全息投影應急逃生指示系統

范國良 陳魯彬 張翔

摘要：在當前我國城鎮化建設的高速發展狀態下，建筑高層化、大型化以及復雜化等現象層出不窮，為了避免復雜環境發生火災后固定逃生指示裝置不能發揮其指示功能，因此研究出全息投影應急逃生指示系統將成為減少人員傷亡的必然趨勢。本文從探測模塊、無線通訊模塊、全息投影指示裝置模塊來闡述全息投影應急逃生指示系統的構成。通過各種信息的反饋與無線通訊模塊內嵌的8051處理器內核信息處理，最后給出最佳的逃生路徑，以此確定全息投影指示的方向，引導受災現場人員安全、快速、更加合理路線的撤離，減少火災事故所造成的人員傷亡。

關鍵詞：全息投影; 逃生指示; 路徑規劃

1? ?引言

隨著時代的發展建筑高層化、大型化以及復雜化等現象層出不窮，當復雜環境發生火災時，現僅有的固定逃生指示裝置已不能良好的發揮其逃生指示的作用。由于煙霧中存在大量的一氧化碳、二氧化硫等有毒有害氣體， 當受災人群接觸和吸入這些有毒有害氣體后，會導致產生眼痛、喉嚨痛、頭痛胸悶、缺氧、呼吸困難、思維遲鈍等癥狀。一般來說，在這種情況下普通人群還能保持清醒的時間大約只有50 秒左右。而且現代建筑物的通道長而復雜，逃生就更加困難了。目前國內外均無有關全息投影應急逃生這方面的解決方案。本項目研究了從探測模塊、無線通訊模塊、全息投影指示裝置模塊三大模塊出發，采用離子式煙感NIS-07，LM35D溫感器，CC2530芯片，低電壓的8051處理器內核等多項有關材料和技術構成全息投影應急逃生指示系統。

2? ?研究內容

本系統主要由以下三大模塊組成： （1）探測模塊：將煙霧傳感器、溫度傳感器、火焰傳感器，三者分散放置在不同的角落里，在易發生火災的地方附近取三者其中之二，或者三者均用上，盡可能地做到及時有效的收集反饋火災信息。（2）無線通訊模塊：采用高端的各項相關技術與各種強性能的材料，使其減少因設備問題而導致無法良好的處理接收到的各項信息與信息的傳輸。（3）全息投影指示裝置模塊：學習研究全息投影的形成技術原理與其指示裝置的相關內容，為形成懸空放置于頭頂之上的逃生指示箭頭三維圖像打下基礎。避免無法形成全息投影或者成像不明顯而導致逃生者無法正確理解逃生路徑，從而降低火災事故的逃生率。

3? ?系統總體設計

3.1? 系統總體結構示意圖

3.2? 探測模塊：

由離子式煙霧傳感器NIS-07作為火災煙霧檢測傳感器，溫度測量使用LM35D溫度傳感器，火焰傳感器使用3DU5C光敏三極管作為感光元件。三者組成的探測模塊判斷探測信號后獲得火災信息，并反饋給無線通訊模塊。

3.3? 無線通訊模塊：

無線通訊模塊采用CC2530 芯片，是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 應用的一個真正的片上系統（SoC）解決方案。它能夠以非常低的材料成本建立強大的網絡節點，可以實現無線通信，內置高性能、低電壓的8051處理器內核，計算能力強，并且支持硬件調試，方便編程設計，可以快速計算最優逃生路徑，并通過無線通訊模塊將火災位置信息傳遞給每一個安全出口指示模塊，再通過安全出口模塊內嵌的算法，計算出該安全出口模塊所在位置的最佳逃生路徑，并將信息快速傳送到全息投影指示裝置設計模塊。

3.4? 全息投影指示裝置設計模塊：

通過無線通訊模塊快速傳送過來的最佳逃生路徑信息，利用干涉和衍射原理記錄并真實的再現懸空放置于頭頂之上的逃生指示箭頭三維圖像。并通過實時傳送過來的最佳路徑控制全息投影的指示方向，給予逃生者強烈而明顯的真實感，給予觀看者強烈且深刻的視覺心理反應。引導受災人群快速、更加合理路線的撤離，減少火災事故所造成的人員傷亡。

3.4.1? 全息投影指示系統的技術原理

全息投影顯示裝置是將預先設計好的逃生指示標志的圖像，通過圖像投影設備投射到分光鏡面上，基于分光鏡成像原理，將圖像折射到成像錐體上，從而形成立體成像，可裸眼360度觀察逃生指示標志的指引方向。

3.4.2? 全息投影指示系統組成

全息投影指示系統采用透明材料（一般是玻璃或者透明塑料板）制成的四面錐體，通過四個激光源投射到錐體中的特殊棱鏡上，根據光學原理，匯集到一起后形成具有真實三維空間的立體圖像，如圖1所示。全息投影指示系統主要是由外殼體，分光鏡面，成像錐體，圖像投影和圖像處理器等五個部分組成，構建三維模型后經電腦數字處理制作成圖像，依據計算得到的最佳逃生路線圖像，通過圖像投影設備投射到分光鏡面上，再折射到四個面的成像錐體上，形成360度立體成像，受災人群可360度觀察3D立體顯示的最佳逃生指示標記后進行疏散，示意圖如圖2所示。

4? ?結語

縱觀現今的高樓大廈與大型建筑， 基本都有安裝固定的逃生指示裝置。不過， 現有的消防系統在指示、引導上效果并不是很顯著， 遠遠達不到人們的預期。如果采用了本指示系統，在火災發生時，可以實時有效地指引受災人群走最安全有效、最短的路徑及時疏散撤離，從而避免因為現代樓宇結構復雜，指示標記固定僵化、圖像顯示不明顯， 受災人群對逃生通道不熟悉等原因而導致的大批受災人群涌往同一通道發生擁堵等諸多問題， 大大提高了樓宇發生火災時的逃生機率，降低火災事故造成的傷亡人數。

作者簡介：

范國良，浙江工商職業技術學院機電工程學院教師，講師，高級技師。

項目來源：

2019 年浙江省大學生科技創新活動計劃暨新苗人才計劃（2019R453001）;浙江工商職業技術學院2018 年度大學生創新創業項目。

參考文獻：

[1]? ? 車小偉.智能火災探測與逃生指示系統設計[J].天水師范學院學報，2017，（02）：64-68.

[2]? ? 陳? 翔，陳? 鏗.基于RFID的智能樓宇火災語音指示逃生系統的研究與設計[J].數字技術與應用，2014，（09）：78.