客位置的時間并推到乘客攜帶的移動終端；并為各乘客制定最優(yōu)逃生路線。
[0018]上述移動終端由乘客隨身攜帶，主要為智能手機或平板電腦。移動終端連接到地鐵站的WIFI無線網(wǎng)絡(luò)后，可通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)采用基于RSSI的定位算法確定移動終端位置；通過移動終端內(nèi)置的加速度傳感器、地磁傳感器、陀螺儀傳感器組成的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)獲得乘客的位移、航向和平均移動速度，然后根據(jù)乘客的初始位置、位移、航向，依據(jù)航跡推算算法自主確定乘客的實時位置，乘客初始位置通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)獲取。將基于WIFI無線網(wǎng)絡(luò)獲取的乘客實時位置和基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)推算的乘客實時位置求加權(quán)平均作為乘客當(dāng)前位置，同時將乘客當(dāng)前位置和平均移動速度通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)上傳至控制中心。另外，乘客可以通過攜帶的移動終端下載地鐵站電子地圖，根據(jù)實時定位和電子地圖隨時掌握自己所在位置。火災(zāi)發(fā)生時，控制中心通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)向乘客攜帶的移動終端發(fā)送最優(yōu)逃生路線，乘客可根據(jù)最優(yōu)逃生路線逃離。當(dāng)乘客受困時，救援人員可根據(jù)控制中心記錄的乘客當(dāng)前位置和移動軌跡及時施救，乘客也可通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)向控制中心主動請求逃生路線和發(fā)出求救信號。
[0019]具體實施時，WIFI無線網(wǎng)絡(luò)包括多個無線接入點(AP)，采用基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的WIFI協(xié)議，WIFI信號覆蓋整個地鐵站，用于數(shù)據(jù)傳輸以及乘客精確定位。
[0020]二、基于傳感器實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的地鐵火災(zāi)逃生方法，根據(jù)監(jiān)測裝置監(jiān)測數(shù)據(jù)和地鐵站建筑結(jié)構(gòu)生成最優(yōu)逃生路線，包括:
[0021](I)將人流量統(tǒng)計裝置監(jiān)測點虛擬為建筑節(jié)點，將與隨機選取的中心點距離不大于距離閾值的乘客歸為同一人群節(jié)點；
[0022](2)根據(jù)地鐵站建筑結(jié)構(gòu)，將相鄰建筑節(jié)點相連組成邊；
[0023](3)針對各人群節(jié)點分別制定最優(yōu)逃生路線，具體為:
[0024](3a)將當(dāng)前人群節(jié)點與其相鄰的建筑節(jié)點相連組成邊，并刪除兩端點均為當(dāng)前人群節(jié)點相鄰的建筑節(jié)點的邊；
[0025](3b)設(shè)定邊權(quán)值 weight = (numX inf lul+dis tan ce X inf lu2+speedX influ3)，發(fā)生火情邊的權(quán)值設(shè)為無窮大；其中，num為邊兩端建筑節(jié)點處人流量，inf Iul為num影響因子；distance為邊兩端建筑節(jié)點間距離，influ2為distance影響因子；speed為當(dāng)前人群節(jié)點的人群平均移動速度，influ3為speed影響因子；
[0026]所述的infIul、influ2、influ3采用控制變量法確定，具