高空坠物预警定位的解决方案

张钧博 龚博港

摘 要：随着时代发展，经济发展不断加速，高层建筑所占比重逐年增加，逐渐改变老百姓的日常生活。楼层越来越高，一些负面问题也逐渐暴露，其中高空坠物伤人现象成为社会焦点。此现象，高层建筑还没有一个完善的应对机制以及方案。本文就此问题提出一个针对高空坠物预警定位的解决方案。

关键词：高层建筑；高空坠物；预警定位；解决方案

1.研究背景及意义

现代的人们都喜欢在房屋的阳台上养一些花或放一些的物品，甚至存在一些高层住户随手向窗外丢东西的现象。高楼落物伤人事件时常发生。部分住户认为：小的物品掉落不能引发人员伤亡。然而当物体在足够的高度下落时，根据自由落体运动，物体到达地面的速度相当可观。重力势能会大部分转化成动能，落地的瞬间，其动量基数很大，很容易造成人员伤亡等问题。针对这种潜在安全隐患，有效的解决高空坠物造成的人员伤亡，成为了现代楼房建设的棘手问题。

在上述社会背景下，本着“创新为民，服务大众”的理念，提出了“高空坠物预警定位”的方案。该方案设计以简洁实用、定位准确、反应灵敏、可操作性强、可控制性高为目标，通过激光雷达、数据处理终端、响应设备，实现了及时报警、定位跟踪等功能，以低成本高效益达到了高楼层预警定位的目的，具有较好的市场前景和应用价值。

2.设计方案

本文主要针对高空坠物事故问题而提出并试验一种方案，其主要实现的功能就是减少高空坠物事故的发生，使路上的行人更加安全。

2.1方案概述

针对上述的问题，本文阐述并说明了一套“高空坠物定位警报”系统。当楼房天台上的物品要掉落时，系统会捕获目标并预判物体着地点，通过激光投射危险区域标识和声音报警，向行人发出有效提醒，起到保护行人的作用。同时根据前期轨迹记录，分析物体抛出位置，定位责任源头，起到威慑并规范住户行为的作用。起到本方案包含三个部分：数据采集部分、数据处理部分、危险标识提醒部分。

2.2技术原理

其技术原理是利用激光雷达远距离判断是否有物品从楼体表层下落。当有物品经过时，传感器会记录一段运动轨迹，数据传输给信息处理中心，排除昆虫鸟内无人或有人作业设备的干扰，预判物体最终落地点。此刻利用激光投影，将危险区域标识，并发出声音报警提示。

本方案建立实物模型。采用的有激光测距仪、单片机、延迟模块、底部激光投射装置、蜂鸣器、电源、太阳能电池板、楼房模型和若干导线等制成。激光雷达是利用被检测物对激光光束的遮挡或反射，由同步回路接通电路，从而检测物体的有无。物体不限于金属，所有能发射（或者对光线有遮挡作用）的物体均可以被检测。激光雷达可以全天候进行预定区域扫描。每秒8000次的高速激光扫描采样能力，克服了传统雷达寿命限制，配合先进算法，有效预估着落点位置，并且可以判读初始抛出点位置，配合风速风向传感器，避免严重误判。太阳能电池板可以为整套系统提供持续供电。

2.3系统主要结构

在楼顶放置太阳能电池板。在住宅楼天台的外边缘或者上部放置激光雷达距离传感器。在对应楼房内和楼下道路旁边放置激光投影和警报装置。在主控制间放置中央处理器供电和电源。

2.4具体模型操作演示流程

开启系统，使单片机以及各个装置处于工作状态。用拟制小物体模拟高空坠物，将其从带有传感器的楼层丢下，激光雷达会立即检测到有物体出现，并计算轨迹并迅速将信号输出给单片机，经处理后地表投射危险区域标记，激活蜂鸣器发出警报提醒人们有物品从高层掉落。并且会持续轨迹记录，判断出物体抛出位置。

2.5方案特色

本方案具有“简单”、“精准”、“智能”、“低成本”的特点

（1）“简单”

“简单”指此方案装置实用投资小。密集型光电开关捕捉物体运动距离，单片机作为主要程序输出平台，蜂鸣器和激光投射装置自动根据程序编写进行工作，整套装置没有过于复杂的装置和工具，但是却解决了相对复杂的实际问题，整套程序编写完善，鲁棒性强，可直接套用，使用方式上也很简单。

（2）“精准”

“精准”是指此方案通过定位定向，精确计算出物体下落时的距离，可靠性高。精确还体现在可控范围上，随着用户的使用，将范围控制在某一特定区域，这也将大大提高安全性能指标。

（3）“智能”

“智能”是指此方案通过计算，可以通过运动轨迹过滤掉飞行器，飞鸟，昆虫，窗外作业物体，有效规避误报警。

（4）“低成本”

“低成本”是指此方案可以在任何楼层安装，不需要改楼层结构。造价便宜可操作。

3.市场前景

目前该模型已经组装并检测，效果较好，该系统反应灵敏、判断准确，当有物品掉落时能迅速发出提醒，极大的避免了物品从高楼坠落，减少了人员伤亡，提高了楼房的安全建设。该产品结构相对简单、成本低廉、可靠性高、兼容性好，适用于多种类型的房屋，且对环境基本没有影响。目前，市场上没有类似的产品，作品在人们的安全问题上具有广阔的推广应用价值和商业前景。

近年来，随着国民经济的持续、稳定发展以及人口的不斷增长，我国现阶段群众住房的压力也在逐年增长，新投入使用的楼房趋于高层化现象越来越常见。据不完全统计，仅合肥市高新区辖区的住房，达到30层楼以上的达到了总住房的70%，并且这一数据还在不断攀升。在满足更多住户居住要求的同时，高空坠物的问题越来越突出。据统计，截止到 2016 年上半年，二线以上城市住房高楼层的所占比例达到65%，这也就意味着超过一半的住房用户可能面临着“高空坠物”的问题。专家预测，在未来的 2018-2022 年间，国内高楼层房屋增长率保持在 7%左右，预计到 2023 年，我国大多数地区会出现以高层住宅为主的情况。

现阶段的楼盘开发，从盈利的角度来看，更多的是通过减少楼层间距、筑高楼盘从而达到更高的利润。所以对于房地产商来说，真正关心的问题在于能否在有限的开发土地中建造更多的住房与更高的住房。显然现代人对于住房要求越来越高，楼层的高度越高，高空坠物等问题就会愈加明显，因此，此方案迫切需要应用于市场。

随着“互联网+”服务不断深入到生活的方方面面，各种通过传统方式改变住户实际需要的方法措施层出不穷，例如采用阻拦网，摄像头等。但是传统方式却没有能从根源上改变这一现状，因此迫切需要使用高空坠物预警定位解决问题

作为一款民用与商业智能安全产品，庞大的商品房保有量也就意味着该产品具有巨大的市场前景，这也为本项目的持续运作奠定了良好的基础，项目市场前景十分可观。

（作者单位：解放军陆军炮兵防空兵学院）