基于Zigbee技術的消防疏散指示系統的設計

佘華揚

摘 要本系統結合Zigbee網絡通信技術，搭配智能指示終端，不僅能在事故現場智能的指示逃生者最佳疏散路線，還可以根據火情變化和設備狀況智能的更改疏散線路，具有很強的穩定性和健壯性。

【關鍵詞】Zigbee技術 消防疏散 智能逃生

智能消防疏散指示系統，可以為逃生人員提供明確的疏散路徑，提高逃生成功率，極大程度減少了人員傷亡和財產損失；智能指示終端可以實時提供全局的監控數據，不僅可以讓主控人員根據情況指導現場疏散，還可以為消防官兵提供精確的現場信息，使其更高效更科學的實施搶險救援工作，提高工作效率，營救更多的受困民眾，減少事故造成的損失。

1 功能模塊設計

基于Zigbee技術的消防應急逃生指示系統主要有三個核心模塊：實時監測模塊、智能疏散規劃模塊、指示服務模塊，三個模塊相互連接，分級分層交互數據，構成完整的智能應急疏散指示系統：

1.1 實時檢測模塊

在建筑物內布置大量無線傳感智能節點，應用靜電探測、光纖線性感溫、燃燒聲波探測等多項火災傳感技術，結合無線通信網絡，形成網狀基礎通訊層。傳感器節點連續在線監測附近環境狀態，當即將出現火災等事故時，就會觸發該節點預警功能，節點采用聲音、燈光、文字、動畫方式警示。并且通過無線網絡，可以傳送事故數據信息給監控平臺和其他節點，附近節點及時給疏散人群提供事故信息。系統規劃疏散路線，并阻止疏散人員進入事故發生區域，事故現場節點在與系統失去聯系時其他節點可重新自行組網，利用Zigbee自組網的特性，保證出現災情時仍然保證網絡健壯性。在火災中實時提供各種數據，能為后續的事故調查提供科學依據。

1.2 智能疏散規劃模塊

通過應用模糊綜合評價模型對各智能節點所收集的數據進行對比分析，得出結論啟動聯動措施，規劃最佳逃生路線，并將數據下發給各遠程節點，組織群眾疏散。遠程監控平臺基于系統安全分析、人機系統工程原理，充分考慮人與人、人與火、人與外部環境結構之間的相互關系；并且結合事故現場的情況，在遠程監控平臺與場內節點失去聯系時， 在沒有遠程監控平臺的情況下的利用Zigbee無線網絡的自組網特性，節點間自發協同運算，整體規劃最優指示路線，跳脫局部指向思維，避免的監控平臺由于事故失聯后整個系統的崩潰，為整個疏散指示系統的運作提供雙重保險。

1.3 指示服務模塊

指示服務是感知信息的應用者，其對象主要有兩個：事故現場的受困人員和遠程監控系統。智能節點一是將計算處理后的信息反饋給指示服務模塊，通過每個節點位置的LED顯示屏形象地提示受困人員逃生方向和火場范圍、煙霧濃度以及火勢蔓延方向等詳細信息；二是將采集的信息反饋給遠程監控系統，使消防人員能實時、準確、宏觀地掌握各方位的火情，當出現誤指或程序錯誤時，能夠發送指示，人工引導疏散。

2 系統創新點

2.1 功能創新

2.1.1 網絡管理

使用計算機通信技術將各探測節點之間、系統內部、各系統層之間等通過一定網絡協議進行相互連接實現遠程數據調用，使各個獨立的系統組成一個大的網絡，進行宏觀規劃管理。

2.1.2 分布控制

利用Zigbee技術的強大自組網能力，依靠每個節點實時相互定位的功能實現分布式計算，這樣即使在與某個節點失去聯系的情況下，依然可以達到智能指示目的。

2.1.3 無線傳輸

根據具體環境采用無線通信技術，形成有線、無線間的互補，使設備間、系統間的信息傳遞更簡便、可靠。

2.1.4 智能反應

采用多樣復合的火災探測技術，主動采集溫度、煙霧等數據并充分采用模糊評價技術等進行數據處理，通過內嵌算法及電子顯示屏智能引導群眾疏散，實現各方面快速準確聯動反應。

2.2 性能創新

系統健壯性。本系統具有“遠程監控”和“智能自組網”雙重疏散指示功能，有極強的穩定性。當極端環境致使“遠程監控”功能失效時，各節點依然可通過自組網通信，充分適應系統所處的各種環境，保證系統的正常運行和基本功能。

3 系統設計

3.1 無線傳感網絡基礎層的設計

為實現系統預定功能，要求傳感器節點的設計應滿足信息數據采集，分布式處理和各節點間數據參數的實時傳輸，使得系統能動態準確地掌握火情數據。在極端情況下，當主控服務器或某些節點無法工作時，各個節點可形成自組織網絡，利用ZigBee無線網絡技術的特點，通過各個節點之間的通信狀態建立逃生路線，使得系統依舊能完成預定功能，提高系統的可靠性、穩定性；還要綜合考慮成本，能耗，通信距離，網絡安全等因素，構建通信可靠、低成本、低能耗的無線傳感網絡。

3.1.1 分布式處理

無線傳感網絡中，傳感器數量較多且采集的信息復雜多樣，由于無線寬帶和能量的限制，要達到節省能量、提高傳輸效率和安全性的目的，必須利用單個節點的存儲能力和計算能力來處理冗余的數據信息并與其他節點組網聯合處理，從而達到系統預定采集目標。

3.1.2 自組織網絡

實際情況下，傳感器節點通常被大范圍安放，各個節點相對位置關系無法提前預知；火災的發生和發展具有較大偶然性，火情無法事先確定，惡劣情況下，主控服務器可能被損毀，為保證系統功能的實現，確保人員安全，這就必須要求傳感器網絡中的節點能夠自行組網，互相定位，形成一個多跳的無線方式的網絡系統，為系統的正常運行加上“雙保險”提高系統的可靠性和抗毀性。

3.2 系統魯棒性

在普通情況下，系統可利用各節點向遠程監控平臺傳回的實時數據進行分析計算，向疏散人群提供逃生路線指示；在極端情況下，當主控服務器或某些節點無法工作時，各個節點可形成自組織網絡，通過各個節點之間的通信狀態建立逃生路線，使得系統不僅僅依賴于有線的遠程監控，各節點的數據處理能力得以發揮，在極端狀況也可提供逃生路線。

4 結束語

本系統的設計在一定程度上還并不是很成熟，有待進一步改進和完善。

參考文獻

[1]顏學義.基于ZigBee的智能火災報警系統設計[D].國防科技大學，2008.

[2]苗森.基于ZigBee的智能應急照明系統的研究與設計[D].河北工程大學，2015（05）：30.

[3]劉士興，張勇明，顧勤冬.基于無線傳感器網絡的多參數火災探測節點研究[N].傳感技術學報，2010（06）：23-6

[4]汪子恂.智能點位控制式消防應急照明和疏散指示系統[D].東北電力大學，2013.

作者單位

中南財經政法大學信息與安全工程學院 湖北省武漢市 430073