CN105374177B - 一种基于压力感知的自动求救***及疏散引导方法 - Google Patents

Abstract

一种基于压力感知的自动求救***及疏散引导方法，所述***由若干自救装置分别通过无线通信方式与服务器相连通组成；其中所述自救装置由控制单元分别与若干压力传感器相连接组成；所述控制单元由微控制器分别与电源模块、通讯模块、GPS模块、语音合成模块、指示灯和蜂鸣器相连接组成，其中语音合成模块还连接有扬声器。所述方法包括：(1)***初始化；(2)服务器进行地面区域分割管理；(3)自救装置进入自动求救模式；(4)服务器监视人群实况，进入预警/报警状态；(5)自救装置监听服务器命令，进入预警/报警疏散引导状态。本发明通过现代网络技术，将闭合边界区域中的规模性人群集中管理，达到有效疏散人群，减少密集人群的安全事故。

Description

一种基于压力感知的自动求救***及疏散引导方法

技术领域

本发明涉及公共场所安全技术领域，特别涉及一种基于压力感知的自动求救***及疏散引导方法。

背景技术

随着社会生活水平不断提高，广大群众越来越热衷于广场集会、大型演唱会等各种娱乐活动。由于绝大多数公共场所在设计之初没有深入考虑密集人群可能会带来的安全问题，因此大部分公共场所仅设置了诸如消火栓之类的防火设备，没有其他安全防护措施。

由于上述设计缺陷，近年来随着人群集会越来越频繁，***件也就缤纷而至，并且已经造成了可观的生命、财产损失，如2014年12月31日上海外滩***件。

目前，市面上还没有专门针对公共场所密集人群设计的安全产品，其他领域的一些安全保护产品可以引入这种场合使用，但都存在着不足的地方。

如申请号为201410470168.9，名称为“一种多功能安全防护背心”的发明专利，所公开的安全背心通过碰撞预测传感器、运动传感器、体征监测传感器、背心张力传感器及控制单元实现控制安全气囊工作，以达到保护人体的作用。这从一定程度上预防和解决了轻微的挤压问题，但面对近年来发生的严重***件，还是缺乏良好的预防和疏导作用，难以用于解决密集人群中的安全问题。

鉴于此，本发明针对规模性的公共场所密集人群安全问题进行了研究，设计出了一种基于压力感知的自动求救***及疏散引导方法。

发明内容

本发明的目的是针对规模性的公共场所密集人群安全问题，提供一种基于压力感知的自动求救***及疏散引导方法。

本发明是一种带压力感知和人群疏散引导功能的自救装置。当人体佩戴该装置进入人群密集场所时***自动将其接入网络并分配一个唯一的ID号；当人体受到挤压或摔倒起不来时，自救装置根据压力级别按一定频率自动将数据发送到服务器；服务器根据区域人群密度和接收到的同一自救装置的数据频率及该区域的求救信号数量判定该区域的危险级别，并分别向各区域人群发送疏散引导命令。

为达到上述目的，本发明实现目的所采用的技术方案是：

一种基于压力感知的自动求救***，由服务器2和若干自救装置1组成。所述自救装置1分别通过无线通信方式与服务器2连通。

所述服务器2为通用服务器。本发明中数据采用数据库存储，数据库类型可自由选择。

所述自救装置1，由控制单元11分别与若干压力传感器12相连接组成。

其中所述控制单元11，由微控制器111分别与电源模块112、通讯模块113、GPS模块114、语音合成模块115、指示灯117和蜂鸣器118相连接组成，其中语音合成模块115还连接有扬声器116。控制单元11可固定在诸如帽顶、肩上等不易受到挤压的地方，避免被挤压损坏。

所述微控制器111负责自救装置1的运行、数据采集和处理。微控制器111根据采集到的压力值决定向服务器2发送数据的频率，压力值越大，发送频率越高。同时及时响应服务器2的命令并作出相应指示。

所述通讯模块113通过USB接口与微控制器111相连，负责数据上传和接收。优选的，本发明采用无线通信通讯模块。

所述GPS模块114通过USB接口与微控制器111相连，负责接收当前位置坐标信息。优选的，本发明采用高精度GPS模块，或可选用北斗模块代替。

所述语音合成模块115通过IIC总线与微控制器111相连，用于将微控制器发送过来的文字合成语音输出。

所述扬声器116连接到语音合成模块115的音频输出口，用于语音指导。

所述指示灯117通过GPIO口与微控制器111相连，用于指示人员所处区域危险级别。指示灯117可根据危险级别改变颜色，其中，安全状态为绿色，预警状态为黄色，报警状态为红色。

所述蜂鸣器118通过GPIO口与微控制器111相连，用于配合语音提醒。其中，蜂鸣器118鸣叫频率根据危险级别可变，危险级别越高鸣叫频率越高。

所述压力传感器12通过模拟IO口连接到微控制器111的AD通道，负责采集压力数据。压力传感器12的数量可根据实际需求而定，固定在诸如后背、膝盖等易受压力的地方，方便采集压力。优选的，本发明采用薄膜压力传感器。

为实现上述目的，本发明的另一个技术方案是：

一种基于压力感知的自动求救***的疏散引导方法，步骤如下：

1、***初始化；

2、服务器2进行地面区域分割管理；

3、自救装置1进入自动求救模式；

4、服务器2监视人群实况，进入预警/报警状态；

5、自救装置1监听服务器2命令，进入预警/报警疏散引导状态。

上述步骤2所述的地面区域分割管理的方法，步骤如下：

1)通常广场近似矩形或半圆形，通过GPS模块114定位广场任意两对角坐标，并通过它们的横纵坐标构造地面网格的最外边框；

2)以一个角的坐标为起始坐标，根据GPS模块114的精度，将广场地面划分为N个区域，定位每个区域的斜对角坐标和中心坐标；

3)计算各区域到各出口的距离，选择最小距离的出口作为应急出口；

4)保存数据到服务器2。

上述步骤3所述的自动求救模式的方法，步骤如下：

S1)设定数据采集时间间隔；

S2)定时到达，采集压力传感器12的压力值和GPS模块114的坐标值；

S3)通过通讯模块113发送数据到服务器2；

S4)若压力值大于压力阈值，采集时间间隔减半，转S2)。

上述步骤4所述的预警/报警的方法，步骤如下：

i)初始化地面网格和设定运算时间片T；

ii)T开始，服务器2开始接收并记录数据；

iii)服务器2并行计算区域密度和统计求救信号；

iv)T结束，根据各区域密度和求救信号数确定安全、预警或报警状态；

v)发送命令，转ii)。

上述步骤5所述的预警/报警疏散引导的方法，步骤如下：

A)设定运行时间片T；

B)T开始，自救装置1等待服务器2命令；

C)命令到达，转D)。否则转H)；

D)判断命令级别。若是安全命令，转E)；若是预警命令，转F)；若是报警命令，转G)；

E)指示灯117变绿，蜂鸣器118鸣叫停止，转H)；

F)指示灯117变黄，蜂鸣器118鸣叫一次，扬声器116输出语音“请向没人的地方走”，转H)；

G)指示灯117变红，蜂鸣器118定时鸣叫，扬声器116输出语音“请从X号出口出场”，转H)；

H)判断T是否结束。是，转B)；否则继续等待服务器2命令。

本发明的优点和有益效果：

1.本发明的一种基于压力感知的自动求救***及疏散引导方法，通过现代网络技术，将具有闭合边界的区域中的规模性人群使用一个服务器集中管理，以达到有效疏散人群，最大程度地减少密集人群安全事故中的生命财产损失。

2.本发明中的自救装置，通过薄膜压力传感器感知外界压力，再根据压力级别，自动、有效、及时地将求救信息发送出去。特别的，即使在人体失去意识的情况下也能做到自动求救。

3.本发明中的自救装置，和饰物一样，穿戴在身上不会影响娱乐活动，同时完成了安全预防任务。

4.本发明中的自救装置，通过指示灯光、蜂鸣器鸣叫和合成语音相互配合，能够清楚地指导人群有序撤离，从而避免人群慌乱造成更严重的损失。

附图说明

图1为本发明的一种基于压力感知的自动求救***的结构示意图；

图2为本发明中的自救装置1的结构示意图；

图3为本发明中的自救装置1控制单元结构示意图；

图4为本发明的自动求救及疏散引导控制方法流程图；

图5为本发明中的地面区域分割管理方法示意图；

图6为本发明中的密集人群中自动求救方法流程图；

图7为本发明中的人群过密预警/报警方法流程图；

图8为本发明中的预警/报警疏散引导方法流程图；

图9为一种基于背心的自救装置1的实施例。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明的一种基于压力感知的自动求救***，由服务器2和若干自救装置1组成。每个自救装置1分别通过无线通信方式与服务器2相连。

所述服务器2为通用服务器。本发明中数据采用数据库存储，数据库类型可自由选择。本实施例采用Oracle数据库，因为本***涉及的数据量比较大。算法核心采用C/C++语言实现。

如图2所示，为本发明中的自救装置1，由控制单元11和压力传感器12相连接组成。

如图3所示，为本发明中的控制单元11，由微控制器111分别与电源模块112、通讯模块113、GPS模块114、语音合成模块115、指示灯117和蜂鸣器118相连接组成，其中语音合成模块115还连接有扬声器116。控制单元11可固定在诸如帽顶、肩上等不易受到挤压的地方，避免被挤压损坏。

上述所述微控制器111负责自救装置1的运行、数据采集和处理，本实施例采用S3C6410系列处理器。所述微控制器111根据采集到的压力值决定向服务器2发送数据的频率，压力值越大，发送频率越高。同时及时响应服务器2的命令并作出相应指示。

上述所述通讯模块113通过USB接口与微控制器111相连，负责数据上传和接收。优选的，本实施例采用RT73/RT2571芯片组作为无线通信通讯模块。

上述所述GPS模块114通过USB接口与微控制器111相连，负责接收当前位置坐标信息。优选的，本实施例采用高精度GPS模块GS-97U7，水平方向平均精度小于2.5米。

上述所述语音合成模块115通过IIC总线与微控制器111相连，用于将微控制器发送过来的文字合成语音输出。本实施例采用XF-S4240模块，支持多种编码和音色。

上述所述扬声器116连接到语音合成模块115的音频输出口，用于发出语音指导人员避开危险区域。本实施例采用微型有源扬声器，防止人群嘈杂掩盖住语音。

上述所述指示灯117通过GPIO口与微控制器111相连，用于指示人员所处区域危险级别。指示灯117可根据危险级别改变颜色，其中，安全状态为绿色，预警状态为黄色，报警状态为红色。

上述所述蜂鸣器118通过GPIO口与微控制器111相连，用于配合语音提醒。其中，蜂鸣器118鸣叫频率根据危险级别可变，危险级别越高鸣叫频率越高。本实施例采用无源蜂鸣器KC1206，具有低功耗和高音量特点。

上述所述压力传感器12通过模拟IO口连接到微控制器111的AD通道，负责采集压力数据。压力传感器12的数量可根据实际需求而定，固定在诸如后背、膝盖等易受压力的地方，方便采集压力。优选的，本实施例采用艾动IMS系列薄膜压力传感器IM-S-Y-Z40，承压范围100g到150Kg。

如图4所示，一种基于压力感知的自动求救***的疏散引导方法，步骤如下：

1、***初始化。

2、服务器2进行地面区域分割管理。

3、自救装置1进入自动求救模式。

4、服务器2监视人群实况，进入预警/报警状态。

5、自救装置1监听服务器2命令，进入预警/报警疏散引导状态。

如图5所示，为步骤2所述的地面区域分割管理的方法，步骤如下：

1)通常广场近似矩形或半圆形，通过GPS模块114定位广场任意两对角坐标，并通过它们的横纵坐标构造地面网格的最外边框。

2)以一个角的坐标为起始坐标，根据GPS模块114的精度，将广场地面划分为N个区域，定位每个区域的斜对角坐标和中心坐标。

3)计算各区域到各出口的距离，选择最小距离的出口作为应急出口。

4)保存数据到服务器2。

该方法需在服务器开始工作前完成。针对具体的广场，需要测量人员携带一套自救装置1在广场任意两个斜对角上采集顶点坐标，其余定位点可通过计算机根据上述对角坐标计算出来。

如图6所示，为步骤3所述的自动求救模式的方法，步骤如下：

S1)***初始化，设定数据采集时间间隔。

S2)定时到达，采集压力传感器12的压力值和GPS模块114的坐标值。

S3)通过通讯模块113发送数据到服务器2。

S4)若压力值大于压力阈值，采集时间间隔减半，转S2)。

其中，数据采集时间间隔初始值为16秒，压力阈值为20Kg重力。经过多次采集时间间隔减半后，越危险的区域中自救装置1发送频率就越高，服务器2能够很快根据该自救装置1确定挤压事故的程度。

如图7所示，为步骤4所述的预警/报警的方法，步骤如下：

i)初始化地面网格和设定运算时间片T。

ii)T开始，服务器2开始接收并记录数据。

iii)服务器2并行计算区域密度和统计求救信号。

iv)T结束，根据各区域密度和求救信号数确定安全、预警或报警状态。

v)发送命令，转ii)。

其中，运算时间片T为16秒；步骤iv)中判断规则是：当密度小于等于3人/平方米，则求救信号数无效，视为安全状态；当密度大于3人/平方米，求救信号小于等于2次，视为预警状态；当密度大于3人/平方米，求救信号大于2次，视为报警状态。对应服务器2发送到自救装置1的命令就有三类。

如图8所示，为步骤5所述的预警/报警疏散引导的方法，步骤如下：

A)设定运行时间片T。

B)T开始，自救装置1等待服务器2命令。

C)命令到达，转D)。否则转H)。

D)判断命令级别。若是安全命令，转E)；若是预警命令，转F)；若是报警命令，转G)。

E)指示灯117变绿，蜂鸣器118鸣叫停止，转H)。

F)指示灯117变黄，蜂鸣器118鸣叫一次，语音输出“请向没人的地方走”，转H)。

G)指示灯117变红，蜂鸣器118定时鸣叫，语音输出“请从X号出口出场”，转H)。

H)判断T是否结束。是，转B)；否则继续等待服务器2命令。

其中，本方法中的T和服务器2维护的时间片T是等长的。

其中，步骤F)中的预警状态语音充分利用人们自然疏散的心理实现密度合理调整。

其中，各区域从几号出口出场已经在***初始化时计算完成，出场顺序按区域到出口的距离由近及远逐层命令出场。

如图9所示，一种基于背心的自救装置1部署案例，该案例构成一种基于压力感知的安全背心。案例中所述控制单元11固定在背心本体3的肩部(图中11'所示位置)，薄膜压力传感器12为4片，分别固定在背心本体3的前胸和后背，固定方式如图中12'所示。

除此案例外，诸如帽子、腰带、手环等都可以作为自救装置1的载体，可根据实际需求选择一种。

本实施例只是本发明的较优实施方式，需要说明的是，在不背离本发明及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出相应改造和变形，但这些改造和变形均应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于压力感知的自动求救***的疏散引导方法，基于压力感知的自动求救***由若干自救装置(1)分别通过无线通信方式与服务器(2)相连通组成；其中所述自救装置(1)穿戴在人身上，由控制单元(11)分别与若干压力传感器(12)相连接组成；所述控制单元(11)，由微控制器(111)分别与电源模块(112)、通讯模块(113)、GPS模块(114)、语音合成模块(115)、指示灯(117)和蜂鸣器(118)相连接组成，其中语音合成模块(115)还连接有扬声器(116)；所述的疏散引导方法，包括如下步骤：

(1)***初始化；

(2)服务器(2)进行地面区域分割管理；

(3)自救装置(1)进入自动求救模式；

(4)服务器(2)监视人群实况，进入预警/报警状态；

(5)自救装置(1)监听服务器(2)命令，进入预警/报警疏散引导状态；

其特征在于，步骤(2)所述的地面区域分割管理的方法，步骤如下：

1)广场近似矩形或半圆形，通过GPS模块(114)定位广场任意两对角坐标，并通过它们的横纵坐标构造地面网格的最外边框；

2)以一个角的坐标为起始坐标，根据GPS模块(114)的精度，将广场地面划分为N个区域，定位每个区域的斜对角坐标和中心坐标；

3)计算各区域到各出口的距离，选择最小距离的出口作为应急出口；

4)保存数据到服务器(2)；

步骤(3)所述的自动求救模式的方法，步骤如下：

S1)设定数据采集时间间隔；

S2)定时到达，采集压力传感器(12)的压力值和GPS模块(114)的坐标值；

S3)通过通讯模块(113)发送数据到服务器(2)；

S4)若压力值大于压力阈值，采集时间间隔减半，转步骤S2)；

步骤(4)所述的预警/报警的方法，步骤如下：

i)初始化地面网格和设定运算时间片T；

ii)T开始，服务器(2)开始接收并记录数据；

iii)服务器(2)并行计算区域密度和统计求救信号；

iv)T结束，根据各区域密度和求救信号数确定安全、预警或报警状态；

v)发送命令，转步骤ii)；

步骤(5)所述的预警/报警疏散引导的方法，步骤如下：

A)设定运行时间片T；

B)T开始，自救装置(1)等待服务器(2)命令；

C)命令到达，转步骤D)，否则转步骤H)；

D)判断命令级别，若是安全命令，转步骤E)；若是预警命令，转步骤F)；若是报警命令，转步骤G)；

E)指示灯(117)变绿，蜂鸣器(118)鸣叫停止，转步骤H)；

F)指示灯(117)变黄，蜂鸣器(118)鸣叫一次，扬声器(116)输出语音“请向没人的地方走”，转步骤H)；

G)指示灯(117)变红，蜂鸣器(118)定时鸣叫，扬声器(116)输出语音“请从X号出口出场”，转步骤H)；

H)判断T是否结束，是，转步骤B)；否则继续等待服务器(2)命令。