高空墜物預警定位的解決方案

張鈞博 龔博港

摘 要：隨著時代發展，經濟發展不斷加速，高層建筑所占比重逐年增加，逐漸改變老百姓的日常生活。樓層越來越高，一些負面問題也逐漸暴露，其中高空墜物傷人現象成為社會焦點。此現象，高層建筑還沒有一個完善的應對機制以及方案。本文就此問題提出一個針對高空墜物預警定位的解決方案。

關鍵詞：高層建筑；高空墜物；預警定位；解決方案

1.研究背景及意義

現代的人們都喜歡在房屋的陽臺上養一些花或放一些的物品，甚至存在一些高層住戶隨手向窗外丟東西的現象。高樓落物傷人事件時常發生。部分住戶認為：小的物品掉落不能引發人員傷亡。然而當物體在足夠的高度下落時，根據自由落體運動，物體到達地面的速度相當可觀。重力勢能會大部分轉化成動能，落地的瞬間，其動量基數很大，很容易造成人員傷亡等問題。針對這種潛在安全隱患，有效的解決高空墜物造成的人員傷亡，成為了現代樓房建設的棘手問題。

在上述社會背景下，本著“創新為民，服務大眾”的理念，提出了“高空墜物預警定位”的方案。該方案設計以簡潔實用、定位準確、反應靈敏、可操作性強、可控制性高為目標，通過激光雷達、數據處理終端、響應設備，實現了及時報警、定位跟蹤等功能，以低成本高效益達到了高樓層預警定位的目的，具有較好的市場前景和應用價值。

2.設計方案

本文主要針對高空墜物事故問題而提出并試驗一種方案，其主要實現的功能就是減少高空墜物事故的發生，使路上的行人更加安全。

2.1方案概述

針對上述的問題，本文闡述并說明了一套“高空墜物定位警報”系統。當樓房天臺上的物品要掉落時，系統會捕獲目標并預判物體著地點，通過激光投射危險區域標識和聲音報警，向行人發出有效提醒，起到保護行人的作用。同時根據前期軌跡記錄，分析物體拋出位置，定位責任源頭，起到威懾并規范住戶行為的作用。起到本方案包含三個部分：數據采集部分、數據處理部分、危險標識提醒部分。

2.2技術原理

其技術原理是利用激光雷達遠距離判斷是否有物品從樓體表層下落。當有物品經過時，傳感器會記錄一段運動軌跡，數據傳輸給信息處理中心，排除昆蟲鳥內無人或有人作業設備的干擾，預判物體最終落地點。此刻利用激光投影，將危險區域標識，并發出聲音報警提示。

本方案建立實物模型。采用的有激光測距儀、單片機、延遲模塊、底部激光投射裝置、蜂鳴器、電源、太陽能電池板、樓房模型和若干導線等制成。激光雷達是利用被檢測物對激光光束的遮擋或反射，由同步回路接通電路，從而檢測物體的有無。物體不限于金屬，所有能發射（或者對光線有遮擋作用）的物體均可以被檢測。激光雷達可以全天候進行預定區域掃描。每秒8000次的高速激光掃描采樣能力，克服了傳統雷達壽命限制，配合先進算法，有效預估著落點位置，并且可以判讀初始拋出點位置，配合風速風向傳感器，避免嚴重誤判。太陽能電池板可以為整套系統提供持續供電。

2.3系統主要結構

在樓頂放置太陽能電池板。在住宅樓天臺的外邊緣或者上部放置激光雷達距離傳感器。在對應樓房內和樓下道路旁邊放置激光投影和警報裝置。在主控制間放置中央處理器供電和電源。

2.4具體模型操作演示流程

開啟系統，使單片機以及各個裝置處于工作狀態。用擬制小物體模擬高空墜物，將其從帶有傳感器的樓層丟下，激光雷達會立即檢測到有物體出現，并計算軌跡并迅速將信號輸出給單片機，經處理后地表投射危險區域標記，激活蜂鳴器發出警報提醒人們有物品從高層掉落。并且會持續軌跡記錄，判斷出物體拋出位置。

2.5方案特色

本方案具有“簡單”、“精準”、“智能”、“低成本”的特點

（1）“簡單”

“簡單”指此方案裝置實用投資小。密集型光電開關捕捉物體運動距離，單片機作為主要程序輸出平臺，蜂鳴器和激光投射裝置自動根據程序編寫進行工作，整套裝置沒有過于復雜的裝置和工具，但是卻解決了相對復雜的實際問題，整套程序編寫完善，魯棒性強，可直接套用，使用方式上也很簡單。

（2）“精準”

“精準”是指此方案通過定位定向，精確計算出物體下落時的距離，可靠性高。精確還體現在可控范圍上，隨著用戶的使用，將范圍控制在某一特定區域，這也將大大提高安全性能指標。

（3）“智能”

“智能”是指此方案通過計算，可以通過運動軌跡過濾掉飛行器，飛鳥，昆蟲，窗外作業物體，有效規避誤報警。

（4）“低成本”

“低成本”是指此方案可以在任何樓層安裝，不需要改樓層結構。造價便宜可操作。

3.市場前景

目前該模型已經組裝并檢測，效果較好，該系統反應靈敏、判斷準確，當有物品掉落時能迅速發出提醒，極大的避免了物品從高樓墜落，減少了人員傷亡，提高了樓房的安全建設。該產品結構相對簡單、成本低廉、可靠性高、兼容性好，適用于多種類型的房屋，且對環境基本沒有影響。目前，市場上沒有類似的產品，作品在人們的安全問題上具有廣闊的推廣應用價值和商業前景。

近年來，隨著國民經濟的持續、穩定發展以及人口的不斷增長，我國現階段群眾住房的壓力也在逐年增長，新投入使用的樓房趨于高層化現象越來越常見。據不完全統計，僅合肥市高新區轄區的住房，達到30層樓以上的達到了總住房的70%，并且這一數據還在不斷攀升。在滿足更多住戶居住要求的同時，高空墜物的問題越來越突出。據統計，截止到 2016 年上半年，二線以上城市住房高樓層的所占比例達到65%，這也就意味著超過一半的住房用戶可能面臨著“高空墜物”的問題。專家預測，在未來的 2018-2022 年間，國內高樓層房屋增長率保持在 7%左右，預計到 2023 年，我國大多數地區會出現以高層住宅為主的情況。

現階段的樓盤開發，從盈利的角度來看，更多的是通過減少樓層間距、筑高樓盤從而達到更高的利潤。所以對于房地產商來說，真正關心的問題在于能否在有限的開發土地中建造更多的住房與更高的住房。顯然現代人對于住房要求越來越高，樓層的高度越高，高空墜物等問題就會愈加明顯，因此，此方案迫切需要應用于市場。

隨著“互聯網+”服務不斷深入到生活的方方面面，各種通過傳統方式改變住戶實際需要的方法措施層出不窮，例如采用阻攔網，攝像頭等。但是傳統方式卻沒有能從根源上改變這一現狀，因此迫切需要使用高空墜物預警定位解決問題

作為一款民用與商業智能安全產品，龐大的商品房保有量也就意味著該產品具有巨大的市場前景，這也為本項目的持續運作奠定了良好的基礎，項目市場前景十分可觀。

（作者單位：解放軍陸軍炮兵防空兵學院）