基于物联网的智能消防疏散指示及应急照明系统设计与实现

基于物联网的智能消防疏散指示及应急照明系统设计与实现

周钱江

浙江台谊消防股份有限公司

摘要：基于物联网技术的智能消防疏散指示及应急照明系统通过传感器网络实时获取火灾现场数据，并利用大数据和人工智能进行分析，提供最优疏散路径。系统由感知层、网络层、平台层和应用层组成，综合使用温度传感器、烟雾传感器、红外探测器及定位设备进行数据收集。5G技术确保数据传输的高效性，云计算和大数据技术支撑平台层的数据存储和分析。应用层通过智能疏散指示和应急照明系统，动态调整疏散指示，提升疏散效率和人员安全。

关键词：物联网；智能消防；疏散指示

一、物联网技术在智能消防系统中的应用

物联网技术通过传感器、控制器和通信网络等系统，实现物与物之间、物与人之间的信息交互和智能控制。其主要特点包括广泛的感知、可靠的传输和智能的处理。在智能消防系统中，物联网技术展现出显著优势。物联网技术能够通过传感器网络实时获取火灾现场的各种数据，如温度、烟雾浓度、人员位置等。这些数据被传输至中央系统后，利用大数据和人工智能技术进行分析，可以判断火灾的发展态势，并预测可能的疏散路径和火灾风险。根据实时数据的变化，智能消防系统能够动态调整疏散指示，提供最优的疏散路线，确保人员安全快速地撤离火灾现场[1]。

二、智能消防疏散指示及应急照明系统设计

智能消防疏散指示及应急照明系统主要包括感知层、网络层、平台层和应用层四个部分（图1）。

图1：智能消防疏散指示及应急照明系统设计要点导图

（一）感知层设计

在智能系统设计中，感知层起着至关重要的角色，它是整个系统的感官，负责捕捉和传输现场数据，确保信息准确无误地反映现实环境。这一层主要由各种传感器和定位设备组成，其种类和功能根据系统需求不同而有所差异。首先，主要传感器包括温度传感器、烟雾传感器和红外探测器。温度传感器能够监测环境中的温度变化，对于火灾预警系统尤为重要，因为异常温度往往是火灾发生的先兆。烟雾传感器则能检测到空气中的烟雾粒子，这是火灾初期的明显标志。红外探测器用于捕捉红外辐射，可以在无光环境下检测人或物体的存在和移动，对于夜间或烟雾密布的火灾现场尤其有效。在定位设备方面，RFID（无线射频识别）和蓝牙定位器是两种常用的技术。RFID技术通过无线电波识别和跟踪标签附着的物体，常用于追踪人员和重要设备的位置。蓝牙定位器则利用蓝牙信号的强度和传播时间来确定设备的精确位置，适合于室内环境中对人员进行精确定位。

（二）网络层设计

网络层在智能系统中承担着数据传输的核心职责，连接感知层与决策支持层，确保各种监测数据能够及时、准确地传递。这一层主要利用无线传感器网络（WSN）和5G通信技术来完成其任务。无线传感器网络（WSN）是由大量分布式传感器组成的自组织网络，这些传感器具备数据采集、处理和传输的功能。在WSN中，每个节点不仅可以独立工作，还可以与周围节点协作，通过自组织的方式形成网络，实现数据的高效采集和初步处理。这种布局使得网络能够在节点故障时自我修复，增强了系统的可靠性和灵活性。与此同时，5G通信技术为网络层提供了一个高速且低延迟的数据传输通道。5G技术的关键优势在于其极高的数据传输速度和极低的延迟，这对于实时监控和控制系统来说至关重要。通过5G网络，可以实现大量数据的快速上传和下载，支持更高级的数据分析和处理功能，如实时视频监控等[2]。

（三）平台层设计

平台层是智能监控系统中的关键部分，它集成了数据存储、分析和决策支持的多项功能，确保系统能够有效响应各种情况。在设计平台层时，云计算和大数据技术的应用尤为重要，它们为处理和分析大规模数据提供了强大的支持。云计算平台使得火灾监测系统能够在分布式环境中存储海量数据，并且提供了必要的计算资源来处理这些数据。这种设计不仅优化了数据存储的成本效率，还增强了数据访问的灵活性和可扩展性。此外，大数据技术的应用使得系统能够从复杂的数据集中提取有价值的信息，以便进行深入分析和理解火灾的行为模式。平台层还运用机器学习算法对数据进行分析，以预测火灾的发展趋势和蔓延路径。这些算法通过分析历史和实时数据，可以预测火势的扩展速度和方向，从而帮助决策者制定更有效的疏散计划和应急响应策略。此外，系统还能根据监测到的环境变化和人员位置信息，预测疏散需求，优化疏散路线，最大限度地保障人员安全。

（四）应用层设计

应用层在智能监控系统中发挥着直接与用户互动和提供智能控制的功能。这一层主要是系统与用户之间的接口，通过具体的应用来实现数据的有效应用和人机交互的便利性。智能疏散指示系统是应用层的关键组成部分。它利用来自平台层的数据分析和预测结果，动态地调整疏散指示标志，如电子显示屏和指示灯的指引方向和状态。这种系统可以实时反映火灾蔓延情况和疏散需求，通过变更指示方向和提供实时反馈，帮助人员选择最安全、最快的疏散路线，有效避免拥堵和混乱，极大提高疏散效率和人员安全。另一方面，应急照明控制系统则根据火灾现场的具体情况自动调整照明设备的强度和方向。在火灾等紧急情况下，环境可能烟雾弥漫，视线受阻，应急照明系统通过增强照明强度和调整光线投射，确保疏散通道和重要区域的可见性，为人员疏散提供必要的光线支持。

三、系统实现

（一）硬件实现

传感器节点作为系统的基础，通过安装在关键位置，能够精确收集如温度、烟雾浓度等关键环境数据。这些数据是进行火灾分析和预警的基础。通信设备则负责将收集到的数据通过无线或有线网络传输到中央控制系统，这些设备通常支持高速数据传输，确保信息在短时间内准确传达，以便快速响应。控制器是系统的大脑，它整合来自各传感器的数据，并基于这些信息进行决策和指令分配，控制其他硬件执行如启动喷水、关闭通风等紧急操作。显示设备如电子显示屏和指示灯则根据控制器的指令，向人员显示疏散路线和安全信息，这些设备通常具有高亮度和防烟雾能力，确保在恶劣条件下仍然清晰可见。这些硬件组件协同工作，构成了一个高效、可靠的智能消防系统。

（二）软件实现

传感器数据采集软件负责管理多种类型的传感器，如温度、烟雾和红外传感器，统一进行数据的读取和初步处理。这一过程中，数据传输协议发挥着至关重要的作用，它不仅确保了数据的实时和准确传输，还提供了数据加密和错误校正功能，增强了系统的安全性和可靠性。数据处理和分析软件则是系统智能化的关键，采用先进的机器学习算法，如神经网络和决策树，对收集的数据进行深度分析，预测火灾发展趋势，为决策提供科学依据。用户界面软件则设计为直观易用，通过图形和文本指示，使非专业用户也能迅速理解疏散指示和安全信息，有效指导用户快速安全地疏散。整体而言，这些软件组件共同保证了系统的高效运行和用户友好的交互体验[3]。

（三）系统集成与测试

系统集成阶段主要关注硬件与软件的相互配合，通过综合调试，确保传感器、控制器、通信设备及显示设备等硬件能与数据采集、传输协议、分析软件和用户界面软件等软件系统无缝对接。这一过程中，特别注意数据流的顺畅和指令执行的准确性。系统测试则分为功能测试和性能测试两个方面。功能测试检查系统的每一项功能，如传感器的准确性、软件的数据处理能力和用户界面的交互设计，确保它们都能满足设计规格。

四、结论

物联网技术在智能消防疏散指示及应急照明系统中的应用，通过实时数据的传输和分析，有效提高了火灾现场的响应速度和疏散效率。系统设计涵盖了硬件和软件的全面集成，确保各组件的协同工作，从而优化了应急响应的整体效果。

参考文献：

[1]廖卫超.智能消防应急照明和疏散指示系统的应用[J].光源与照明,2021(1):2.

[2]宋雪,王洪涛.浅析智能型消防应急照明及疏散指示系统[J].百科论坛电子杂志,2020(14):156.

[3]芦甜.智能型消防应急照明和疏散指示系统分析[J].数码世界,2021(2):26-27.