高层建筑火灾预警逃生线路设计系统-wwwjsctrcom

1江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目申请表项目名称高层建筑火灾预警逃生线路设计系统项目所属一级专业门工学项目所属二级专业类电气信息类项目类型团队项目项目实施时间起始时间：2009年5月完成时间：2010年5月申请人或申请团队姓名年级学校所在院系/专业联系电话E-mail主持人刘峰良大二南京航空航天大学信息科学与技术学院/电子信息科学与技术[e-mail]成员李渊大二南京航空航天大学航天学院/探测制导与控制技术（航天工程）[e-mail]李林剑大二南京航空航天大学信息科学与技术学院/信息工程[e-mail]董小勇大二南京航空航天大学信息科学与技术学院/电子信息科学与技术[e-mail]2导师姓名周建江年龄47单位信息科学与技术学院/研究生院行政职务/专业技术职务研究生院副院长主要成果共发表学术论文60多篇，参编出版教材4部，参编学术专著1部。先后获得国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步一等奖1项、二等奖6项、三等奖1项、教育部科技进步二等奖1项、国家级教学成果二等奖1项、省级教学成果特等奖、二等奖各1项。航空部二、三等功各1个，光华基金三等奖1项。共指导博士后1名、博士生26名、硕士生73名。3一、申请理由（包括自身具备的知识条件、自己的特长、兴趣、已有的实践创新成果等）1.申请人简介项目负责人刘峰良同学现就读于电类强化班，平均学分绩点为3.842，有扎实的数理基础和专业基础。自大一就加入了学校科技中心的电子工作室，并利用工作室的平台进行学习实践，拥有了51单片机的基础理论知识和一定的实践经验，进行了一系列的实物制作，相继组装了三用表，修理过耳机，指导过学生组装三用表，做过单片机最小系统实验板，参加过校第三届电子电路设计大赛（全国电子电路设计竞赛预选赛），并且获得了三等奖，做过51单片机的小型应用实例，如：流水灯实验、数码管实验，数字钟实验，参加了院科创基金项目——无线传感器网络应用。现在正在学习MSP430单片机，并准备学习ARM,DSP。对单片机开发具有极大兴趣，并擅长电路硬件设计与调试。李渊同学平均绩点3.647，大二参加过本科生学术论坛，对程序设计有比较深的理解，比较擅长于C++程序设计，曾经开发过基于树结构的最优线路查询系统，并有一定的硬件设计基础，对单片机有一定了解；董小勇同学平均绩点3.48，现任04071(2)中心组生活部副部长，现在正在做院科创项目——基于PSoC的迷你冰箱，具有一定的科创经验与基础。李林剑同学平均绩点4.0，曾获校一等奖学金，国家励志奖学金，拥有良好的数理和电路分析基础，正在做院科创基金项目——基于51单片机的电梯仿真与制作。2.问题提出背景针对当今社会在火灾救援过程中存在的问题，如由于逃生者对于逃生路线不明确，短时的信息中断而造成的恐慌、混乱和盲目，进而造成巨大的人员伤亡和财产损失，我们以高效指导火灾救援逃生为目的和基本切入点申请该项目，以求开发出火灾发生时在线路选择方面能给予逃生者以最强技术支持，从而有效减少人员伤亡和物质损失的逃生路线指导系统。3.可行性分析现在市场上已经有感烟型、感温型及火焰型传感器等器件；南京航空航天大学已经拥有了无线传感器网络--WSN平台和相应的软、硬件设施；项目的核心是建立一个合适的数学模型，并设计提出针对该模型的算法，以解决逃生线路最优化问题；项目开发过程中可以借鉴WSN平台的开发思想及国内外在火灾逃生指导研究上的一些研究方法和研究成果，通过技术改进和算法改进，以设计出满足以上功能要求的火灾逃生指导系统。通过前期准备工作，项目申请人对国内外研究背景已经有所了解，对项目中的各项技术难题都有一定的了解，并且提出了相应的解决思路。项目拟采用集成的系统化设计方法，将系统的设计思想贯穿于整个设计过程，利用现有的实验设备和元器件，参考国内外在相关方面取得的研究成果，设计出功能模块化，系统集成化的系统。项目申请人在电子电路设计方面和软件设计已经具有一定的基础，具有进行单片机应用设计和软件设计的能力。项目指导老师在信号处理方面做过很多工程项目，指导过很多学生进行相关方面的研究学习，经验非常丰富。4二、项目方案（包括项目的训练目标、前期准备、组织实施、过程管理、实践环节、教师指导、项目结题等）1.项目训练目的1.1通过本项目提高全体组员的动手能力，理论联系实践的能力，系统工程的概念，掌握必要的科研方法和习得一定的科研经验，为以后的学习工作打下坚实的基础，为更好地实现大学的培养目标提高实践条件。1.2最重要的是针对现在的高层建筑火灾防护逃生系统遇到的问题，提出相应的可行性方案，解决这一具有重大实际应用价值的问题。旨在通过本项目开发研究出一套实用的火灾预警逃生线路设计系统，提高对火灾的预警能力；在火灾发生时能够指示最佳逃生路径，降低火灾发生时的人员伤亡，降低火灾对国民经济造成的巨大损失。1.3当今，高层建筑火灾的发生是困扰人们的一大问题，很多时候由于没有逃生路线指导，人们往往慌乱地逃生，造成了不必要的伤亡，设计一个能够指导人们逃生的系统是市场的需求所在，是减少火灾造成的人员伤亡的有效方法。2.前期准备2.1国内国际研究背景针对高层建筑火灾救援逃生系统这一关系到人民生活的重大问题，国内外在相关方面已经做了很多研究，并且取得了一定的研究成果。台湾在这方面做的比较好，智慧建筑已经得到广泛应用，基于智慧建筑建立了建筑物管理系统搭配火灾报警系统来解决火灾救援这一问题，智慧建筑是以电脑应用及网络技术为基础，结合数字化设计自动控制单元和资料收集及影视监控的对楼层全方位的监控系统。【1】另外，无线传感器网络技术也应用到了火灾的救援系统。针对当前建筑火灾救援中存在的诸多亟需解决的问题,提出将先进的无线传感器网络(WSN)技术应用于建筑安全领域的可能性和必要性;分析了无线传感器网络在建筑火灾救援应用中的具体技术需求,依据应用需求重点研究了应用于建筑火难救援的无线传感器网络最优覆盖策略、网络与传统安全系统融合技术、定位与救援算法、节能策略、动态管理以及数据管理等关键技术,并讨论了网格化的分簇拓扑结构及相应路由协议、二次定位机制,监听式动态节点管理方法等技术具体实现方法。【2】“火灾时禁止使用电梯”的警示标志目前存在于世界上几乎每一部电梯的旁边，这一国际消防逃生理念将来可能遭到颠覆。公安部上海消防研究所与上海科委正式签订协议，《高层宾馆火灾情况下电梯应急疏散可行性研究》的课题已经过专家评审等程序正式立项，进入科研阶段。这也意味着高层建筑发生火灾后，在一定条件下，电梯将可能作为一种有效的逃生手段。虽然国内外已经有很多研究，并且在这方面取得了不菲的成绩，但是如果能够在此基础上进行改进，将各种方案的优点进行综合，设计一个功能更加强大的系统，那么这个系统的市场需求将更大，实用性也更大。我们小组基于这种思想提出自己的设计方案，这也是我们项目的最大的特色之一。参考文献【1】高层建筑消防救灾路线模拟之研究——以台中市中兴地政事务所为例台中市政府95年度自行研究发展报告【2】无线传感器网络在建筑火难救援中的应用纪鹏(东北大学人工智能与机器人研究所,辽宁沈阳110004)计算机测量与控制CNKI52.2系统总体设计2.2.1本系统初步分为以下四部分a.信息采集部分这部分采用一系列的传感器节点，这些节点负责采集楼层的温度、气体、火光等有效信息。这部分可以利用市场上现有的感烟型、感温型及火焰型传感器实现。b.信息综合传输部分这是将节点信息汇总到中心处理控制单元的接收发送模块。这部分拟采用无线传输技术，可以使用我校赵国安老师等开发的无线传感器网络平台。数据传输采用ZigBee协议，使用时分复用技术，应用需求时唤醒工作模式，以最有效地，最低功耗地发送接收数据。c.信息综合处理和控制决策部分这部分是本项目研究开发的重点。所有的有效信息均汇集到本单元，然后通过本单元的处理，进行适当的决策，得出相应信息，并将信息通过传输部分传输到相应的效应显示部分，对人群进行路线指示。本部分采用PC机来实现信息的处理。本部分拟采用软件模拟和硬件实现相结合的研究方式来实现。先对这个系统构筑一数学模型，然后针对这一数学模型进行算法设计，并将算法通过编写相应程序进行软件仿真，在软件仿真阶段进行最优化算法选择。然后将仿真过的最优算法移植到硬件平台上。d.信息显示，路线指导部分本部分主要是将处理后得到的正确的逃生信息反馈给被困人群指导人群正确逃生。可以通过小型显示器或扬声器实现，只要使用一语音芯片结合相应的扬声器即可实现本功能。2.2.2系统模型构造我们打算采用先构造火灾发生逃生系统的平面模型，设计算法进行路线最优化设计，然后在逐步将模型扩展到空间立体。采用先构造空间定位信息，然后不断地将传感器节点采集的信息加入到动态变化的可以实时更新空间信息资料库中的研究方法。2.2.3系统拟解决问题由于本系统应当具有一定的实用性和可靠性，经济性，因此数据采集节点应当想方设法降低功耗，可以采用需求时唤醒模式的器件，拟采用低功耗的需求唤醒模式的MSP430MCU系列单片机来进行数据采集节点的简单信息处理，采用低功耗的需求唤醒模式的收发器件CC2420来实现数据的发送和接收。本系统的关键是如何设计有效的具有自适应思想的算法及构造合适的模型来解决信息有效快速处理这一问题，并进行决策，得出最优化逃生路线，最后通过显示器件或扬声器进行路线指示。这将是我们研究的重点。通过前期研究准备，针对在系统空间构建中从一点到多点和多点到多点的问题，提出了采用基于Floyd算法的最短路径算法的设计思想。其主要思想为针对多点对多点的问题，将逃生路径的节点和路径本身，通过路径的权值，以图的形式进行存储。每次记录一个节点，并考虑该节点到其他节点的累积最短距离，利用永久性和暂存性标志，反复地将累积距离最小的节点由暂存标志移动至永久标志，直到暂存标志没有节点为止。62.3研究方法拟采用现有的感烟型、感温型及火焰型传感器作为无线传感网络采集节点，结合WSN平台，使用ZigBee协议组建自组织式具有自适应思想的无线传感器拓扑网络，采用低功耗的需求唤醒模式的MSP430MCU单片机进行采集节点的数据处理，并采用低功耗的需求唤醒模式的收发器件CC2420，采用PC机进行数据处理。数据处理中采用Floyd算法实现路线的最优化设计和自适应性调整。然后将处理后的信息反馈到各节点，并指导人群正确选择逃生路线。项目的一大难题是如何构建高层建筑的资料库，并且能够有效地组织本资料库。我们拟采用先构建平面资料库，然后再增加一个坐标，构造空间资料库的方法初始化资料库。然后再通过无线传感器网络节点的加入，将高层建筑里的实况信息不断地通过无线传输加入到资料库中。资料库构造好后再设计算法，拟采用Floyd算法，在空间资料库的基础上进行线路最优化设计。系统的整体设计中最关键的是决策系统的设计，我们初步打算采用模型参考自适应设计方法来构造设计本系统。系统的最终效应部分采用语音芯片结合扬声器或显示器进行线路指示。2.4项目创新点本项目将无线传感器网络技术和先进的自适应控制原理的核心思想“以变制变”相结合以达到系统最优化设计。本系统能够及时发现异常的可能引发火灾的现象，并在火灾发生时及时的发出警告，并指示正确的路径，有助于最大限度地降低火灾带来的人员伤亡。本系统的信息采集节点均采用低功耗且需求唤醒模式的器件，大大地降低了系统的整体功耗，提高了系统的使用寿命及稳定性，使得系统更具有经济性和实用性。高效的具有自适应思想的算法使得信息能够得到最有效地综合处理，得出最佳逃生路线，指导人群逃生。2.5系统应用前景可以解决现今高层建筑火灾逃生系统的弊端，使被困人群最大限度地被救出火灾现场，提高了救灾的效率，减少了火灾造成的人员伤亡。同时本系统的功耗低，使用寿命长，可以大大的扩大使用范围。具有很大的实用性和很好的市场应用前景。3.组织实施3.1项目分软件模拟和