挑战杯 发明制作类 全国特等奖作品汇编

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1、基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统来源：第十二届“挑战杯”作品小类：机械与控制大类：科技发明制作B类简介：我国是一个火灾多发的国家，2010年仅上半年全国发生火灾73317起，死亡656人，直接财产损失7.9亿元。本作品有效的解决了楼宇、隧道及公共场所火灾时期被困人员疏散和应急救援的难题：实现了对建筑物的实时动态监控，根据烟感、温感等反馈的数据，结合内置电子地图等信息自动计算出最佳疏散、救援路线并控制激光引导设备工作，安全迅速引导人员疏散，最大程度降低人员伤亡。已获得国家专利，具有广阔的推广应用前景。详细介绍：一、作品

2、设计、发明的目的和基本思路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，直接财产损失79290.7万元。2008年11月14日，上海商学院女生宿舍发生火灾，4名女生在众多师生的注视下从6楼跳下当场身亡的惨状至今记忆犹新。一次又一次的惨痛教训逼迫着人们对火灾的预防、控制、逃生以及救援等各...(查看更多)个方面进行研究。2.作品设计、发明的目的火灾造成重大伤害原因包括两个方面，一个是热，另一个是火灾产生的有毒烟气。火灾时期产生的大量有毒有害

3、烟气一方面使人们无法正确寻找逃生路径，另一方面使人们心里产生了恐惧而做出跳楼等非理性行为，因而，烟雾是火灾事故中导致人员伤亡的主要因素。当今的火灾疏散引导设备普遍存在烟雾环境下照度低、穿透性差、可视度低的问题，无法满足消防安全的需要。同时目前没有一套可以针对实时火情生成疏散、救援路线的消防疏散引导系统。本作品有效的解决了这一难题，根据火情自动计算出最佳逃生和救援路线，利用激光技术动态指引被困人员逃生和救援人员施救，为降低火灾造成的人员伤亡提供了有效的解决方案。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

4、、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。利用人体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。45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、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。二、系统网络拓扑该系

5、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，采用综合运用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息的目的。本系统使用的引导设备为激光引导疏散指示装置和全息激光疏散标示装置。通过激光扫描振镜生成程控引导光束或三维指示标志，并针对空间结构与实时火情调整引导参数，避开火源等危险区域。三、系统原理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

6、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。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轴反射两次偏转投射。

7、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。四、系统设计方案1.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，负责报警和测控实时火情信息；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

8、，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。2.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