基本信息
- 項目名稱：
- 復雜環(huán)境災難自救及報警救援信息系統
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 通過在現場布設大量的無線傳感節(jié)點并自動組建成無線傳感網絡，每個現場人員都會有一手持設備接收并顯示現場信息，一旦有事故發(fā)生時就會發(fā)出聲光報警，并顯示事故的具體地點。依據這些信息現場人員可以選擇一天相對安全的逃生路徑，從而提高受困人員的生存幾率。
- 詳細介紹：
- 1需求分析設計 針對復雜的生產、辦公、商業(yè)、生活現場環(huán)境進行分析，將監(jiān)控區(qū)域劃分成不同的安全等級，模擬推演可能的事故情形，從生產生活人員角度和從管理者角度設計防災減災方案，分別進行信息系統需求分析，設計人性的、有效的信息系統。 2 系統結構 整體結構如圖1所示。一般應包括監(jiān)控中心、有線（或無線）骨干網、無線網關節(jié)點、網絡傳感器模塊。 2.1 傳感器大致分為兩類：一類是靜態(tài)節(jié)點（環(huán)境參數的監(jiān)測），這類節(jié)點一般分布在固定的位置，負責感知該位置周圍的環(huán)境信息；另一類是動態(tài)節(jié)點（監(jiān)測人的生理信號和環(huán)境參數），該類節(jié)點可由工人隨身攜帶或靈活安置在房間，一方面在事故發(fā)生的時候能夠判斷人的生理狀況，另一方面可以感知工作面的現場信息。傳感器采集的信息包括溫度、煙霧、火、水、塵、瓦斯等相關信息，應根據需要設置。 2.2 無線傳感器節(jié)點具備自組網功能，根據一定的協議鏈接成一個傳感器網絡。其網絡結構如圖2所示。 2.3 節(jié)點采集到的信息通過自組網的方式實時地傳送到無線網關節(jié)點，網關節(jié)點負責完成數據的收發(fā)和網絡狀態(tài)的監(jiān)控，同時它還負責數據處理、融合和存儲處理后的數據通過有線（或無線）骨干網發(fā)送到監(jiān)控中心，由監(jiān)控平臺實時顯示環(huán)境參數和人的狀況。 3便攜自救信息機 便攜自救信息機，由工人隨身攜帶或平時安置在室內、緊急時可隨身攜帶的設備，是動態(tài)傳感器節(jié)點和信息顯示查詢終端二者集成設備。其終端地位如同監(jiān)控中心的監(jiān)控查詢終端，可直觀顯示整體或具體環(huán)境參數，根據此信息，可選擇一個相對安全的通道逃生自救；裝置其動態(tài)節(jié)點本身帶有硬件定位引擎，可自動的計算現場人員的位置并發(fā)送給營救人員，同時現場人員也可以主動發(fā)送自己的位置信息，可讓救援者能定位人員位置和狀況。營救小組收到位置信息后可采取有效的救援措施，提高災難的救援效率。 4 定位 定位，就是確定位置。一種是確定目己在系統中的位置，一種是確定目標在系統中的位置。無線定位是自組織的網絡通過一定方法提供節(jié)點的位置信息。這種自組織網絡定位分為節(jié)點自身定位和目標定位。 節(jié)點自身定位是確定網絡中節(jié)點的坐標位置的過程。目標定位是確定網絡覆蓋范圍內一個事件或者一個目標的坐標位置。網絡自身屬性的確定過程，可以通過人工標定或者各種節(jié)點自身定位算法完成。目標定位是位置己知的網絡節(jié)點作為參考點，確定時間或者目標在網絡中所處的位置。 根據信息收集的方式分，通過網絡收集傳感器數據定位節(jié)點稱為被動定位；節(jié)點主動發(fā)出信息用于定位稱為主動定位。 本系統中對井下人員的定位屬于目標定位，通過在井下的己知位置布置網絡，作為已知的網絡參考節(jié)點，對攜帶目標節(jié)點的人員進行定位。目標節(jié)點主動發(fā)送數據到定位網絡，為主動定位。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 1、目的： 本套系統針對復雜環(huán)境下，同時為現場人員和管理者提供實時有效準確參數的信息系統，就可以在第一時間主動采取有的放矢的措施，轉移到相對安全的環(huán)境，等待救援或開展自救；外部也能采取有效救援措施。這樣可以盡量提高生存幾率。 2、基本思路： 整體結構。一般應包括監(jiān)控中心、有線（或無線）骨干網、無線網關節(jié)點、網絡傳感器模塊。 2.1 傳感器大致分為兩類：一類是靜態(tài)節(jié)點，負責感知該位置周圍的環(huán)境信息；另一類是動態(tài)節(jié)點，該類節(jié)點可由工人隨身攜帶或靈活安置在房間，在事故發(fā)生的時候能夠了解現場情況。傳感器采集的信息包括溫度、煙霧等相關信息，應根據需要設置。 2.2 無線傳感器節(jié)點具備自組網功能，根據一定的協議鏈接成一個傳感器網絡。 2.3 節(jié)點采集到的信息通過自組網的方式實時地傳送到無線網關節(jié)點，網關節(jié)點負責完成數據的收發(fā)和網絡狀態(tài)的監(jiān)控。 3、創(chuàng)新點： 3.1 區(qū)別于普通安全監(jiān)控系統，此套系統具有自救功能，可以提示逃生信息等環(huán)境參數的功能。 3.2 便攜自救信息機，既是提供信息的無線網絡節(jié)點，又是無線信息終端查詢顯示裝置。 3.3 每個節(jié)點可向網絡提供的環(huán)境信息較全面，每個節(jié)點可獲取的信息也較全面。 4、技術關鍵： 采用的關鍵技術有傳感器技術，安全防爆技術，基于ZigBee的物聯網技術和CAN總線技術，以及低功耗設計技術。 5、主要技術指標 環(huán)境信息、節(jié)點數目、指示方式、功耗、傳輸距離
科學性、先進性
- 1、先進性 采用基于ZigBee的無線傳感器網絡技術實現現場人員定位。通過基于ZigBee的無線自組網絡將人員位置以及現場環(huán)境參數實時地傳輸到現場救援系統及現場人員手中，能夠進行實時監(jiān)測，并在危險情況下及時報警并及時通知現場作業(yè)人員;事故發(fā)生后，可以輔助快速制定救援方案、提高現場人員的自救效率，減少人員的傷亡。 雙線冗余的數據傳輸方案。鑒于事故現場的情況的復雜性以及目前普遍的電纜傳輸方式，易造成內外通信的中斷，故本套系統采用了先進的物聯網ZigBee和Can總線技術，保障了數據傳輸的穩(wěn)定性。 2、科學性 注重于現場人員的信息獲取。目前在礦井中，還沒有專門用于逃生的指示系統，有些礦井中具備一些檢測瓦斯的氣體含量的裝置，但這些裝置是只能發(fā)送給外面的上位機（計算機），而礦工不能直接得到這些信息，故此我們設計的系統有效的彌補了這一現存漏洞，給予現場人員全面的信息，提高自救效率。
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 生產授權
作品可展示的形式
- 實物、產品和模型
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 1、使用說明 簡單易用的人性化圖形界面，界面為地圖上顯示節(jié)點信息。另設兩個觸摸按鈕，分別用于查詢環(huán)境信息和發(fā)送自身位置和求救信息。 2、系統特點 2.1整套設備低功耗，可用蓄電池持續(xù)供電，避免了斷電影響。 2.2系統通信采用無線和有線冗余傳輸，保證了網絡的穩(wěn)定可靠。 2.3系統由數量眾多的探頭組成一個傳感器網絡，掌握全局信息，為進一步的逃生和營救決策提供全面可靠的依據。 3、推廣前景 3.1礦井作業(yè) 該系統可在井外的監(jiān)測人員與井下的施工人員建立雙向通信，實時的觀測井下的情況，對災難的發(fā)生予以第一時間的援助，同時礦工可根據接收到的信息選擇一條較為安全的逃生路線。 3.2 樓宇火災 用于大型商廈、辦公大型商場、辦公、居住樓宇的火警監(jiān)控和逃生指示。 4、市場預測 由于安全生產的迫切需要，但市場上尚無此類產品，各類礦井和高樓大賽等復雜環(huán)境均可應用，市場應用前景廣闊。
同類課題研究水平概述
- 最近礦井瓦斯爆炸、塌方、透水以及樓宇的火災等事故頻發(fā)：其中2009年9月8日，河南省平頂山市新華區(qū)新華四礦發(fā)生瓦斯爆炸事故造成79人遇難；2010年11月15日上海胡特大火災造成58人遇難，七十多人受傷，這些事故給人民的生命財產安全帶來嚴重的威脅。 為在事故發(fā)生后提高救援效率，在礦井和大型樓宇這些重要場所都安裝有一些監(jiān)控系統。像澳大利亞的NLTeehnofogies公司研發(fā)了采用433MHz有源即ID標簽跟蹤和管理地下作業(yè)的礦工和車輛的跟蹤管理系統，該即ID標簽通信距離能達到30—50米；以及國內工大高科的KJP100礦井移動目標安全監(jiān)控與信息管理綜合業(yè)務平臺。此系統以RFID技術作為礦井移動目標的最主要識別手段，結合二級百兆工業(yè)以太網、多種現場總線技術，在自主開發(fā)礦井移動目標綜合自動化系統、礦井機車運輸監(jiān)控及車皮物料自動跟蹤管理系統礦井斜巷軌道運輸監(jiān)控裝置等應用子系統的基礎上，將各子系統綜合集成，實現統一技術平臺下的礦井移動目標綜合安全監(jiān)控。而在火災監(jiān)控方面像松下電工生產的 IFS2000Z 型自動火災報警系統，能夠在火災時發(fā)出報警，以及啟動相關消防設備，及時切斷電源。 從以上例子可以看出在礦井中主要系統的功能有：1、監(jiān)控各處是否安全生產。2、對礦工進行考勤定位。3、在事故發(fā)生后通過警鈴告知礦工馬上撤離。而在樓宇中則主要是1、監(jiān)控各樓層是否正常。2、一旦有火災則通過響鈴的方式提示，及一些消防設備的聯動。這些系統都側重于管理階層，只有監(jiān)控人員能獲取現場的實時信息，而處于事故現場的人只知發(fā)生了事故，至于發(fā)生在那個具體位置、及事故的嚴重性卻一無所知。救援人員也不能過準確獲取受困人員的位置等相關信息。 此套信息系統則打破常規(guī)，側重于為事故現場的人員提供實時的信息，盡最大可能提高被困人員的自救能力。于此同時兼顧到管理階層，我們開發(fā)了上位機監(jiān)控軟件，能夠對現場進行實時的監(jiān)控，對人員等移動目標進行實時跟蹤定位。一旦有事故發(fā)生，監(jiān)控人員和現場人員都會收到警報，現場人員根據接收到的信息，選擇安全的逃生路徑。而監(jiān)控人員接收報警信息后根據礦工的位置以及報警點位置采取針對性營救措施。此外因采用ZigBee物聯網技術使網絡的穩(wěn)定性大大提高。此套系統這樣設計既滿足日常監(jiān)控需要的同時還能夠為現場人員提供及時的現場信息，大大提高了事故中受難人員的生存幾率。
