基于智能物联网应急灯及逃生系统的设计与实现

张建明 王毅 白雪 赖杨冰

摘  要：提出一个智能协助民众的疏散逃生系统设计和实现方法，其应用物联网技术，集合大数据和云计算，使用应急灯内置烟雾等传感器检测火灾发生，通过云服务器智能化运算，迅速得出民众最佳逃生方案和路线。能立刻通知相关负责消防的工作人员采取灭火措施。应急灯除了提供实时正确逃生路线指引灯以外，考虑到了可能因为烟雾遮掩了灯光，同时提供声音指引逃生。并将定位信息发送至当地消防局，确认灾害具体的定位及时做好救护措施从而减少人员伤亡和财产损失。

关键词：智能物联网;应急灯;传感器;方向牌

中图分类号：TN911       文献识别码：A文章编号：2096-4706（2022）06-0164-04

Design and Implementation of Emergency Light and Escape System Based on Intelligent Internet of Things

ZHANG jianming， WANG yi， BAI Xue， LAI Yangbing

（Guangdong Polytechnic， Foshan  528041， China）

Abstract： This paper proposes a design and implementation method of an intelligent evacuation and escape system to assist people. It applies Internet of Things technology， integrates big data and cloud computing， uses sensors such as smoke built in emergency lights to detect the occurrence of a fire， and quickly obtains the best escape plan and route for people through intelligent computing on cloud servers. It is able to immediately notify relevant staff responsible for fire fighting to take fire-fighting measures. In addition to providing real-time and correct escape route guidance light， the emergency light takes into account that the light may be obscured by smoke， and provides sound guidance for escape. The location information will be sent to the local fire department to confirm the specific location of the disaster， and it takes rescue measures in time to reduce casualties and property losses.

Keywords： intelligent Internet of Things; emergency light; sensor; direction sign

0  引  言

近年來，如图1所示，随着社会经济的发展，城镇化率逐年提高，我国火灾事件频发，任务类型越来越复杂多样，夏秋季节警情任务最重。消防救援队伍接处的救援救助警情任务覆盖范围越来越广，涉及高空、水域、地下、激流、严寒、高温、烟热、电磁、污染等恶劣环境，传统火灾扑救任务面临的场所也越来越复杂，处置中的危险性越来越强、难度越来越大，平均每起警情投入的力量由上年的9.7人增加到10.4人，起均处置的时长也有所增加。与此同时，由于民众对于消防安全的不重视和消防设备的落后，频频发生的火灾造成了巨大的生命财产损失。根据应急管理部消防救援局统计数据，我国火灾造成生命财产损失居高不下，去年，全国消防救援队伍共接报处置各类警情195.6万起，出动消防救援人员2 040.8万人次、消防车363.6万辆次，累计从灾害现场营救被困人员19.5万人，疏散遇险人员46.7万人;共接报火灾74.8万起，死亡1 987人，受伤2 225人，直接财产损失67.5亿元，与2020年相比，起数和伤人、损失分别上升9.7%、24.1%和28.4%，亡人下降4.8%。我国城镇化进程稳步推进，大量城市建筑、写字楼、民宅等都需要进行新建、扩建、改建，消防系统的现代化智能化建设变得非常迫切[1]。

我国的建筑防火规范在不少方面滞后于经济的发展水平。例如，美国从20世纪70年代起用法律的手段推广感烟式火灾探测器，到90年代初连家庭的普及率都已达到91%。美国消防协会的研究表明，安装了正常工作的感烟式火灾探测器的家庭一旦发生火灾，人员死亡的可能性减少50%。几十元一个的感烟式火灾探测器家家都买得起，小作坊、小档口更应该安装，可是没有法规要求就很难推广。在喷水灭火装置安装场所的要求方面，我国也比发达国家低。又如，日本、韩国许多年前就有法规规定火灾高危场所的一定楼层以上必须配备逃生缓降器、逃生滑道和消防过滤式自救呼吸器等火灾逃生器材，而我国至今只有山东省去年出台了类似的法规。缺乏规范的疏散逃生机制在安全疏散时间里撤离火场，是在发生火灾尤其是公众聚集场所发生火灾时保证人员生命安全的关键。由于发生火灾时，公众聚集场所需要疏散的人员多，而火灾发展速度极快，安全疏散时间只有短短几分钟，如果没有及时启动事先订制经过演练的应急机制，就无法保证这段宝贵的时间得到有效的利用。同时，鉴于我国消防法律法规没有强制性的火灾疏散规定以及罚则，受长期以来的人员思想、行为模式影响，一旦发生火灾，在火灾的初期阶段员工不敢擅自离开工作岗位，旅客和顾客没有接到疏散的通知，大好疏散时机就这么错过了，等到火势扩大，浓烟弥漫，现场一片混乱，导致伤亡是可想而知的[2-5]。

针对以上问题需要设计一个智能协助民众的疏散逃生系统。运用了物联网技术，集合大数据和云计算。通过在应急灯内置传感器来检测紧急事故的发生，能检测到火灾、地震等灾害的发生， 当灾害发生时，通过云服务器智能化运算，迅速得出民众最佳逃生方案和路线。并且立马通知相关负责消防的工作人员采取灭火措施。智能应急灯除了提供实时正确逃生路线指引灯以外，并考虑到了可能因为烟雾遮掩了灯光，所以同时提供声音指引。最大限度智能引导民众逃生、消防工作人员即时反应去灭火。研究逃生指引系统利用软件绑定应急灯，可接收应急灯传感器的数据，还能将定位信息发送至当地公安局、消防局，确认灾害具体的定位，通知消防员及时做好救护措施从而减少人员伤亡和财产损失。

1  智能物联网应急灯及逃生系统设计

1.1  系统设计

图2为基于智能物联网应急灯逃生系统设计，主要包含了硬件系统和云服务软件系统两部分。

首先，根据楼宇布局图，消防道以及消防门的布置，把应急灯合理安排部署在楼宇的关键位置，部署的方式以方便指引逃生为原则。保证楼宇任意一个地方发生火灾时候，应急灯消防系统都能够用某种方式检测到。检测到以后除了通知相关消防人员积极采取消防措施以外，同时马上给每个区域的人们分别规划最佳逃生路线，指引各个区域人们有序从无火灾测方向的逃生门或者消防门离开，到达安全区域。

1.2  智能应急灯的设计

逃生研究的应急灯与现有市面上的应急灯不同，采用了多种传感器实时监控外部环境，根据传感器数据分析外部环境并做出相应决策，实现智能应急照明的功能，同时通过物联网技术，将信息传输到云服务器上，实现对服务区内环境的实时监控。 产品通过将两条高亮度的LED灯内置于应急灯内部的上下两端，且创新的内置了烟雾传感器，光线传感器和通电传感器，从而实现灾害的精准预测和监控。改变了传统应急灯的结构，拥有智能照明，烟雾报警，环境监测，时间显示和出口提示的功能。主要体现在：（1）在质量方面，由于取消了外置灯源，本物联网智能应急灯拥有强大的结构设计和防水级别，防尘放水等级可达到IP53级别，且拥有手提的功能，广泛地应用于各种户外的夜间搜索，救援，巡查，追踪，抢修，铁路施工，海上，电业，公安，油山，矿井等工作场所全方位的多角度移动照明和应急照明。（2）在照明方面，利用两组条形灯源同时发光，标准版拥有行业领先6 W的大照明功率，适用于商业广场，工厂，学校等户多种公共场所。可以提供更大范围的照明，可在恶劣环境下使用。（3）在功能方面，加入最新的NB-IOT的物联网技术，拥有烟雾传感器，通电传感器和火焰传感器3种。可在恶劣或极端环境范围保持稳定运行，内置物联网模块，采用大数据分析的方式，应急灯传感器的数据与外部共享，传输到云服务器中。

智能应急灯利用烟雾传感器和火焰传感器，检测火灾是否发生，如发现火灾，应急灯将会立即开启应急灯照明，同时将火灾信息发送给管理者，及时发现并阻止火灾蔓延。手机应用软件上收到相应的信息，及时把信息通知给受困人，方便救援。工作原理如图3所示

通过绘制火情分布图，如果室内发生火灾，区域内的应急灯内置的烟雾传感器（探测器）通过检测环境烟雾浓度，光线强度，并将数据传输到服务器上，利用大数据以及云计算的分析，得到精准的算法，实现火灾时火情的检测，从而得出火灾时火情分布图，方便后续救援。后期通过的日常火情的数据分析积累，将算法精度将进一步提高如图4所示。

当发生等级较为强烈的地震时，当地地震检测中心可发送地震的实时数据到应急灯的云服务器上，服务器收到数据后将直接制应急灯上的喇叭发出地震警报，同时开启应急照明。为公共场所人群提供及时的地震预警，如图5所示。

加入逃生方向可变以及电子时钟功能，时间校正为北京时间，并配备4寸LED屏。采用LED点阵屏显示方案实现时间实时显示，在此之上与安全出口的箭头提示协调显示，在不使用应急照明的情况下全天候时间显示报时，实现了物联网智能应急灯的使用范围，在不同场景下的考验，都能一一应对。非应急状态下显示时间或者其他民生信息，紧急情况下根据灾害情况给出逃生方向指引。工作原理如图6所示。

1.3  多功能应急吸顶灯设计

对于不同功能的建筑，不同的室内环境，仅仅依靠智能应急灯实现对火情精准监测和及时处理是远远不够的。因此为扩大灾害时的应急照明范围及实现室内全方位火情监控，应该设计一款可以实现应急照明、火情监控的多功能应急吸顶灯。

多功能应急吸顶灯内置电池，烟雾传感器和通讯模块，创新性将烟雾感应器与吸顶灯结合，并将烟雾感应器以隐藏的方式内置于多功能应急吸顶灯，在确保功能正常运行的前提下使吸顶灯尽可能美观，使之能够适应大多数的室内环境，内置的烟雾传感器能够扩大对火情的检测范围和提高检测精度，能够在智能应急灯覆盖不到的范围广泛安装，增强逃生系统的火情检测、地震预警、逃生路线规划等功能。不仅如此，多功能应急吸顶灯采用模块化的设计，可根据不同环境的不同需求增加人体感应器、声控开关、光线感应器等，实现省电节能，如图7所示。

2  系统实现和功能测试联调

功能测试和系统联调是非常重要的环节，这部分的工作需要根据应急逃生系统的应用背景和补盲完成的功能需求，进行针对性的测试样例设计和测试流程的安排。

应急逃生系统顶层设计如图8所示。分为信息接收、信息处理、信息发送三大模块。首先系统要求各个部分定时自检，自检信息统一由云服务器软件进行收集和分析。新型智能物联网应急灯作为一个信息采集终端，不管建筑物，公共区域是否停电还是无电，都可以有效的采集环境信息，不间断的传递采集到的信息传送到云服务器应急逃生统筹系统。应急系统的信息处理模块实时分析险情，做出预判。分析出险情时，系统首先通过信息发送模块传送险情给相关消防部门和人员采取救援措施。同时给各个区域的人们规划最佳逃生路线，调动各个应急灯模块，告诉民众险情以及通过指示標识给出正确逃生方向，让民众快速有序离开危险区域。

3  结  论

随着中国5G技术的崛起，物联网未来将成为社会发展的趋势，消防系统需要切实加强信息化智能化。提出基于现代通信技术的新型物联网智能应急灯，智能方向牌和传感器的消防系统设计和实现方法非常必要。能更快速、更大程度减少灾害时的人员伤亡和财产损失。消防应急灯作为消防检测的重要内容，关系到人民群众的生命财产安全，其中功能性和可靠性是判断消防应急灯是否可靠的重要依据，加上现代的通信技术、传感器技术以及人工智能预测技术形成的新型物联网智能消防系统，可以检测火灾，地震等灾害，及时为用户提供照明和安全警报等应急服务，方便人们做好应对措施，保护人民的生命财产安全。

参考文献：

[1] 中国消防.近10年全国居住场所火灾造成11 634人遇难 [EB/0L].（2022-02-17）.https：//mp.weixin.qq.com/s/d3DKcb6w7T2KmSp0krOhTQ.

[2] 胡星兴.浅谈智能疏散系统 [J].现代建筑电气，2014，5（12）：19-21.

[3] 张紫慧，杨艺，韩雨琪.针对高校宿舍楼安全逃生疏散系统现状的改进对策 [J].消防界（电子版），2019，5（20）：55-56.

[4] 杨立兵，张自忠，郑海力，等.楼梯疏散中员工逃生能力分析 [J].中国安全科学学报，2012，22（09）：16-23.

[5] 白殿涛，张君娜，潘悦.室内定位导航逃生救援系统原理与技术探究 [J].消防科学与技术，2018，37（11）：1560-1563.

作者简介：张建明（1977—），男，汉族，广西岑溪人，工程师，博士，研究方向：通信技术，物联网技术，计算机应用;王毅（1979—），男，汉族，河南洛阳人，副教授，硕士，研究方向：物联网技术，软件技术;白雪（1980—），女，满族，黑龙江哈尔滨人，副教授，硕士，研究方向：工商管理，物流管理;赖杨冰（2001—），男，汉族，江西赣州人，研究方向：物联网应用技术。

收稿日期：2022-02-03