基于智能物聯網應急燈及逃生系統的設計與實現

張建明?王毅?白雪?賴楊冰

摘? 要：提出一個智能協助民眾的疏散逃生系統設計和實現方法，其應用物聯網技術，集合大數據和云計算，使用應急燈內置煙霧等傳感器檢測火災發生，通過云服務器智能化運算，迅速得出民眾最佳逃生方案和路線。能立刻通知相關負責消防的工作人員采取滅火措施。應急燈除了提供實時正確逃生路線指引燈以外，考慮到了可能因為煙霧遮掩了燈光，同時提供聲音指引逃生。并將定位信息發送至當地消防局，確認災害具體的定位及時做好救護措施從而減少人員傷亡和財產損失。

關鍵詞：智能物聯網;應急燈;傳感器;方向牌

中圖分類號：TN911 ? ? ? 文獻識別碼：A文章編號：2096-4706（2022）06-0164-04

Design and Implementation of Emergency Light and Escape System Based on Intelligent Internet of Things

ZHANG jianming， WANG yi， BAI Xue， LAI Yangbing

（Guangdong Polytechnic， Foshan? 528041， China）

Abstract： This paper proposes a design and implementation method of an intelligent evacuation and escape system to assist people. It applies Internet of Things technology， integrates big data and cloud computing， uses sensors such as smoke built in emergency lights to detect the occurrence of a fire， and quickly obtains the best escape plan and route for people through intelligent computing on cloud servers. It is able to immediately notify relevant staff responsible for fire fighting to take fire-fighting measures. In addition to providing real-time and correct escape route guidance light， the emergency light takes into account that the light may be obscured by smoke， and provides sound guidance for escape. The location information will be sent to the local fire department to confirm the specific location of the disaster， and it takes rescue measures in time to reduce casualties and property losses.

Keywords： intelligent Internet of Things; emergency light; sensor; direction sign

0? 引? 言

近年來，如圖1所示，隨著社會經濟的發展，城鎮化率逐年提高，我國火災事件頻發，任務類型越來越復雜多樣，夏秋季節警情任務最重。消防救援隊伍接處的救援救助警情任務覆蓋范圍越來越廣，涉及高空、水域、地下、激流、嚴寒、高溫、煙熱、電磁、污染等惡劣環境，傳統火災撲救任務面臨的場所也越來越復雜，處置中的危險性越來越強、難度越來越大，平均每起警情投入的力量由上年的9.7人增加到10.4人，起均處置的時長也有所增加。與此同時，由于民眾對于消防安全的不重視和消防設備的落后，頻頻發生的火災造成了巨大的生命財產損失。根據應急管理部消防救援局統計數據，我國火災造成生命財產損失居高不下，去年，全國消防救援隊伍共接報處置各類警情195.6萬起，出動消防救援人員2 040.8萬人次、消防車363.6萬輛次，累計從災害現場營救被困人員19.5萬人，疏散遇險人員46.7萬人;共接報火災74.8萬起，死亡1 987人，受傷2 225人，直接財產損失67.5億元，與2020年相比，起數和傷人、損失分別上升9.7%、24.1%和28.4%，亡人下降4.8%。我國城鎮化進程穩步推進，大量城市建筑、寫字樓、民宅等都需要進行新建、擴建、改建，消防系統的現代化智能化建設變得非常迫切[1]。

我國的建筑防火規范在不少方面滯后于經濟的發展水平。例如，美國從20世紀70年代起用法律的手段推廣感煙式火災探測器，到90年代初連家庭的普及率都已達到91%。美國消防協會的研究表明，安裝了正常工作的感煙式火災探測器的家庭一旦發生火災，人員死亡的可能性減少50%。幾十元一個的感煙式火災探測器家家都買得起，小作坊、小檔口更應該安裝，可是沒有法規要求就很難推廣。在噴水滅火裝置安裝場所的要求方面，我國也比發達國家低。又如，日本、韓國許多年前就有法規規定火災高危場所的一定樓層以上必須配備逃生緩降器、逃生滑道和消防過濾式自救呼吸器等火災逃生器材，而我國至今只有山東省去年出臺了類似的法規。缺乏規范的疏散逃生機制在安全疏散時間里撤離火場，是在發生火災尤其是公眾聚集場所發生火災時保證人員生命安全的關鍵。由于發生火災時，公眾聚集場所需要疏散的人員多，而火災發展速度極快，安全疏散時間只有短短幾分鐘，如果沒有及時啟動事先訂制經過演練的應急機制，就無法保證這段寶貴的時間得到有效的利用。同時，鑒于我國消防法律法規沒有強制性的火災疏散規定以及罰則，受長期以來的人員思想、行為模式影響，一旦發生火災，在火災的初期階段員工不敢擅自離開工作崗位，旅客和顧客沒有接到疏散的通知，大好疏散時機就這么錯過了，等到火勢擴大，濃煙彌漫，現場一片混亂，導致傷亡是可想而知的[2-5]。

針對以上問題需要設計一個智能協助民眾的疏散逃生系統。運用了物聯網技術，集合大數據和云計算。通過在應急燈內置傳感器來檢測緊急事故的發生，能檢測到火災、地震等災害的發生， 當災害發生時，通過云服務器智能化運算，迅速得出民眾最佳逃生方案和路線。并且立馬通知相關負責消防的工作人員采取滅火措施。智能應急燈除了提供實時正確逃生路線指引燈以外，并考慮到了可能因為煙霧遮掩了燈光，所以同時提供聲音指引。最大限度智能引導民眾逃生、消防工作人員即時反應去滅火。研究逃生指引系統利用軟件綁定應急燈，可接收應急燈傳感器的數據，還能將定位信息發送至當地公安局、消防局，確認災害具體的定位，通知消防員及時做好救護措施從而減少人員傷亡和財產損失。

1? 智能物聯網應急燈及逃生系統設計

1.1? 系統設計

圖2為基于智能物聯網應急燈逃生系統設計，主要包含了硬件系統和云服務軟件系統兩部分。

首先，根據樓宇布局圖，消防道以及消防門的布置，把應急燈合理安排部署在樓宇的關鍵位置，部署的方式以方便指引逃生為原則。保證樓宇任意一個地方發生火災時候，應急燈消防系統都能夠用某種方式檢測到。檢測到以后除了通知相關消防人員積極采取消防措施以外，同時馬上給每個區域的人們分別規劃最佳逃生路線，指引各個區域人們有序從無火災測方向的逃生門或者消防門離開，到達安全區域。

1.2? 智能應急燈的設計

逃生研究的應急燈與現有市面上的應急燈不同，采用了多種傳感器實時監控外部環境，根據傳感器數據分析外部環境并做出相應決策，實現智能應急照明的功能，同時通過物聯網技術，將信息傳輸到云服務器上，實現對服務區內環境的實時監控。 產品通過將兩條高亮度的LED燈內置于應急燈內部的上下兩端，且創新的內置了煙霧傳感器，光線傳感器和通電傳感器，從而實現災害的精準預測和監控。改變了傳統應急燈的結構，擁有智能照明，煙霧報警，環境監測，時間顯示和出口提示的功能。主要體現在：（1）在質量方面，由于取消了外置燈源，本物聯網智能應急燈擁有強大的結構設計和防水級別，防塵放水等級可達到IP53級別，且擁有手提的功能，廣泛地應用于各種戶外的夜間搜索，救援，巡查，追蹤，搶修，鐵路施工，海上，電業，公安，油山，礦井等工作場所全方位的多角度移動照明和應急照明。（2）在照明方面，利用兩組條形燈源同時發光，標準版擁有行業領先6 W的大照明功率，適用于商業廣場，工廠，學校等戶多種公共場所。可以提供更大范圍的照明，可在惡劣環境下使用。（3）在功能方面，加入最新的NB-IOT的物聯網技術，擁有煙霧傳感器，通電傳感器和火焰傳感器3種。可在惡劣或極端環境范圍保持穩定運行，內置物聯網模塊，采用大數據分析的方式，應急燈傳感器的數據與外部共享，傳輸到云服務器中。

智能應急燈利用煙霧傳感器和火焰傳感器，檢測火災是否發生，如發現火災，應急燈將會立即開啟應急燈照明，同時將火災信息發送給管理者，及時發現并阻止火災蔓延。手機應用軟件上收到相應的信息，及時把信息通知給受困人，方便救援。工作原理如圖3所示

通過繪制火情分布圖，如果室內發生火災，區域內的應急燈內置的煙霧傳感器（探測器）通過檢測環境煙霧濃度，光線強度，并將數據傳輸到服務器上，利用大數據以及云計算的分析，得到精準的算法，實現火災時火情的檢測，從而得出火災時火情分布圖，方便后續救援。后期通過的日常火情的數據分析積累，將算法精度將進一步提高如圖4所示。

當發生等級較為強烈的地震時，當地地震檢測中心可發送地震的實時數據到應急燈的云服務器上，服務器收到數據后將直接制應急燈上的喇叭發出地震警報，同時開啟應急照明。為公共場所人群提供及時的地震預警，如圖5所示。

加入逃生方向可變以及電子時鐘功能，時間校正為北京時間，并配備4寸LED屏。采用LED點陣屏顯示方案實現時間實時顯示，在此之上與安全出口的箭頭提示協調顯示，在不使用應急照明的情況下全天候時間顯示報時，實現了物聯網智能應急燈的使用范圍，在不同場景下的考驗，都能一一應對。非應急狀態下顯示時間或者其他民生信息，緊急情況下根據災害情況給出逃生方向指引。工作原理如圖6所示。

1.3? 多功能應急吸頂燈設計

對于不同功能的建筑，不同的室內環境，僅僅依靠智能應急燈實現對火情精準監測和及時處理是遠遠不夠的。因此為擴大災害時的應急照明范圍及實現室內全方位火情監控，應該設計一款可以實現應急照明、火情監控的多功能應急吸頂燈。

多功能應急吸頂燈內置電池，煙霧傳感器和通訊模塊，創新性將煙霧感應器與吸頂燈結合，并將煙霧感應器以隱藏的方式內置于多功能應急吸頂燈，在確保功能正常運行的前提下使吸頂燈盡可能美觀，使之能夠適應大多數的室內環境，內置的煙霧傳感器能夠擴大對火情的檢測范圍和提高檢測精度，能夠在智能應急燈覆蓋不到的范圍廣泛安裝，增強逃生系統的火情檢測、地震預警、逃生路線規劃等功能。不僅如此，多功能應急吸頂燈采用模塊化的設計，可根據不同環境的不同需求增加人體感應器、聲控開關、光線感應器等，實現省電節能，如圖7所示。

2? 系統實現和功能測試聯調

功能測試和系統聯調是非常重要的環節，這部分的工作需要根據應急逃生系統的應用背景和補盲完成的功能需求，進行針對性的測試樣例設計和測試流程的安排。

應急逃生系統頂層設計如圖8所示。分為信息接收、信息處理、信息發送三大模塊。首先系統要求各個部分定時自檢，自檢信息統一由云服務器軟件進行收集和分析。新型智能物聯網應急燈作為一個信息采集終端，不管建筑物，公共區域是否停電還是無電，都可以有效的采集環境信息，不間斷的傳遞采集到的信息傳送到云服務器應急逃生統籌系統。應急系統的信息處理模塊實時分析險情，做出預判。分析出險情時，系統首先通過信息發送模塊傳送險情給相關消防部門和人員采取救援措施。同時給各個區域的人們規劃最佳逃生路線，調動各個應急燈模塊，告訴民眾險情以及通過指示標識給出正確逃生方向，讓民眾快速有序離開危險區域。

3? 結? 論

隨著中國5G技術的崛起，物聯網未來將成為社會發展的趨勢，消防系統需要切實加強信息化智能化。提出基于現代通信技術的新型物聯網智能應急燈，智能方向牌和傳感器的消防系統設計和實現方法非常必要。能更快速、更大程度減少災害時的人員傷亡和財產損失。消防應急燈作為消防檢測的重要內容，關系到人民群眾的生命財產安全，其中功能性和可靠性是判斷消防應急燈是否可靠的重要依據，加上現代的通信技術、傳感器技術以及人工智能預測技術形成的新型物聯網智能消防系統，可以檢測火災，地震等災害，及時為用戶提供照明和安全警報等應急服務，方便人們做好應對措施，保護人民的生命財產安全。

參考文獻：

[1] 中國消防.近10年全國居住場所火災造成11 634人遇難 [EB/0L].（2022-02-17）.https：//mp.weixin.qq.com/s/d3DKcb6w7T2KmSp0krOhTQ.

[2] 胡星興.淺談智能疏散系統 [J].現代建筑電氣，2014，5（12）：19-21.

[3] 張紫慧，楊藝，韓雨琪.針對高校宿舍樓安全逃生疏散系統現狀的改進對策 [J].消防界（電子版），2019，5（20）：55-56.

[4] 楊立兵，張自忠，鄭海力，等.樓梯疏散中員工逃生能力分析 [J].中國安全科學學報，2012，22（09）：16-23.

[5] 白殿濤，張君娜，潘悅.室內定位導航逃生救援系統原理與技術探究 [J].消防科學與技術，2018，37（11）：1560-1563.

作者簡介：張建明（1977—），男，漢族，廣西岑溪人，工程師，博士，研究方向：通信技術，物聯網技術，計算機應用;王毅（1979—），男，漢族，河南洛陽人，副教授，碩士，研究方向：物聯網技術，軟件技術;白雪（1980—），女，滿族，黑龍江哈爾濱人，副教授，碩士，研究方向：工商管理，物流管理;賴楊冰（2001—），男，漢族，江西贛州人，研究方向：物聯網應用技術。

收稿日期：2022-02-03