基于Zigbee技术的消防疏散指示系统的设计

佘华扬

摘 要本系统结合Zigbee网络通信技术，搭配智能指示终端，不仅能在事故现场智能的指示逃生者最佳疏散路线，还可以根据火情变化和设备状况智能的更改疏散线路，具有很强的稳定性和健壮性。

【关键词】Zigbee技术 消防疏散 智能逃生

智能消防疏散指示系统，可以为逃生人员提供明确的疏散路径，提高逃生成功率，极大程度减少了人员伤亡和财产损失；智能指示终端可以实时提供全局的监控数据，不仅可以让主控人员根据情况指导现场疏散，还可以为消防官兵提供精确的现场信息，使其更高效更科学的实施抢险救援工作，提高工作效率，营救更多的受困民众，减少事故造成的损失。

1 功能模块设计

基于Zigbee技术的消防应急逃生指示系统主要有三个核心模块：实时监测模块、智能疏散规划模块、指示服务模块，三个模块相互连接，分级分层交互数据，构成完整的智能应急疏散指示系统：

1.1 实时检测模块

在建筑物内布置大量无线传感智能节点，应用静电探测、光纤线性感温、燃烧声波探测等多项火灾传感技术，结合无线通信网络，形成网状基础通讯层。传感器节点连续在线监测附近环境状态，当即将出现火灾等事故时，就会触发该节点预警功能，节点采用声音、灯光、文字、动画方式警示。并且通过无线网络，可以传送事故数据信息给监控平台和其他节点，附近节点及时给疏散人群提供事故信息。系统规划疏散路线，并阻止疏散人员进入事故发生区域，事故现场节点在与系统失去联系时其他节点可重新自行组网，利用Zigbee自组网的特性，保证出现灾情时仍然保证网络健壮性。在火灾中实时提供各种数据，能为后续的事故调查提供科学依据。

1.2 智能疏散规划模块

通过应用模糊综合评价模型对各智能节点所收集的数据进行对比分析，得出结论启动联动措施，规划最佳逃生路线，并将数据下发给各远程节点，组织群众疏散。远程监控平台基于系统安全分析、人机系统工程原理，充分考虑人与人、人与火、人与外部环境结构之间的相互关系；并且结合事故现场的情况，在远程监控平台与场内节点失去联系时， 在没有远程监控平台的情况下的利用Zigbee无线网络的自组网特性，节点间自发协同运算，整体规划最优指示路线，跳脱局部指向思维，避免的监控平台由于事故失联后整个系统的崩溃，为整个疏散指示系统的运作提供双重保险。

1.3 指示服务模块

指示服务是感知信息的应用者，其对象主要有两个：事故现场的受困人员和远程监控系统。智能节点一是将计算处理后的信息反馈给指示服务模块，通过每个节点位置的LED显示屏形象地提示受困人员逃生方向和火场范围、烟雾浓度以及火势蔓延方向等详细信息；二是将采集的信息反馈给远程监控系统，使消防人员能实时、准确、宏观地掌握各方位的火情，当出现误指或程序错误时，能够发送指示，人工引导疏散。

2 系统创新点

2.1 功能创新

2.1.1 网络管理

使用计算机通信技术将各探测节点之间、系统内部、各系统层之间等通过一定网络协议进行相互连接实现远程数据调用，使各个独立的系统组成一个大的网络，进行宏观规划管理。

2.1.2 分布控制

利用Zigbee技术的强大自组网能力，依靠每个节点实时相互定位的功能实现分布式计算，这样即使在与某个节点失去联系的情况下，依然可以达到智能指示目的。

2.1.3 无线传输

根据具体环境采用无线通信技术，形成有线、无线间的互补，使设备间、系统间的信息传递更简便、可靠。

2.1.4 智能反应

采用多样复合的火灾探测技术，主动采集温度、烟雾等数据并充分采用模糊评价技术等进行数据处理，通过内嵌算法及电子显示屏智能引导群众疏散，实现各方面快速准确联动反应。

2.2 性能创新

系统健壮性。本系统具有“远程监控”和“智能自组网”雙重疏散指示功能，有极强的稳定性。当极端环境致使“远程监控”功能失效时，各节点依然可通过自组网通信，充分适应系统所处的各种环境，保证系统的正常运行和基本功能。

3 系统设计

3.1 无线传感网络基础层的设计

为实现系统预定功能，要求传感器节点的设计应满足信息数据采集，分布式处理和各节点间数据参数的实时传输，使得系统能动态准确地掌握火情数据。在极端情况下，当主控服务器或某些节点无法工作时，各个节点可形成自组织网络，利用ZigBee无线网络技术的特点，通过各个节点之间的通信状态建立逃生路线，使得系统依旧能完成预定功能，提高系统的可靠性、稳定性；还要综合考虑成本，能耗，通信距离，网络安全等因素，构建通信可靠、低成本、低能耗的无线传感网络。

3.1.1 分布式处理

无线传感网络中，传感器数量较多且采集的信息复杂多样，由于无线宽带和能量的限制，要达到节省能量、提高传输效率和安全性的目的，必须利用单个节点的存储能力和计算能力来处理冗余的数据信息并与其他节点组网联合处理，从而达到系统预定采集目标。

3.1.2 自组织网络

实际情况下，传感器节点通常被大范围安放，各个节点相对位置关系无法提前预知；火灾的发生和发展具有较大偶然性，火情无法事先确定，恶劣情况下，主控服务器可能被损毁，为保证系统功能的实现，确保人员安全，这就必须要求传感器网络中的节点能够自行组网，互相定位，形成一个多跳的无线方式的网络系统，为系统的正常运行加上“双保险”提高系统的可靠性和抗毁性。

3.2 系统鲁棒性

在普通情况下，系统可利用各节点向远程监控平台传回的实时数据进行分析计算，向疏散人群提供逃生路线指示；在极端情况下，当主控服务器或某些节点无法工作时，各个节点可形成自组织网络，通过各个节点之间的通信状态建立逃生路线，使得系统不仅仅依赖于有线的远程监控，各节点的数据处理能力得以发挥，在极端状况也可提供逃生路线。

4 结束语

本系统的设计在一定程度上还并不是很成熟，有待进一步改进和完善。

参考文献

[1]颜学义.基于ZigBee的智能火灾报警系统设计[D].国防科技大学，2008.

[2]苗森.基于ZigBee的智能应急照明系统的研究与设计[D].河北工程大学，2015（05）：30.

[3]刘士兴，张勇明，顾勤冬.基于无线传感器网络的多参数火灾探测节点研究[N].传感技术学报，2010（06）：23-6

[4]汪子恂.智能点位控制式消防应急照明和疏散指示系统[D].东北电力大学，2013.

作者单位

中南财经政法大学信息与安全工程学院 湖北省武汉市 430073