一種具有定位功能的智能疏散指示系統及疏散方法
【專利摘要】本發明涉及一種具有定位功能的智能疏散指示系統及疏散方法；系統由逃生RFID標簽、定位疏散指示節點、信息處理傳輸終端和監控顯示終端四部分組成；本發明為實現獲取被困人員逃生過程中的位置信息、疏散指示節點信息等搭建了一個實施硬件平臺，解決監控中心對建筑物內被困人員在逃生過程中的位置信息的實時獲知，并可以根據人員位置、火源位置等信息綜合控制疏散指示節點顯示方向，進而在人員密集場所實現人員分流疏散，同時為救援行動提供決策支撐。該系統集疏散指示和定位功能為一體，大大節約了工程成本。系統還可以實現遠程控制，更加貼合消防實際，實用程度更高。還可通過改變無線信號功率大小，可調節監控范圍。系統使用更加靈活。
【專利說明】一種具有定位功能的智能疏散指示系統及疏散方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及建筑消防物聯網領域，特別涉及一種基于智能疏散指示燈具的室內定 位系統。適用于必須安裝消防疏散指示系統的建筑，用于火災救援中建筑物內人員定位及 疏散。

【背景技術】
[0002] 當前，我國正處于經濟、社會的高速發展時期，各類致災因素明顯增多，災害規模 不斷擴大，尤其是高層、超高層建筑等人員密集場所，一旦發生火災，在外界救援力量到達 前，明確逃生路線，迅速找到安全出口，及時展開逃生自救是避免慘劇發生的關鍵所在。
[0003] 智能疏散指示系統是在建筑物內分布安裝、集中控制的用于人員逃生疏散的方向 指引系統，被困人員可按照指示燈標示的方向快速找到消防安全出口；同時，系統可根據火 災報警控制系統對火災位置的定位，智能實時控制指示方向，指引人員疏散，對批量人員緊 急疏散起到一定的作用。
[0004] 但智能疏散指示系統在實際使用過程中，仍存在一些問題。
[0005] 1.只能讓被困人員自由疏散，能見度很低時，無法看到或分辨清楚指示方向，導致 疏散系統失效。
[0006] 2.大量人員疏散時，容易產生踩踏等傷亡事件，外部控制缺少實際的人員分布情 況做參考，分流指揮效果不理想。
[0007] 3.疏散指示系統對于具有逃生能力的人行之有效，但當人員出現暈倒或失去逃生 能力后，疏散指不系統完全失效。
[0008] 解決以上問題，關鍵是監控中心可實時獲知被困人員在建筑內的位置信息。目前， 可以實現室內人員定位的技術大多是根據信號傳輸的強度和傳輸時間進行定位，理論上具 有較高的定位精度，但在實際實施過程中，由于遮擋、反射、溫漂等環境因素影響，往往誤差 較大，同時所需的復雜的配套設施也大大增加了系統的工程造價。
[0009] 如果能通過一種手段，在消防疏散指示系統的基礎上增加人員定位功能，使被困 人員在按照疏散指示逃生的同時，監控中心能實時獲知所有人員的位置信息，根據這些信 息可做出合理控制疏散方向指示，實現分流控制。同時，還可實時定位失去逃生能力的被困 人員，并對其展開準確營救；對人員密集的地方，可快速增援救援力量；對進入現場的消防 員也可實時定位。這些功能的擴展將進一步提高消防疏散指示系統的實用效果，也將為滅 火救援行動提供重要的決策依據。


【發明內容】

[0010] 本發明的主要目的在于提供一種具有RFID人員定位功能的智能疏散系統。并給 出定位方法及疏散方案。著重解決監控中心對建筑物內被困人員在逃生過程中的位置信息 的實時獲知，并根據人員位置、火源位置等信息綜合控制疏散指示節點顯示方向，進而在人 員密集場所實現人員分流疏散，同時為救援行動提供決策支撐。 toon] 本發明的目的是通過下述技術方案實現的： 一種具有定位功能的智能疏散指示系統，其特征在于：由逃生RFID標簽、定位疏散指 示節點、信息處理傳輸終端和監控顯示終端四部分組成； 所述的逃生RFID標簽與定位疏散指示節點之間通過射頻信號進行數據通信；信息處 理傳輸終端與各定位指示節點間采用485總線通信，并與監控顯示終端通過有線/無線傳 輸數據。
[0012] 所述的逃生RFID標簽，為有源RFID標簽，由主控制器I、天線匹配模塊、電源管理 模塊I、數據存儲模塊組成；所述的電源管理模塊I為各模塊供電；所述的主控制器I采用 內置EZRadioPRO射頻收發模塊的SILI0N-LAB系列芯片SI1013,天線匹配模塊與主控制器 I的射頻收發模塊通過預留10接口連接；所述的數據存儲模塊通過SPI接口與主控制器I 連接。
[0013] 所述的定位疏散指示節點，由主控制器II、RFID收發模塊、RS485通信模塊、顯示 模塊和電源管理模塊II組成；所述的主控制器II，采用SI1000芯片；RFID收發模塊由射頻 收發控制器和外圍驅動電路構成；RS485通信模塊主要包括MAX485芯片及其外圍電路；顯 示模塊包括顯示面板和驅動電路，與主控制器II通過10和UART接口連接。
[0014] 所述的信息處理傳輸終端為嵌入式裝置，由主控制器模塊III、電源管理模塊 111、485通信模塊和遠程通信模塊組成；所述的主控制器III采用ARM控制器LPC1769 ;遠 程通信模塊與主控制器III之間通過UART接口連接；電源管理模塊III采用LM2596芯片， 分為3. 3V和5V兩路輸出，分別為主控制器III和485通信和遠程通信模塊供電；485通信 模塊包括485芯片和驅動電路，通過485接口與定位疏散節點連接。
[0015] 一種前述的具有定位功能的智能疏散指示系統的疏散方法，其特征在于，步驟如 下： (1) 智能疏散指示系統根據火災報警控制器上傳的火源、濃煙區位置信息，劃分出危險 區域和安全區域，監控顯示終端通過信息處理傳輸終端對危險區域內的定位疏散指示節點 發起指令，使得定位疏散指示節點變為指定顏色進行標示； (2) 監控顯示終端通過信息處理傳輸終端對危險區域內的定位疏散指示節點發起指 令，按照就近原則，修改定位疏散指示節點指示方向，按照由危險區到安全區的順序對節點 進行遞增編號，提示逃生路線，引導逃生人員按照編號增長的方向行進，快速找到出口； (3) 監控顯示終端，實時接收逃生RFID標簽的數據信息，并在監控位置圖上實時顯示 標簽的位置變化情況，確定標簽的大致位置； (4) 系統采集被困人員位置信息，根據已獲知的被困人員位置信息，計算出各逃生通道 的人流密度，在人流密度較高的區域，提示另外一條逃生通道，進行分流疏散；并部署消防 力量進入人員密集的區域，進行有效疏散； (5) 根據現場危險源位置及濃煙流動趨勢，實時調整各區域危險等級、重新生成相應的 逃生路線，并改變各疏散指示節點的危險等級指示、逃生方向指示和編號。
[0016] 本發明的有益效果：本發明智能疏散指示系統采用上述結構，為實現獲取被困人 員逃生過程中的位置信息，疏散指示節點等信息搭建了一個實施硬件平臺，解決監控中心 對建筑物內被困人員在逃生過程中的位置信息的實時獲知，并可以根據人員位置、火源位 置等信息綜合控制疏散指示節點顯示方向，進而在人員密集場所實現人員分流疏散，同時 為救援行動提供決策支撐。該系統集疏散指示和定位功能為一體，相互彌補了各自系統的 缺點，一方面，解決了以往定位產品的供電和定位節點的位置信息獲取問題；另一方面，為 疏散路線制定增加了人員位置決策量，使路線制定更加科學。大大節約了工程成本。該系 統還可以實現遠程控制，通過控制顯示內容及樣式變化實現疏散路線制定和危險區域等級 劃分，系統更加貼合消防實際，實用程度更高。還可通過改變無線信號功率大小，可調節監 控范圍。系統使用更加靈活。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是定位疏散系統結構框圖。
[0018] 圖2是逃生RFID標簽硬件結構圖。
[0019] 圖3是定位疏散指示節點硬件結構圖。
[0020] 圖4是定位疏散指示節點面板設計圖。
[0021] 圖5是信息處理傳輸裝置硬件結構圖。
[0022] 圖6是本發明定位實施過程的數據處理流程圖。
[0023] 圖7是本發明疏散方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0024] -種具有定位功能的智能疏散指示系統，由逃生RFID標簽1、定位疏散指示節點 2、信息處理傳輸終端3和監控顯示終端4等四部分組成。
[0025] 系統結構框圖見附圖1。逃生RFID標簽1由逃生人員攜帶，該標簽與個人一一對 應，存儲有個人的基本信息；定位疏散指示節點2按照建筑消防設計規范安裝在逃生通道 指定位置，如過道、樓梯、拐角、安全門等；信息處理傳輸終端3按監控區域安裝在具有網絡 環境的位置，一定區域內的定位疏散指示節點2均通過485總線方式連接至該區域的信息 處理傳輸終端，信息處理傳輸終端3通過有線或3G、wifi方式與監控顯示終端4互聯互通。
[0026] 當攜帶逃生RFID標簽1的逃生人員在該區域移動時，標簽被距離其最近的定位疏 指示散節點2識別并連同自身編號上傳至信息處理傳輸終端3,經分析處理后通過有線或 無線方式上傳至監控顯示終端4,監控顯示終端4部署在監控中心，通過圖顯控制技術實時 顯示該標簽的位置變化情況。另外，監控顯示終端4可統一編程控制各定位疏散節點的顯 示內容、顯示形式，使逃生人員通過定位疏散節點有效識別危險區域，確定逃生路線。
[0027] 對于大型建筑，由于定位疏散指示節點數量眾多，而每個信息處理傳輸終端處理 能力有限，一般可部署多臺信息處理傳輸終端。每臺信息處理傳輸終端監控一個連通區域。 定位疏散指示節點及信息處理傳輸終端均按照消防建筑疏散指示系統相關規范要求供電， 傳輸線纜部署具有規定的防護級別，確保應急狀態下系統應能正常工作。
[0028] 所述的逃生RFID標簽1 :如圖2所示，該標簽為有源RFID標簽，由主控制器I 11、 天線匹配模塊12、電源管理模塊I 13、數據存儲模塊14等模塊組成。其中主控制器I 11 采用SILI0N-LAB系列芯片SI1013,內置EZRadioPRO射頻收發器模塊，支持24(Γ960ΜΗΖ的 無線傳輸頻率；天線匹配模塊12連接主控制器I 11的射頻收發模塊，通過射頻輸出，實現 數據在433ΜΗΖ范圍內的射頻收發；電源管理模塊I 13采用3. 3V鋰電池供電，正常使用壽 命不低于2年；數據存儲模塊可存儲各類相關靜態信息。逃生RFID標簽1與定位疏散指示 節點2之間通過相同頻、組號的射頻信號在一定范圍內可進行數據通信，喚醒識別距離可 通過修改其發射功率來設定，上傳信息包括標簽的編號、電量、信號功率等。
[0029] 定位疏散指示節點2 :由主控制器II 21、RFID收發模塊22、RS485通信模塊23、智 能顯示模塊24和電源管理模塊II 25組成，結構框圖見附圖3。主控制器II 21采用SI1000 芯片，為3. 3V供電；RFID收發模塊22由射頻收發控制器和外圍驅動電路構成，實現與逃生 RFID標簽的匹配通信；RS485通信模塊23主要包括MAX485芯片及其外圍構成，實現指示節 點與信息處理傳輸裝置的485通信；智能顯示模塊24與主控制器II 21間通過10和UART 接口通信，實現主控制器II 21對顯示內容及形式的控制。智能顯示模塊24中面板包括方向 指示圖標、逃生序列編號顯示區、安全等級顯示區。方向指示圖標采用當前標準規定樣式， 逃生序列編號顯示區和安全等級顯示去在面板的中間位置，顯示內容可通過監控顯示終端 統一控制編輯。其中逃生序列編號是按照逃生路線由危險到安全逐一增加，逃生時，可按照 編號增長的方向前進；安全等級分為安全和危險兩個等級，分別采用綠色和紅色兩種顏色 區分，可根據實際情況由監控顯示終端控制顯示。面板設計見附圖4。一定范圍的同頻組 逃生標簽信息被RFID收發模塊22采集并傳輸至主控制器II 21模塊；主控制器II 21模塊 對信息進行處理后通過485總線以查新方式被動上傳至信息處理傳輸終端。同時，主控制 Π 21模塊通過485總線方式接收外部控制命令，直接控制智能顯示信息，包括啟停、顯示形 式、樣式等。
[0030] 信息處理傳輸終端3 :為嵌入式裝置，包括主控制器III 31、電源管理模塊III 32、485 通信模塊33和遠程通信模塊34。其中電源管理模塊III 32中采用DC12V輸入，經穩壓、降壓 后轉換后為3. 3V和5V兩路輸出，其中3. 3V為主控制器III 31供電，5V為遠程通信模塊34 和485通信模塊33提供電源。主控制器III 31采用低功耗嵌入式控制器LPC1769,控制器內 嵌以太網控制模塊，外部經過以太網收發器、網絡變壓器和RJ45網絡接口等器件實現以太 網有線通信。遠程通信模塊34支持GPRS和3G無線數據通信，與主控制器III 31之間通過 UART接口連接。信息處理傳輸終端3與各定位疏散指示節點2間采用485總線通信，信息 處理傳輸終端3采用485查詢方式按周期讀取各定位疏散指示節點的RFID標簽信息，并經 過智能算法判斷標簽的位置移動與變化，并根據現場環境選擇有線或無線方式將變化信息 上傳至監控顯示終端；同時，信息處理傳輸終端還可接收由監控顯示終端下發的各種控制 命令，改變各定位疏散指示節點的啟停、顯示內容、顯示方式、顯示形式。硬件結構見附圖5。
[0031] 監控顯示終端4 :內置監控軟件，實時接收由各傳輸終端上傳的標簽變化信息，并 在監控位置圖上實時顯示標簽的位置變化情況，進而確定標簽的大致位置；監控顯示終端 4還支持數據錄入功能，包括智能疏散指示節點的基本信息，支持控制命令下發功能，包括 節點面板疏散指示信息，設置節點的RFID工作頻組信息；監控顯示終端可通過信息處理傳 輸終端對建筑內所有定位疏散指示節點發起命令，控制節點的啟停、顯示內容、顯示方式、 顯示形式等；具有逃生路線制定、區域危險等級劃分等功能。
[0032] 本系統的定位功能工作原理及實現過程： 本發明的人員定位是基于RFID定位技術，具體原理為：RFID標簽在同頻組的RFID讀 寫器監控范圍內可被識別，相反，當標簽脫離監控范圍后，讀寫器無法識別。通過控制讀寫 器的射頻發射功率可實現監控范圍的改變。
[0033] 本系統中的定位指示節點集智能控制模塊、顯示模塊、RFID定位模塊和通信模塊 于一體。
[0034] 1.逃生RFID標簽具有惟一的Rfid_ID，Rfid_ID與人員User_ID--對應，定位指 示節點具有統一編碼Note_ID，信息處理傳輸裝置具有統一編碼Sys_ID ; 2. 定位顯示終端可展示詳細的各定位指示節點位置信息； 3. 攜帶逃生標簽（Rfid_ID)的被困人員（User_ID)在到達定位指示節點（Note_ID)監 控范圍后，被定位指示節點自動識別。定位指示節點將該Rfid_ID、Note_ID、時間等信息按 照既定協議上通過RS485總線上傳至信息處理傳輸終端； 4. 信息處理傳輸終端接收后進行解析，并與該標簽的最新歷史狀態進行逐一對比：如 果當前逃生標簽（Rfid_ID)包含在歷史列表中，則認為被困人員（User_ID)仍停留在該定 位疏散節點（Note_ID)的監控范圍；否則當前標簽為新進入監控范圍，應及時將Rfid_ID、 Note_ID、Sys_ID、時間的信息按照既定協議上傳至監控顯示終端；在比較完所有當前標簽 后，歷史狀態中除當前標簽外的其它標簽認為已經脫離該監控范圍，應上報其脫離時間，并 在歷史列表中刪除該類標簽信息； 5. 監控顯示終端在接收到信息處理傳輸終端上傳的信息后，根據協議解析，并在監控 位置圖中改變當前定位疏散節點（Note_ID)的顯示形式：將攜帶該標簽的人員（User_ID) 增加在當前定位指示節點監控范圍內或從當前節點移除； 6. 人員移動過程中，RFID標簽不斷脫離當前節點監控范圍進入下一個節點監控范圍， 監控位置圖上監控節點內當前的被困人員也隨之改變，從而直觀、準確的掌握人員位置。
[0035] 本系統的定位實施過程的具體數據處理流程如圖6所示。
[0036] 應用本發明具有定位功能的智能疏散指示系統的疏散方法，其流程如圖7所示， 步驟如下： (1) 智能疏散指示系統根據火災報警控制器上傳的火源、濃煙區位置信息，劃分出危險 區域和安全區域，監控顯示終端通過信息處理傳輸終端對危險區域內的定位疏散指示節點 發起指令，使得定位疏散指示節點變為指定顏色進行標示； (2) 監控顯示終端通過信息處理傳輸終端對危險區域內的定位疏散指示節點發起指 令，按照就近原則，修改定位疏散指示節點指示方向，按照由危險區到安全區的順序對節點 進行遞增編號，提示逃生路線，引導逃生人員按照編號增長的方向行進，快速找到出口； (3) 監控顯示終端，實時接收逃生RFID標簽的數據信息，并在監控位置圖上實時顯示 標簽的位置變化情況，確定標簽的大致位置； (4) 系統采集被困人員位置信息，根據已獲知的被困人員位置信息，計算出各逃生通道 的人流密度，在人流密度較高的區域，提示另外一條逃生通道，進行分流疏散；并部署消防 力量進入人員密集的區域，進行有效疏散； (5) 根據現場危險源位置及濃煙流動趨勢，實時調整各區域危險等級、重新生成相應的 逃生路線，并改變各疏散指示節點的危險等級指示、逃生方向指示和編號。
[0037] 該系統還可以針對危險區域通過增加定位指示節點射頻發射功率擴大監控范圍， 統計尚未脫離危險人數；對于該類人員要盡快部署消防力量展開救援；當消防員進入火場 進行救援行動時，指揮員可通過實時獲知消防人員當前位置信息，快速指引其到達事發現 場。
[0038] 該系統能夠實現以下功能： 1. 具有疏散指示系統的基本功能。正常狀況下，定位指示節點標示建筑內消防逃生路 線. 2. 當被困人員經過定位指示節點時，監控顯示終端可實時獲知該人員的基本信息及所 處的節點位置； 3. 監控顯示終端可檢測到被困人員到達該指示節點的時間、離開時間和停留時間； 4. 對人流密度較高的節點、對靜止不動的逃生標簽進行報警提示； 5. 定位指示節點具有強光閃爍功能，在能見度較低情況下提示被困人員到達附近； 6. 監控顯示終端可控制定位指示節點的顯示方式和顯示內容。統一編程，生成逃生路 線. 7. 消防員可攜帶逃生標簽進入，顯示終端可實時監控消防員行進路線，確保其快速到 達指定地點； 8. 監控顯示終端可通過改變發射功率控制各定位指示節點的定位范圍。
【權利要求】
1. 一種具有定位功能的智能疏散指示系統，其特征在于：由逃生RFID標簽、定位疏散 指示節點、信息處理傳輸終端和監控顯示終端四部分組成； 所述的逃生RFID標簽與定位疏散指示節點之間通過射頻信號進行數據通信；信息處 理傳輸終端與各定位指示節點間采用485總線通信，并與監控顯示終端通過有線/無線傳 輸數據。
2. 根據權利要求1所述的一種具有定位功能的智能疏散指示系統，其特征在于： 所述的逃生RFID標簽，為有源RFID標簽，由主控制器I、天線匹配模塊、電源管理模塊 I、數據存儲模塊組成；所述的電源管理模塊I為各模塊供電；所述的主控制器I采用內置 EZRadioPRO射頻收發模塊的SILION-LAB系列芯片SI1013,天線匹配模塊與主控制器I的 射頻收發模塊通過預留10接口連接；所述的數據存儲模塊通過SPI接口與主控制器I連 接。
3. 根據權利要求1所述的一種具有定位功能的智能疏散指示系統，其特征在于：所述 的定位疏散指示節點，由主控制器II、RFID收發模塊、RS485通信模塊、顯示模塊和電源管 理模塊II組成；所述的主控制器II，采用SI1000芯片；RFID收發模塊由射頻收發控制器和 外圍驅動電路構成；RS485通信模塊主要包括MAX485芯片及其外圍電路；顯示模塊包括顯 示面板和驅動電路，與主控制器II通過10和UART接口連接。
4. 根據權利要求1所述的一種具有定位功能的智能疏散指示系統，其特征在于：所述 的信息處理傳輸終端為嵌入式裝置，由主控制器模塊III、電源管理模塊ΠΙ、485通信模塊 和遠程通信模塊組成；所述的主控制器III采用ARM控制器LPC1769 ;遠程通信模塊與主控 制器III之間通過UART接口連接；電源管理模塊III采用LM2596芯片，分為3. 3V和5V兩 路輸出，分別為主控制器III和485通信和遠程通信模塊供電；485通信模塊包括485芯片 和驅動電路，通過485接口與定位疏散節點連接。
5. -種應用權利要求1所述的具有定位功能的智能疏散指示系統的疏散方法，其特征 在于，步驟如下： (1) 智能疏散指示系統根據火災報警控制器上傳的火源、濃煙區位置信息，劃分出危險 區域和安全區域，監控顯示終端通過信息處理傳輸終端對危險區域內的定位疏散指示節點 發起指令，使得定位疏散指示節點變為指定顏色進行標示； (2) 監控顯示終端通過信息處理傳輸終端對危險區域內的定位疏散指示節點發起指 令，按照就近原則，修改定位疏散指示節點指示方向，按照由危險區到安全區的順序對節點 進行遞增編號，提示逃生路線，引導逃生人員按照編號增長的方向行進，快速找到出口； (3) 監控顯示終端，實時接收逃生RFID標簽的數據信息，并在監控位置圖上實時顯示 標簽的位置變化情況，確定標簽的大致位置； (4) 系統采集被困人員位置信息，根據已獲知的被困人員位置信息，計算出各逃生通道 的人流密度，在人流密度較高的區域，提示另外一條逃生通道，進行分流疏散；并部署消防 力量進入人員密集的區域，進行有效疏散； (5) 根據現場危險源位置及濃煙流動趨勢，實時調整各區域危險等級、重新生成相應的 逃生路線，并改變各疏散指示節點的危險等級指示、逃生方向指示和編號。
【文檔編號】A62B3/00GK104083831SQ201410361121
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月26日 優先權日:2014年7月26日
【發明者】楊樹峰, 王軍, 馬青波, 隋虎林, 范玉峰, 姜學赟, 李志剛, 張迪, 喬培玉 申請人:公安部沈陽消防研究所