一种具有定位功能的智能疏散指示系统及疏散方法

1.一种具有定位功能的智能疏散指示系统，其特征在于：由逃生RFID标签、定位疏散指示节点、信息处理传输终端和监控显示终端四部分组成；
所述的逃生RFID标签与定位疏散指示节点之间通过射频信号进行数据通信；信息处理传输终端与各定位指示节点间采用485总线通信，并与监控显示终端通过有线/无线传输数据；所述的定位疏散指示节点，由主控制器Ⅱ、RFID收发模块、RS485通信模块、显示模块和电源管理模块Ⅱ组成；所述的主控制器Ⅱ，采用SI1000芯片；RFID收发模块由射频收发控制器和外围驱动电路构成；RS485通信模块主要包括MAX485芯片及其外围电路；显示模块包括显示面板和驱动电路，与主控制器Ⅱ通过IO和UART接口连接；
所述的逃生RFID标签具有唯一的Rfid_ID，Rfid_ID与人员User_ID一一对应，定位指示节点具有统一编码Note_ID，信息处理传输装置具有统一编码Sys_ID；
监控显示终端可展示详细的各定位指示节点位置信息；
携带逃生标签Rfid_ID的被困人员User_ID在到达定位指示节点Note_ID监控范围后，被定位指示节点自动识别；定位指示节点将该Rfid_ID、Note_ID、时间等信息按照既定协议上通过RS485总线上传至信息处理传输终端；
信息处理传输终端接收后进行解析，并与该标签的最新历史状态进行逐一对比：如果当前逃生标签Rfid_ID包含在历史列表中，则认为被困人员User_ID仍停留在该定位疏散节点Note_ID的监控范围；否则当前标签为新进入监控范围，应及时将Rfid_ID、Note_ID、Sys_ID、时间的信息按照既定协议上传至监控显示终端；在比较完所有当前标签后，历史状态中除当前标签外的其它标签认为已经脱离该监控范围，应上报其脱离时间，并在历史列表中删除该类标签信息；
监控显示终端在接收到信息处理传输终端上传的信息后，根据协议解析，并在监控位置图中改变当前定位疏散节点(Note_ID)的显示形式：将携带该标签的人员User_ID增加在当前定位指示节点监控范围内或从当前节点移除；
人员移动过程中，RFID标签不断脱离当前节点监控范围进入下一个节点监控范围，监控位置图上监控节点内当前的被困人员也随之改变，从而直观、准确的掌握人员位置。
2.根据权利要求1所述的一种具有定位功能的智能疏散指示系统，其特征在于：
所述的逃生RFID标签，为有源RFID标签，由主控制器I、天线匹配模块、电源管理模块I、数据存储模块组成；所述的电源管理模块I为各模块供电；所述的主控制器I采用内置EZRadioPRO射频收发模块的SILION-LAB系列芯片SI1013，天线匹配模块与主控制器I的射频收发模块通过预留IO接口连接；所述的数据存储模块通过SPI接口与主控制器I连接。
3.根据权利要求1所述的一种具有定位功能的智能疏散指示系统，其特征在于：所述的信息处理传输终端为嵌入式装置，由主控制器模块III、电源管理模块III、485通信模块和远程通信模块组成；所述的主控制器III采用ARM控制器LPC1769；远程通信模块与主控制器III之间通过UART接口连接；电源管理模块III采用LM2596芯片，分为3.3V和5V两路输出，分别为主控制器III和485通信和远程通信模块供电；485通信模块包括485芯片和驱动电路，通过485接口与定位疏散节点连接。
4.一种应用权利要求1所述的具有定位功能的智能疏散指示系统的疏散方法，其特征在于，步骤如下：
(1)智能疏散指示系统根据火灾报警控制器上传的火源、浓烟区位置信息，划分出危险区域和安全区域，监控显示终端通过信息处理传输终端对危险区域内的定位疏散指示节点发起指令，使得定位疏散指示节点变为指定颜色进行标示；
(2)监控显示终端通过信息处理传输终端对危险区域内的定位疏散指示节点发起指令，按照就近原则，修改定位疏散指示节点指示方向，按照由危险区到安全区的顺序对节点进行递增编号，提示逃生路线，引导逃生人员按照编号增长的方向行进，快速找到出口；
(3)监控显示终端，实时接收逃生RFID标签的数据信息，并在监控位置图上实时显示标签的位置变化情况，确定标签的大致位置；
(4)系统采集被困人员位置信息，根据已获知的被困人员位置信息，计算出各逃生通道的人流密度，在人流密度较高的区域，提示另外一条逃生通道，进行分流疏散；并部署消防力量进入人员密集的区域，进行有效疏散；
(5)根据现场危险源位置及浓烟流动趋势，实时调整各区域危险等级、重新生成相应的逃生路线，并改变各疏散指示节点的危险等级指示、逃生方向指示和编号。

一种具有定位功能的智能疏散指示系统及疏散方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及建筑消防物联网领域，特别涉及一种基于智能疏散指示灯具的室内定位系统。适用于必须安装消防疏散指示系统的建筑，用于火灾救援中建筑物内人员定位及疏散。\n背景技术\n[0002] 当前，我国正处于经济、社会的高速发展时期，各类致灾因素明显增多，灾害规模不断扩大，尤其是高层、超高层建筑等人员密集场所，一旦发生火灾，在外界救援力量到达前，明确逃生路线，迅速找到安全出口，及时展开逃生自救是避免惨剧发生的关键所在。\n[0003] 智能疏散指示系统是在建筑物内分布安装、集中控制的用于人员逃生疏散的方向指引系统，被困人员可按照指示灯标示的方向快速找到消防安全出口；同时，系统可根据火灾报警控制系统对火灾位置的定位，智能实时控制指示方向，指引人员疏散，对批量人员紧急疏散起到一定的作用。\n[0004] 但智能疏散指示系统在实际使用过程中，仍存在一些问题。\n[0005] 1.只能让被困人员自由疏散，能见度很低时，无法看到或分辨清楚指示方向，导致疏散系统失效。\n[0006] 2.大量人员疏散时，容易产生踩踏等伤亡事件，外部控制缺少实际的人员分布情况做参考，分流指挥效果不理想。\n[0007] 3.疏散指示系统对于具有逃生能力的人行之有效，但当人员出现晕倒或失去逃生能力后，疏散指示系统完全失效。\n[0008] 解决以上问题，关键是监控中心可实时获知被困人员在建筑内的位置信息。目前，可以实现室内人员定位的技术大多是根据信号传输的强度和传输时间进行定位，理论上具有较高的定位精度，但在实际实施过程中，由于遮挡、反射、温漂等环境因素影响，往往误差较大，同时所需的复杂的配套设施也大大增加了系统的工程造价。\n[0009] 如果能通过一种手段，在消防疏散指示系统的基础上增加人员定位功能，使被困人员在按照疏散指示逃生的同时，监控中心能实时获知所有人员的位置信息，根据这些信息可做出合理控制疏散方向指示，实现分流控制。同时，还可实时定位失去逃生能力的被困人员，并对其展开准确营救；对人员密集的地方，可快速增援救援力量；对进入现场的消防员也可实时定位。这些功能的扩展将进一步提高消防疏散指示系统的实用效果，也将为灭火救援行动提供重要的决策依据。\n发明内容\n[0010] 本发明的主要目的在于提供一种具有RFID人员定位功能的智能疏散系统。并给出定位方法及疏散方案。着重解决监控中心对建筑物内被困人员在逃生过程中的位置信息的实时获知，并根据人员位置、火源位置等信息综合控制疏散指示节点显示方向，进而在人员密集场所实现人员分流疏散，同时为救援行动提供决策支撑。\n[0011] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的：\n[0012] 一种具有定位功能的智能疏散指示系统，其特征在于：由逃生RFID标签、定位疏散指示节点、信息处理传输终端和监控显示终端四部分组成；\n[0013] 所述的逃生RFID标签与定位疏散指示节点之间通过射频信号进行数据通信；信息处理传输终端与各定位指示节点间采用485总线通信，并与监控显示终端通过有线/无线传输数据。\n[0014] 所述的逃生RFID标签，为有源RFID标签，由主控制器I、天线匹配模块、电源管理模块I、数据存储模块组成；所述的电源管理模块I为各模块供电；所述的主控制器I采用内置EZRadioPRO射频收发模块的SILION-LAB系列芯片SI1013，天线匹配模块与主控制器I的射频收发模块通过预留IO接口连接；所述的数据存储模块通过SPI接口与主控制器I连接。\n[0015] 所述的定位疏散指示节点，由主控制器Ⅱ、RFID收发模块、RS485通信模块、显示模块和电源管理模块Ⅱ组成；所述的主控制器Ⅱ，采用SI1000芯片；RFID收发模块由射频收发控制器和外围驱动电路构成；RS485通信模块主要包括MAX485芯片及其外围电路；显示模块包括显示面板和驱动电路，与主控制器Ⅱ通过IO和UART接口连接。\n[0016] 所述的信息处理传输终端为嵌入式装置，由主控制器模块III、电源管理模块III、\n485通信模块和远程通信模块组成；所述的主控制器III采用ARM控制器LPC1769；远程通信模块与主控制器III之间通过UART接口连接；电源管理模块III采用LM2596芯片，分为 3.3V和5V两路输出，分别为主控制器III和485通信和远程通信模块供电；485通信模块包括485芯片和驱动电路，通过485接口与定位疏散节点连接。\n[0017] 一种前述的具有定位功能的智能疏散指示系统的疏散方法，其特征在于，步骤如下：\n[0018] （1）智能疏散指示系统根据火灾报警控制器上传的火源、浓烟区位置信息，划分出危险区域和安全区域，监控显示终端通过信息处理传输终端对危险区域内的定位疏散指示节点发起指令，使得定位疏散指示节点变为指定颜色进行标示；\n[0019] （2）监控显示终端通过信息处理传输终端对危险区域内的定位疏散指示节点发起指令，按照就近原则，修改定位疏散指示节点指示方向，按照由危险区到安全区的顺序对节点进行递增编号，提示逃生路线，引导逃生人员按照编号增长的方向行进，快速找到出口；\n[0020] （3）监控显示终端，实时接收逃生RFID标签的数据信息，并在监控位置图上实时显示标签的位置变化情况，确定标签的大致位置；\n[0021] （4）系统采集被困人员位置信息，根据已获知的被困人员位置信息，计算出各逃生通道的人流密度，在人流密度较高的区域，提示另外一条逃生通道，进行分流疏散；并部署消防力量进入人员密集的区域，进行有效疏散；\n[0022] （5）根据现场危险源位置及浓烟流动趋势，实时调整各区域危险等级、重新生成相应的逃生路线，并改变各疏散指示节点的危险等级指示、逃生方向指示和编号。\n[0023] 本发明的有益效果：本发明智能疏散指示系统采用上述结构，为实现获取被困人员逃生过程中的位置信息，疏散指示节点等信息搭建了一个实施硬件平台，解决监控中心对建筑物内被困人员在逃生过程中的位置信息的实时获知，并可以根据人员位置、火源位置等信息综合控制疏散指示节点显示方向，进而在人员密集场所实现人员分流疏散，同时为救援行动提供决策支撑。该系统集疏散指示和定位功能为一体，相互弥补了各自系统的缺点，一方面，解决了以往定位产品的供电和定位节点的位置信息获取问题；另一方面，为疏散路线制定增加了人员位置决策量，使路线制定更加科学。大大节约了工程成本。该系统还可以实现远程控制，通过控制显示内容及样式变化实现疏散路线制定和危险区域等级划分，系统更加贴合消防实际，实用程度更高。还可通过改变无线信号功率大小，可调节监控范围。系统使用更加灵活。\n附图说明\n[0024] 图1是定位疏散系统结构框图。\n[0025] 图2 是逃生RFID标签硬件结构图。\n[0026] 图3 是定位疏散指示节点硬件结构图。\n[0027] 图4 是定位疏散指示节点面板设计图。\n[0028] 图5 是信息处理传输装置硬件结构图。\n[0029] 图6是本发明定位实施过程的数据处理流程图。\n[0030] 图7是本发明疏散方法的流程图。\n具体实施方式\n[0031] 一种具有定位功能的智能疏散指示系统，由逃生RFID标签1、定位疏散指示节点2、信息处理传输终端3和监控显示终端4等四部分组成。\n[0032] 系统结构框图见附图1。逃生RFID标签1由逃生人员携带，该标签与个人一一对应，存储有个人的基本信息；定位疏散指示节点2按照建筑消防设计规范安装在逃生通道指定位置，如过道、楼梯、拐角、安全门等；信息处理传输终端3按监控区域安装在具有网络环境的位置，一定区域内的定位疏散指示节点2均通过485总线方式连接至该区域的信息处理传输终端，信息处理传输终端3通过有线或3G、wifi方式与监控显示终端4互联互通。\n[0033] 当携带逃生RFID标签1的逃生人员在该区域移动时，标签被距离其最近的定位疏指示散节点2识别并连同自身编号上传至信息处理传输终端3，经分析处理后通过有线或无线方式上传至监控显示终端4，监控显示终端4部署在监控中心，通过图显控制技术实时显示该标签的位置变化情况。另外，监控显示终端4可统一编程控制各定位疏散节点的显示内容、显示形式，使逃生人员通过定位疏散节点有效识别危险区域，确定逃生路线。\n[0034] 对于大型建筑，由于定位疏散指示节点数量众多，而每个信息处理传输终端处理能力有限，一般可部署多台信息处理传输终端。每台信息处理传输终端监控一个连通区域。\n定位疏散指示节点及信息处理传输终端均按照消防建筑疏散指示系统相关规范要求供电，传输线缆部署具有规定的防护级别，确保应急状态下系统应能正常工作。\n[0035] 所述的逃生RFID标签1：如图2所示，该标签为有源RFID标签，由主控制器Ⅰ11、天线匹配模块12、电源管理模块Ⅰ13、数据存储模块14等模块组成。其中主控制器Ⅰ11采用SILION-LAB系列芯片SI1013，内置EZRadioPRO射频收发器模块，支持240 960MHZ的无线传~\n输频率；天线匹配模块12连接主控制器Ⅰ11的射频收发模块，通过射频输出，实现数据在\n433MHZ范围内的射频收发；电源管理模块Ⅰ13采用3.3V锂电池供电，正常使用寿命不低于2年；数据存储模块可存储各类相关静态信息。逃生RFID标签1与定位疏散指示节点2之间通过相同频、组号的射频信号在一定范围内可进行数据通信，唤醒识别距离可通过修改其发射功率来设定，上传信息包括标签的编号、电量、信号功率等。\n[0036] 定位疏散指示节点2：由主控制器Ⅱ21、RFID收发模块22、RS485通信模块23、智能显示模块24和电源管理模块Ⅱ25组成，结构框图见附图3。主控制器Ⅱ21采用SI1000芯片，为3.3V供电；RFID收发模块22由射频收发控制器和外围驱动电路构成，实现与逃生RFID标签的匹配通信；RS485通信模块23主要包括MAX485芯片及其外围构成，实现指示节点与信息处理传输装置的485通信；智能显示模块24与主控制器Ⅱ21间通过IO和UART接口通信，实现主控制器Ⅱ21对显示内容及形式的控制。智能显示模块24中面板包括方向指示图标、逃生序列编号显示区、安全等级显示区。方向指示图标采用当前标准规定样式，逃生序列编号显示区和安全等级显示去在面板的中间位置，显示内容可通过监控显示终端统一控制编辑。\n其中逃生序列编号是按照逃生路线由危险到安全逐一增加，逃生时，可按照编号增长的方向前进；安全等级分为安全和危险两个等级，分别采用绿色和红色两种颜色区分，可根据实际情况由监控显示终端控制显示。面板设计见附图4。一定范围的同频组逃生标签信息被RFID收发模块22采集并传输至主控制器Ⅱ21模块；主控制器Ⅱ21模块对信息进行处理后通过485总线以查新方式被动上传至信息处理传输终端。同时，主控制Ⅱ21模块通过485总线方式接收外部控制命令，直接控制智能显示信息，包括启停、显示形式、样式等。\n[0037] 信息处理传输终端3：为嵌入式装置，包括主控制器Ⅲ31、电源管理模块Ⅲ32、485通信模块33和远程通信模块34。其中电源管理模块Ⅲ32中采用DC12V输入，经稳压、降压后转换后为3.3V和5V两路输出，其中3.3V为主控制器Ⅲ31供电，5V为远程通信模块34和485通信模块33提供电源。主控制器Ⅲ31采用低功耗嵌入式控制器LPC1769，控制器内嵌以太网控制模块，外部经过以太网收发器、网络变压器和RJ45网络接口等器件实现以太网有线通信。\n远程通信模块34支持GPRS和3G无线数据通信，与主控制器Ⅲ31之间通过UART接口连接。信息处理传输终端3与各定位疏散指示节点2间采用485总线通信，信息处理传输终端3采用\n485查询方式按周期读取各定位疏散指示节点的RFID标签信息，并经过智能算法判断标签的位置移动与变化，并根据现场环境选择有线或无线方式将变化信息上传至监控显示终端；同时，信息处理传输终端还可接收由监控显示终端下发的各种控制命令，改变各定位疏散指示节点的启停、显示内容、显示方式、显示形式。硬件结构见附图5。\n[0038] 监控显示终端4：内置监控软件，实时接收由各传输终端上传的标签变化信息，并在监控位置图上实时显示标签的位置变化情况，进而确定标签的大致位置；监控显示终端4还支持数据录入功能，包括智能疏散指示节点的基本信息，支持控制命令下发功能，包括节点面板疏散指示信息，设置节点的RFID工作频组信息；监控显示终端可通过信息处理传输终端对建筑内所有定位疏散指示节点发起命令，控制节点的启停、显示内容、显示方式、显示形式等；具有逃生路线制定、区域危险等级划分等功能。\n[0039] 本系统的定位功能工作原理及实现过程：\n[0040] 本发明的人员定位是基于RFID定位技术，具体原理为：RFID标签在同频组的RFID读写器监控范围内可被识别，相反，当标签脱离监控范围后，读写器无法识别。通过控制读写器的射频发射功率可实现监控范围的改变。\n[0041] 本系统中的定位指示节点集智能控制模块、显示模块、RFID定位模块和通信模块于一体。\n[0042] 1.逃生RFID标签具有惟一的Rfid_ID，Rfid_ID与人员User_ID一一对应，定位指示节点具有统一编码Note_ID，信息处理传输装置具有统一编码Sys_ID；\n[0043] 2.定位显示终端可展示详细的各定位指示节点位置信息；\n[0044] 3.携带逃生标签（Rfid_ID）的被困人员（User_ID）在到达定位指示节点（Note_ID）监控范围后，被定位指示节点自动识别。定位指示节点将该Rfid_ID、Note_ID、时间等信息按照既定协议上通过RS485总线上传至信息处理传输终端；\n[0045] 4.信息处理传输终端接收后进行解析，并与该标签的最新历史状态进行逐一对比：如果当前逃生标签（Rfid_ID）包含在历史列表中，则认为被困人员（User_ID）仍停留在该定位疏散节点（Note_ID）的监控范围；否则当前标签为新进入监控范围，应及时将Rfid_ID、Note_ID、Sys_ID、时间的信息按照既定协议上传至监控显示终端；在比较完所有当前标签后，历史状态中除当前标签外的其它标签认为已经脱离该监控范围，应上报其脱离时间，并在历史列表中删除该类标签信息；\n[0046] 5.监控显示终端在接收到信息处理传输终端上传的信息后，根据协议解析，并在监控位置图中改变当前定位疏散节点（Note_ID）的显示形式：将携带该标签的人员（User_ID）增加在当前定位指示节点监控范围内或从当前节点移除；\n[0047] 6.人员移动过程中，RFID标签不断脱离当前节点监控范围进入下一个节点监控范围，监控位置图上监控节点内当前的被困人员也随之改变，从而直观、准确的掌握人员位置。\n[0048] 本系统的定位实施过程的具体数据处理流程如图6所示。\n[0049] 应用本发明具有定位功能的智能疏散指示系统的疏散方法，其流程如图7所示，步骤如下：\n[0050] （1）智能疏散指示系统根据火灾报警控制器上传的火源、浓烟区位置信息，划分出危险区域和安全区域，监控显示终端通过信息处理传输终端对危险区域内的定位疏散指示节点发起指令，使得定位疏散指示节点变为指定颜色进行标示；\n[0051] （2）监控显示终端通过信息处理传输终端对危险区域内的定位疏散指示节点发起指令，按照就近原则，修改定位疏散指示节点指示方向，按照由危险区到安全区的顺序对节点进行递增编号，提示逃生路线，引导逃生人员按照编号增长的方向行进，快速找到出口；\n[0052] （3）监控显示终端，实时接收逃生RFID标签的数据信息，并在监控位置图上实时显示标签的位置变化情况，确定标签的大致位置；\n[0053] （4）系统采集被困人员位置信息，根据已获知的被困人员位置信息，计算出各逃生通道的人流密度，在人流密度较高的区域，提示另外一条逃生通道，进行分流疏散；并部署消防力量进入人员密集的区域，进行有效疏散；\n[0054] （5）根据现场危险源位置及浓烟流动趋势，实时调整各区域危险等级、重新生成相应的逃生路线，并改变各疏散指示节点的危险等级指示、逃生方向指示和编号。\n[0055] 该系统还可以针对危险区域通过增加定位指示节点射频发射功率扩大监控范围，统计尚未脱离危险人数；对于该类人员要尽快部署消防力量展开救援；当消防员进入火场进行救援行动时，指挥员可通过实时获知消防人员当前位置信息，快速指引其到达事发现场。\n[0056] 该系统能够实现以下功能：\n[0057] 1.具有疏散指示系统的基本功能。正常状况下，定位指示节点标示建筑内消防逃生路线；\n[0058] 2.当被困人员经过定位指示节点时，监控显示终端可实时获知该人员的基本信息及所处的节点位置；\n[0059] 3.监控显示终端可检测到被困人员到达该指示节点的时间、离开时间和停留时间；\n[0060] 4.对人流密度较高的节点、对静止不动的逃生标签进行报警提示；\n[0061] 5. 定位指示节点具有强光闪烁功能，在能见度较低情况下提示被困人员到达附近；\n[0062] 6.监控显示终端可控制定位指示节点的显示方式和显示内容。统一编程，生成逃生路线；\n[0063] 7.消防员可携带逃生标签进入，显示终端可实时监控消防员行进路线，确保其快速到达指定地点；\n[0064] 8.监控显示终端可通过改变发射功率控制各定位指示节点的定位范围。