高層建筑火災(zāi)預(yù)警逃生線路設(shè)計系統(tǒng)

1、.PAGE ：.；PAGE 9江蘇省高等學校大學生實際創(chuàng)新訓練方案工程懇求表工程稱號高層建筑火災(zāi)預(yù)警逃生線路設(shè)計系統(tǒng)工程所屬一級專業(yè)門工學工程所屬二級專業(yè)類電氣信息類工程類型 團隊工程工程實施時間起始時間： 2021年5月 完成時間：2021 年 5月懇求人或懇求團隊姓名年級學校所在院系/專業(yè)聯(lián)絡(luò)主持人劉峰良大二南京航空航天大學信息科學與技術(shù)學院/電子信息科學與技成 員李淵大二南京航空航天大學航天學院/探測制導與控制技術(shù)航天工程025-81593850774398311李林劍大二南京航空航天大學信息科學與技術(shù)學院/信息工/p>

2、taiping.xiaosheng163董小勇大二南京航空航天大學信息科學與技術(shù)學院/電子信息科學與技術(shù)15850675695352807573導師姓名周建江年齡47單位信息科學與技術(shù)學院/研討生院行政職務(wù)/專業(yè)技術(shù)職務(wù)研討生院副院長主要成果共發(fā)表學術(shù)論文60多篇，參編出版教材4部，參編學術(shù)專著1部。先后獲得國家科技提高二等獎1項、省部級科技提高一等獎1項、二等獎6項、三等獎1項、教育部科技提高二等獎1項、國家級教學成果二等獎1項、省級教學成果特等獎、二等獎各1項。航空部二、三等功各1個，光華基金三等獎1項。共指點博士后1名、博士生26名、碩士生73名。一、懇求理由包括本身具備的知識條件、本人

3、的專長、興趣、已有的實際創(chuàng)新成果等1.懇求人簡介工程擔任人劉峰良同窗現(xiàn)就讀于電類強化班，平均學分績點為3.842，有扎實的數(shù)理根底和專業(yè)根底。自大一就參與了學?？萍贾行牡碾娮尤蝿?wù)室，并利用任務(wù)室的平臺進展學習實際，擁有了51單片機的根底實際知識和一定的實際閱歷，進展了一系列的實物制造，相繼組裝了三用表，修繕過耳機，指點過學生組裝三用表，做過單片機最小系統(tǒng)實驗板，參與過校第三屆電子電路設(shè)計大賽全國電子電路設(shè)計競賽預(yù)選賽，并且獲得了三等獎，做過51單片機的小型運用實例，如：流水燈實驗、數(shù)碼管實驗，數(shù)字鐘實驗，參與了院科創(chuàng)基金工程無線傳感器網(wǎng)絡(luò)運用。如今正在學習MSP430單片機，并預(yù)備學習ARM,

4、DSP。對單片機開發(fā)具有極大興趣，并擅長電路硬件設(shè)計與調(diào)試。李淵同窗平均績點3.647，大二參與過本科生學術(shù)論壇，對程序設(shè)計有比較深的了解，比較擅長于C+程序設(shè)計，曾經(jīng)開發(fā)過基于樹構(gòu)造的最優(yōu)線路查詢系統(tǒng)，并有一定的硬件設(shè)計根底，對單片機有一定了解；董小勇同窗平均績點3.48，現(xiàn)任04071(2)中心組生活部副部長，如今正在做院科創(chuàng)工程基于PSoC的迷他冰箱，具有一定的科創(chuàng)閱歷與根底。李林劍同窗平均績點4.0，曾獲校一等獎學金，國家勵志獎學金，擁有良好的數(shù)理和電路分析根底，正在做院科創(chuàng)基金工程基于51單片機的電梯仿真與制造。2.問題提出背景針對當今社會在火災(zāi)救援過程中存在的問題，如由于逃生者對于

5、逃生道路不明確，短時的信息中斷而呵斥的恐慌、混亂和盲目，進而呵斥宏大的人員傷亡和財富損失，我們以高效指點火災(zāi)救援逃生為目的和根本切入點懇求該工程，以求開發(fā)出火災(zāi)發(fā)生時在線路選擇方面能給予逃生者以最強技術(shù)支持，從而有效減少人員傷亡和物質(zhì)損失的逃生道路指點系統(tǒng)。3.可行性分析如今市場上曾經(jīng)有感煙型、感溫型及火焰型傳感器等器件；南京航空航天大學曾經(jīng)擁有了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)-WSN平臺和相應(yīng)的軟、硬件設(shè)備；工程的中心是建立一個適宜的數(shù)學模型，并設(shè)計提出針對該模型的算法，以處理逃生線路最優(yōu)化問題；工程開發(fā)過程中可以自創(chuàng)WSN平臺的開發(fā)思想及國內(nèi)外在火災(zāi)逃生指點研討上的一些研討方法和研討成果，經(jīng)過技術(shù)改良和算

6、法改良，以設(shè)計出滿足以上功能要求的火災(zāi)逃生指點系統(tǒng)。經(jīng)過前期預(yù)備任務(wù)，工程懇求人對國內(nèi)外研討背景曾經(jīng)有所了解，對工程中的各項技術(shù)難題都有一定的了解，并且提出了相應(yīng)的處理思緒。工程擬采用集成的系統(tǒng)化設(shè)計方法，將系統(tǒng)的設(shè)計思想貫穿于整個設(shè)計過程，利用現(xiàn)有的實驗設(shè)備和元器件，參考國內(nèi)外在相關(guān)方面獲得的研討成果，設(shè)計出功能模塊化，系統(tǒng)集成化的系統(tǒng)。工程懇求人在電子電路設(shè)計方面和軟件設(shè)計曾經(jīng)具有一定的根底，具有進展單片機運用設(shè)計和軟件設(shè)計的才干。工程指點教師在信號處置方面做過很多工程工程，指點過很多學生進展相關(guān)方面的研討學習，閱歷非常豐富。二、工程方案包括工程的訓練目的、前期預(yù)備、組織實施、過程管理、實

7、際環(huán)節(jié)、教師指點、工程結(jié)題等1.工程訓練目的1.1 經(jīng)過本工程提高全體組員的動手才干，實際聯(lián)絡(luò)實際的才干，系統(tǒng)工程的概念，掌握必要的科研方法和習得一定的科研閱歷，為以后的學習任務(wù)打下堅實的根底，為更好地實現(xiàn)大學的培育目的提高實際條件。1.2 最重要的是針對如今的高層建筑火災(zāi)防護逃生系統(tǒng)遇到的問題，提出相應(yīng)的可行性方案，處理這一具有艱苦實踐運用價值的問題。旨在經(jīng)過本工程開發(fā)研討出一套適用的火災(zāi)預(yù)警逃生線路設(shè)計系統(tǒng)，提高對火災(zāi)的預(yù)警才干；在火災(zāi)發(fā)生時可以指示最正確逃生途徑，降低火災(zāi)發(fā)生時的人員傷亡，降低火災(zāi)對國民經(jīng)濟呵斥的宏大損失。1.3 當今，高層建筑火災(zāi)的發(fā)生是困擾人們的一大問題，很多時候由于

8、沒有逃生道路指點，人們往往慌亂地逃生，呵斥了不用要的傷亡，設(shè)計一個可以指點人們逃生的系統(tǒng)是市場的需求所在，是減少火災(zāi)呵斥的人員傷亡的有效方法。 2.前期預(yù)備2.1國內(nèi)國際研討背景針對高層建筑火災(zāi)救援逃生系統(tǒng)這一關(guān)系到人民生活的艱苦問題，國內(nèi)外在相關(guān)方面曾經(jīng)做了很多研討，并且獲得了一定的研討成果。臺灣在這方面做的比較好，智慧建筑曾經(jīng)得到廣泛運用，基于智慧建筑建立了建筑物管系統(tǒng)搭配火災(zāi)報警系統(tǒng)來處理火災(zāi)救援這一問題，智慧建筑是以電腦運用及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為根底，結(jié)合數(shù)字化設(shè)計自動控制單元和資料搜集及影視監(jiān)控的對樓層全方位的監(jiān)控系統(tǒng)?！?】另外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也運用到了火災(zāi)的救援系統(tǒng)。針對當前建筑火災(zāi)救

9、援中存在的諸多亟需處理的問題, 提出將先進的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN) 技術(shù)運用于建筑平安領(lǐng)域的能夠性和必要性; 分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在建筑火災(zāi)救援運用中的詳細技術(shù)需求, 根據(jù)運用需求重點研討了運用于建筑火難救援的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)覆蓋戰(zhàn)略、網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)平安系統(tǒng)交融技術(shù)、定位與救援算法、節(jié)能戰(zhàn)略、動態(tài)管理以及數(shù)據(jù)管理等關(guān)鍵技術(shù), 并討論了網(wǎng)格化的分簇拓撲構(gòu)造及相應(yīng)路由協(xié)議、二次定位機制, 監(jiān)聽式動態(tài)節(jié)點管理方法等技術(shù)詳細實現(xiàn)方法。【2】“火災(zāi)時制止運用電梯的警示標志目前存在于世界上幾乎每一部電梯的旁邊，這一國際消防逃生理念未來能夠遭到顛覆。公安部上海消防研討所與上?？莆胶炇饏f(xié)議，的課題曾經(jīng)過專

10、家評審等程序正式立項，進入科研階段。這也意味著高層建筑發(fā)生火災(zāi)后，在一定條件下，電梯將能夠作為一種有效的逃生手段。 雖然國內(nèi)外曾經(jīng)有很多研討，并且在這方面獲得了不菲的成果，但是假設(shè)可以在此根底上進展改良，將各種方案的優(yōu)點進展綜合，設(shè)計一個功能更加強大的系統(tǒng)，那么這個系統(tǒng)的市場需求將更大，適用性也更大。我們小組基于這種思想提出本人的設(shè)計方案，這也是我們工程的最大的特征之一。 參考文獻 【1】高層建筑消防救災(zāi)道路模擬之研討以臺中市中興地政事務(wù)所為例 臺中市政府95年度自行研討開展報告【2】無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在建筑火難救援中的運用 紀鵬 (東北大學人工智能與機器人研討所, 遼寧沈陽110004) 計算機

11、丈量與控制 CNKI2.2系統(tǒng)總體設(shè)計2.2.1本系統(tǒng)初步分為以下四部分a.信息采集部分這部分采用一系列的傳感器節(jié)點，這些節(jié)點擔任采集樓層的溫度、氣體、火光等有效信息。這部分可以利用市場上現(xiàn)有的感煙型、感溫型及火焰型傳感器實現(xiàn)。b.信息綜合傳輸部分這是將節(jié)點信息匯總到中心處置控制單元的接納發(fā)送模塊。這部分擬采用無線傳輸技術(shù)，可以運用我校趙國安教師等開發(fā)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺。數(shù)據(jù)傳輸采用ZigBee協(xié)議，運用時分復用技術(shù)，運用需求時喚醒任務(wù)方式，以最有效地，最低功耗地發(fā)送接納數(shù)據(jù)。c.信息綜合處置和控制決策部分這部分是本工程研討開發(fā)的重點。一切的有效信息均聚集到本單元，然后經(jīng)過本單元的處置，進展

12、適當?shù)臎Q策，得出相應(yīng)信息，并將信息經(jīng)過傳輸部分傳輸?shù)较鄳?yīng)的效應(yīng)顯示部分，對人群進展道路指示。本部分采用PC機來實現(xiàn)信息的處置。本部分擬采用軟件模擬和硬件實現(xiàn)相結(jié)合的研討方式來實現(xiàn)。先對這個系統(tǒng)構(gòu)筑一數(shù)學模型，然后針對這一數(shù)學模型進展算法設(shè)計，并將算法經(jīng)過編寫相應(yīng)程序進展軟件仿真，在軟件仿真階段進展最優(yōu)化算法選擇。然后將仿真過的最優(yōu)算法移植到硬件平臺上。d.信息顯示，道路指點部分本部分主要是將處置后得到的正確的逃生信息反響給被困人群指點人群正確逃生?？梢越?jīng)過小型顯示器或揚聲器實現(xiàn)，只需運用一語音芯片結(jié)合相應(yīng)的揚聲器即可實現(xiàn)本功能。2.2.2系統(tǒng)模型構(gòu)造我們計劃采用先構(gòu)造火災(zāi)發(fā)生逃生系統(tǒng)的平面模型

13、，設(shè)計算法進展道路最優(yōu)化設(shè)計，然后在逐漸將模型擴展到空間立體。采用先構(gòu)造空間定位信息，然后不斷地將傳感器節(jié)點采集的信息參與到動態(tài)變化的可以實時更新空間信息資料庫中的研討方法。2.2.3系統(tǒng)擬處理問題由于本系統(tǒng)該當具有一定的適用性和可靠性，經(jīng)濟性，因此數(shù)據(jù)采集節(jié)點該當想方設(shè)法降低功耗，可以采用需求時喚醒方式的器件，擬采用低功耗的需求喚醒方式的MSP430MCU系列單片機來進展數(shù)據(jù)采集節(jié)點的簡單信息處置，采用低功耗的需求喚醒方式的收發(fā)器件CC2420來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接納。本系統(tǒng)的關(guān)鍵是如何設(shè)計有效的具有自順應(yīng)思想的算法及構(gòu)造適宜的模型來處理信息有效快速處置這一問題，并進展決策，得出最優(yōu)化逃生道路

14、，最后經(jīng)過顯示器件或揚聲器進展道路指示。這將是我們研討的重點。 經(jīng)過前期研討預(yù)備，針對在系統(tǒng)空間構(gòu)建中從一點到多點和多點到多點的問題，提出了采用基于Floyd算法的最短途徑算法的設(shè)計思想。其主要思想為針對多點對多點的問題，將逃生途徑的節(jié)點和途徑本身，經(jīng)過途徑的權(quán)值，以圖的方式進展存儲。每次記錄一個節(jié)點，并思索該節(jié)點到其他節(jié)點的累積最短間隔 ，利用永久性和暫存性標志，反復地將累積間隔 最小的節(jié)點由暫存標志挪動至永久標志，直到暫存標志沒有節(jié)點為止。 2.3研討方法擬采用現(xiàn)有的感煙型、感溫型及火焰型傳感器作為無線傳感網(wǎng)絡(luò)采集節(jié)點，結(jié)合WSN平臺，運用ZigBee協(xié)議組建自組織式具有自順應(yīng)思想的無線傳

15、感器拓撲網(wǎng)絡(luò)，采用低功耗的需求喚醒方式的MSP430MCU單片機進展采集節(jié)點的數(shù)據(jù)處置，并采用低功耗的需求喚醒方式的收發(fā)器件CC2420，采用PC機進展數(shù)據(jù)處置。數(shù)據(jù)處置中采用Floyd算法實現(xiàn)道路的最優(yōu)化設(shè)計和自順應(yīng)性調(diào)整。然后將處置后的信息反響到各節(jié)點，并指點人群正確選擇逃生道路。工程的一大難題是如何構(gòu)建高層建筑的資料庫，并且可以有效地組織本資料庫。我們擬采用先構(gòu)建平面資料庫，然后再添加一個坐標，構(gòu)造空間資料庫的方法初始化資料庫。然后再經(jīng)過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的參與，將高層建筑里的實況信息不斷地經(jīng)過無線傳輸參與到資料庫中。資料庫構(gòu)造好后再設(shè)計算法，擬采用Floyd算法，在空間資料庫的根底上進

16、展線路最優(yōu)化設(shè)計。系統(tǒng)的整體設(shè)計中最關(guān)鍵的是決策系統(tǒng)的設(shè)計，我們初步計劃采用模型參考自順應(yīng)設(shè)計方法來構(gòu)造設(shè)計本系統(tǒng)。系統(tǒng)的最終效應(yīng)部分采用語音芯片結(jié)合揚聲器或顯示器進展線路指示。2.4工程創(chuàng)新點本工程將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和先進的自順應(yīng)控制原理的中心思想“以變制變相結(jié)合以到達系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計。本系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)異常的能夠引發(fā)火災(zāi)的景象，并在火災(zāi)發(fā)生時及時的發(fā)出警告，并指示正確的途徑，有助于最大限制地降低火災(zāi)帶來的人員傷亡。本系統(tǒng)的信息采集節(jié)點均采用低功耗且需求喚醒方式的器件，大大地降低了系統(tǒng)的整體功耗，提高了系統(tǒng)的運用壽命及穩(wěn)定性，使得系統(tǒng)更具有經(jīng)濟性和適用性。高效的具有自順應(yīng)思想的算法使得信息可

17、以得到最有效地綜合處置，得出最正確逃生道路，指點人群逃生。2.5系統(tǒng)運用前景可以處理現(xiàn)今高層建筑火災(zāi)逃生系統(tǒng)的弊端，使被困人群最大限制地被救出火災(zāi)現(xiàn)場，提高了救災(zāi)的效率，減少了火災(zāi)呵斥的人員傷亡。同時本系統(tǒng)的功耗低，運用壽命長，可以大大的擴展運用范圍。具有很大的適用性和很好的市場運用前景。3.組織實施 3.1工程分軟件模擬和硬件實現(xiàn)兩部分，擬按如下思緒進展工程研討模型建立模型建立硬件實現(xiàn)現(xiàn)場調(diào)試算法設(shè)計軟件模擬3.2 成員分工，詳細規(guī)劃劉峰良和董小勇?lián)斡布O(shè)計，李淵和李林劍擔任軟件設(shè)計與模擬。模型建立和算法設(shè)計及接口與調(diào)試由一切成員協(xié)作完成。按照工程方案，自懇求勝利起，軟件模擬和硬件設(shè)計同時

18、進展。4.過程管理4.1過程方案學生全面地投入工程的研討和開發(fā)中，及時導游師匯報研討進展，積極和導師溝通研討過程中遇到的問題，并積極討論處理方案，導師對工程進展全方位指點，學校正工程進展全程式檢查。學校在工程開場半年內(nèi)組織中期檢查，在工程到期時組織結(jié)題驗收。4.2工程研討方案研討階段研討成果成果方式2021.5-2021.10模型建立，采集節(jié)點集成論文，簡單實物2021.10-2021.1軟件模擬軟件2021.1-2021.5硬件實現(xiàn)實物系統(tǒng)，軟件，論文5.實際環(huán)節(jié) 在實際分析設(shè)計及軟件模擬完成后進展相應(yīng)的詳細電路設(shè)計，并結(jié)合實踐情況決議能否設(shè)計印制電路板，將硬件電路進展現(xiàn)場調(diào)試和系統(tǒng)集成化處置。6.教師指點在學生進展工程研討的過程中，指點教師進展全程指點，給予學生方法上，系統(tǒng)上的指點，隨時關(guān)注學生的研討進展，指點學生進展創(chuàng)新性研討。7.工程結(jié)題在學生工程研討到期后一年，學校進展結(jié)題驗收。三、學校提供條件包括工程開展所需的實驗實訓情況、配套經(jīng)費、相關(guān)扶持政策等學校的電工電子實驗室可以提供實驗室平臺，可以提供硬件平臺及單片機開發(fā)平臺，WSN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺可以提供整體設(shè)計開發(fā)平臺，另外信息科學與技術(shù)學院實驗室還具有ARM及DSP的實驗平臺。充足的實驗開發(fā)平臺加上一流的實驗室可以處理我們工程研討過程中的后顧之憂。