基本信息
- 项目名称：
- 大中型客轮的动态逃生引导系统及设备模型制作
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品是基于船舶中人员、通道与烟火状态分布的动态逃生引导系统。系统包括探测、通信、数据库、计算与显示设备，可以实时改变显示信息以动态引导人员分散逃生，并远离危险源。
- 详细介绍：
- 本作品所设计的动态逃生引导系统主要包括：火情传感器、人员传感器、通信设备、综合信息数据库、计算中心、逃生路径指示装置与监控界面。作为逃生路径指示装置的动态引导牌包含可变化的通行方向指示和允许通行人数的显示，可以精确引导到个人，从宏观上将逃生疏散的效率最大化。 与现有技术相比，本作品的动态逃生引导系统能够克服传统的静态引导装置不能引导人员避火逃生、现有的智能逃生引导系统不能区分不同人员分布下的合理逃生路线的不足。系统能实时显示不同逃生方向和每条通道最多允许通过的逃生人数，动态地引导人员完成高效逃生，即使人员初期没有按照系统所指示的最佳路线逃生，动态引导装置的显示内容也会立即改变为当前状态下最适合的逃生路径策略。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本作品的目的是解决大中型客轮人员在紧急逃生疏散时出现迷路、拥挤堵塞而导致通道利用率低的问题。 基本思路是设计动态引导系统的架构，主要包括火情与人员探测设备、综合信息数据库、计算中心、逃生路径指示装置与监控界面。其核心引导算法以人员逃生移动规律为依据，建立用于逃生疏散的势矩阵及相应算法，使其能够计算复杂空间与复杂人员分布下的最快逃生路径，动态地引导人员尽量分散地逃往各个逃生出口，并在该过程中远离危险源。 由于所建立的势矩阵算法适用于解决空间中的到达问题，本作品还可用于消防、急救或一般移动的高效动态引导。 创新点主要有： 1，基于人、火、通道状态传感的动态引导方法； 2，全船通道状态显示终端; 3，多功能数字化逃生引导装置。 技术关键包括两部分：一是动态引导核心算法的设计和实现；二是引导系统的结构性设计 (将在技术说明书中详述)。 本作品的主要技术指标之一是系统最快响应时间，该时间约等于核心运算中耗时最多的势矩阵运算时间。在示例中，势矩阵运算时间在0.1秒至0.2秒之间(PC机)，可以满足动态引导。 引导方向与流量的正确性也是本作品的主要技术指标之一。作者进行了算法总体设计并通过大量测试对决策结果进行定性检验，证实在存在逃生出口的情况下引导系统均能作出正确的指示。 此外，系统工作可靠性和疏散引导效率也是重要的非可量化指标，本作品也通过理论检验与定性分析评估了作品在这些方面的性能。
科学性、先进性
- 本作品首次实现基于人员位置与烟火状态传感监控的数字化动态引导技术，作品不是现有技术的改良，其设计理念与目前建筑中最新使用的避火智能逃生引导系统相比具有实质性突破。 与现有技术相比，本系统能够克服传统的静态引导装置不能引导人员避火逃生、现有的智能逃生引导系统不能区分不同人员分布下的合理逃生路线的不足。系统能实时显示不同逃生方向和每条通道最多允许通过的逃生人数，动态地引导人员完成高效逃生，即使人员初期没有按照系统指示的最佳路线逃生，动态引导装置的显示内容也会立即改变为当前状态下最适合的逃生路径策略。 本作品建立人员在通道中移动的数学模型，以流体在空间中的运动比拟人流移动建立三维势矩阵算法，以人员的空间分布为计算依据，同时考虑不同人员（老幼、肥胖人员）的“势”加权，计算最为分散的逃生路线。 在本作品的案例中，各种状态下本系统的引导决策结果比现有的静态路标或避火智能引导系统的引导效果高出10%至100%以上，能够极大提高通道的利用效率，显著缩短逃生时间。
获奖情况及鉴定结果
- 目前未参加其他评审、展示等活动。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 合作研发或面议
作品可展示的形式
- 部分产品、模型、图片、视频、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本动态逃生引导系统应用于复杂空间中发生危险需要紧急疏散的情况，可以通过数字化显示设备实时动态引导人员逃生，能为复杂空间中的大量人员精确指示最速逃生方案。 使用时，人员依据引导设备显示的局部移动方案(通行方向和人数)或全局通道状态，选择最为合适的路径逃生。 作品适用于大中型客轮、大型建筑、复杂地下结构与人员密集的场所，引导人员快速疏散；也可以进行消防、急救以及一般移动的引导。 截止到 2007年底，世界1000总吨(GT)以上豪华游船保有量达到326 艘、1315万GT、334.72万客位，其接待人数与海上停留时间较以往猛增， 2006年接待的游客达到了1500万人次。同时大型建筑数量剧增，紧急逃生疏散成为一个严峻的课题。因此，本作品设计的动态逃生引导系统具有广阔的应用前景。 本系统能够引导人员迅速分散逃生，减小严重事故的人员伤亡，带来巨大的社会效益与间接经济效益；同时引导系统可以动态引导消防人员赶赴火场，提高消防反应速度，减小经济损失。
同类课题研究水平概述
- 目前的逃生研究多集中在引导设备设计、灾害与逃生过程的模拟，逃生路径规划方面的研究较少，并且主要是避火逃生路径的规划，尚没有基于人员分布的逃生路径规划。 1，逃生引导系统研究现状 船上的传统引导系统的设备多为独立型应急疏散标志灯，其功能单一，无法响应人员的动态分布，更无法指引灭火与起火时的逃生避绕，并且日常维护和检修较困难。 建筑中最新使用的与火情联动的智能逃生引导系统与装置，其相比于传统引导设备有很大进步，实现了引导系统和报警系统联动，利于检修，并依据火情传感实时调整应急指示方向引导逃生人员避烟避火。系统结合光流,语音,频闪,借助消防报警的火灾信息,从听觉、视觉等感观上引导人们逃生。 尽管如此，目前的智能引导系统只能定性指引方向，无法针对人员的不同分布作出最优化引导，无法有效解决大中型客轮上逃生人员拥挤堵塞通道或部分通道闲置的问题。 2，逃生行为模拟研究现状 人员疏散模型研究现状。目前的人员疏散模型建模方法大体上可分为3种：一种是宏观的方法,即把行人视为连续流动介质；一种是微观的方法,它把行人视为相互作用的粒子,其中最为著名的就是Helbing的社会力模型；再一种就是介观的方法,它在宏观和微观中取折中,如格子气模型。 3，国内与智能逃生引导技术相关的专利情况 中国专利技术网的相关专利检索显示，已申请专利的智能逃生引导技术主要集中在：和火灾报警联动的智能避火疏散系统、双向逃生指示灯，以及其他通过声、光媒介的引导装置。 目前尚没有检索到数字化逃生及疏散引导技术的专利，或基于人员分布的逃生引导技术专利。互联网中也没有检索到类似技术信息。 4，系统所需设备技术情况 影像识别技术、基于RFID或ZigBee的无线识别技术、烟火探测技术、小型计算机或工作站技术、液晶显示器或LED点阵的显示技术，以及有线、无线网络通信技术的相关研究均相对成熟，有大量产品可供选择。
