CN109185743A - 一种智能消防应急灯*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能消防应急灯***。本发明中的应急灯集多显示、多电源、多传感、数据分析融合、预警、协调控制于一体，不仅能够在应急条件下指示安全通道，平时也可以显示楼层信息以及多传感融合信息；在电源方面采用市电、备用电源相结合的方式，确保设备的稳定运行；该装置还能够利用传感器检测建筑内部的温度、烟雾以及建筑体本身的振动，实现立体化式的全覆盖信息采集，结合多种传感信息，并基于智能算法实现对当前建筑状态的评估以及预判，为建筑内部人员提供预警信息并自动报警；结合灾害实际情况，利用智能算法动态调整导引渠道，快速引导人员安全撤离灾害现场。

Description

一种智能消防应急灯***
技术领域
本发明涉及环境监测、指示以及智能调度技术领域，具体涉及一种多功能的智能消防应急灯***。
背景技术
在国民经济飞速发展的今天，大型公共楼宇、规模化商业群的建筑越来越多。消防应急灯作为一种疏散指示以及应急照明的设备也得到了更广泛的使用。但是具有单一功能的传统应急消防灯难以满足建筑结构复杂化，用途需求多样化的条件。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种智能消防应急灯***。
本发明的技术方案为：
一种智能消防应急灯***，包括：
智能消防应急灯，安装在建筑物各个路口，振动待测点，接入市电或备用电源，实时测量建筑内部的温度、烟雾以及建筑体本身的振动检测，实现立体化式的全覆盖信息采集，同时显示人型标志、安全通道箭头指示、楼层信息、以及建筑中温度、烟雾浓度以及建筑振动信息；
中央服务器，用以接收来自智能消防应急灯的测量信息，包括温度、烟雾浓度以及建筑振动信息，在中央服务器中录入有建筑物楼层通道信息；
所述的中央服务器带有智能时序预测算法，能结合当前时刻的检测值，对未来一段时间内的状态进行预测，从而提前预知灾害的发生；所述的智能时序预测算法使用长短时记忆神经网络预测算法，分析振动频率以及振动幅值大小，若发现异常则向运维人员报警，预测算法的公式为：
ft＝σg(Wfxt+Ufht-1+bf)
it＝σg(Wixt+Uiht-1+bi)
ot＝σg(Woxt+Uoht-1+bo)
ct＝ftoct-1+itoσc(Wcxt+Ucht-1+bc)
ht＝otoσh(ct)
其中，ft为遗忘门，it为输入门，ot为输出门，[xt,ht-1]为输入，xt为当前时刻的状态，ht-1为之前时刻的状态，通过一个神经网络的激励函数σ(·)，将值缩放到[0,1]之间。ct为神经元状态，由上一时刻的状态ct-1以及输入决定，当ft为0时，上一时刻的状态被清空，只关心当前时刻的输入。输入门it决定是否接受此时刻输入，输出门ot决定是否输出神经网状态。
进一步说，当发生意外危急情况时，包括建筑坍塌或着火，各个智能消防应急灯启动备用电源，利用电源管理***启动备用电源；中央服务器则启动协调算法，基于灾害发生时的动态监测信息，实现灾害的全方位掌握，并调整逃生最佳路径，有效引导人员撤离，其中路径规划利用蚁群算法寻找最优逃生最佳路径，其中的随机概率转移公式为：
代表t时刻的转移概率，τij(t)为信息素强度，ηij(t)为距离能见度，为两个智能消防应急灯之间的距离，i，j为第i,j个粒子，k为i,j的可行域，其中τij(t)的更新式为：
其中φ1(t),φ2(t),φ3(t)分别为振动、温度、声音信息，ω1,ω2,ω3分别为三个信息的权重，若发生意外时，综合三个信息所得信息素会减少，降低了选择该路径的概率，若该点信息无法获取，则代表该智能消防应急灯已坍塌，则φ(t)逼近无穷大，不再信息素更新。
本发明集多显示、多电源、多传感、数据分析融合、预警、协调控制于一体，不仅能够在应急条件下指示安全通道，平时也可以显示楼层信息以及多传感融合信息；在电源方面采用市电、备用电源相结合的方式，确保设备的稳定运行；该装置还能够利用传感器检测建筑内部的温度、烟雾以及建筑体本身的振动，实现立体化式的全覆盖信息采集，结合多种传感信息，并基于智能算法实现对当前建筑状态的评估以及预判，为建筑内部人员提供预警信息并自动报警；结合灾害实际情况，利用智能算法动态调整导引渠道，快速引导人员安全撤离灾害现场。
附图说明
图1：消防应急灯原理图说明；
图2：消防应急灯指示说明；
图3：动态变化应急灯指示说明；
图4：中央服务器工作流程图。
具体实施方式
在保障应急消防灯应急照明、疏散指示等基本功能前提下，本发明提出一种集多显示、多电源、多传感、数据分析融合、预警、协调控制为一体的智能消防应急灯***，其中多显示是指不仅在应急条件下指示安全通道，同时也可以显示楼层等多种信息，多电源是指市电、备用电相结合，确保设备的稳定运行，多传感是指能够实现建筑内部的温度、烟雾以及建筑体本身的振动检测，实现立体化式的全覆盖信息采集，数据分析融合是指结合多种传感信息，基于智能算法实现对当前建筑状态的评估以及预判，为建筑内部人员提供预警信息，同时能够结合灾害实际情况，利用算法动态调整导引渠道，快速引导人员安全撤离灾害现场，从而最大程度降低灾害中人员财产的损失。
如图1所示，本发明中的一种智能消防应急灯，包括有外壳以及安装在外壳内的微处理器、LED灯点阵模块、温度传感模块、烟雾传感模块、振动传感模块、电源管理模块、通讯模块。所述温度传感模块、烟雾传感器模块、振动传感模块、电源管理模块、通讯模块以及LED点阵模块均与微处理器连接；所述备用电源以及市电均通过电源管理模块连接微处理器；所述通讯模块选择NB-IOT通讯技术。
所述市电、备用电源以及电源管理模块作为电能提供方，需要保证该智能消防应急灯的稳定工作，其中在正常工作状态下，市电为应急灯提供电能，当应急情况发生时，市电被切断的情况下，电源管理***切换到备用电源提供电能，维持智能消防应急灯的正常工作。备用电源选择锂亚电池，这一类电池具有耐高温、防爆、容量高等特性。
所述LED灯点阵模块在正常工作状态正中位置显示人型应急标志、逃生方向指示以及当前楼层位置信息等，同时还在角落位置显示环境实时温度、烟雾值以及振动值等实时状态信息。当紧急情况发生时，LED点阵进入报警状态，逃生方向根据实际灾害情况实时调整，快速引导人员安全撤离灾害现场，见图2和图3。
如图4所示，所述微处理器接收温度传感模块、烟雾传感模块、振动传感模块实时采集的温度、烟雾值以及振动值，通过NB-IOT通讯模块将信息上传至后台服务器，同时将这些信息通过LED灯点阵显示。后台服务器采用长短时记忆神经网络(long short termmemory，简称LSTM)算法实现结合当前信息对未来建筑状态进行预警，当判断灾害发生时，将警情发送至各个智能消防应急灯，同时将警情发送到相关部门，提高灾害发生时救援效率。
所述LSTM时序预测算法，作为一种可长时预测的迭代神经网络结构(RNN)，能够结合过去以及当前时刻的状态，对未来一段长时间进行预测。
具体实施步骤
1、安装多个智慧消防应急灯于建筑物各个路口，振动待测点，接入市电或备用电源，实时测量建筑内部的温度、烟雾以及建筑体本身的振动检测，实现立体化式的全覆盖信息采集，显示人型标志、安全通道箭头指示、楼层信息、以及建筑中温度、烟雾浓度以及建筑振动等信息。
2、部署中央服务器接收智慧消防应急灯测量信息，包括温度、烟雾、声光以及建筑振动信息，并在服务器中录入建筑物楼层通道信息。
3、中央服务器用智能时序预测算法，结合当前时刻的检测值，对未来一段时间内的状态进行预测，从而提前预知灾害的发生，为预防与逃生节省时间，智能算法包括长短时神经网络与自回归滑动平均算法智能分析振动信息，分析振动频率以及振动幅值大小，若发现异常则向运维人员报警。其中使用的LSTM长短时时序预测算法公式为：
ft＝σg(Wfxt+Ufht-1+bf)
it＝σg(Wixt+Uiht-1+bi)
ot＝σg(Woxt+Uoht-1+bo)
ct＝ftoct-1+itoσc(Wcxt+Ucht-1+bc)
ht＝otoσh(ct)
其中，遗忘门为ft，输入门为it，输出门为ot，输入为[xt,ht-1]，xt为当前时刻的状态，ht-1为之前时刻的状态，通过一个神经网络的激励函数σ(·)，将值缩放到[0,1]之间。ct为神经元状态，由上一时刻的状态ct-1以及输入决定，当ft为0时，上一时刻的状态被清空，只关心当前时刻的输入。输入门it决定是否接受此时刻输入，输出门ot决定是否输出神经网状态。通过这样的方式使得神经网络更新和清除一些记忆，保留重要的信息，从而依据历史记忆和当前时刻的状态对未来进行长时的预测。
4、发生意外危急情况时，例如建筑坍塌、着火等，各个应急消防灯启动备用电源，利用电源管理***启动备用电源，为装置的紧急正常提供能源。
5、发生意外危急情况时，中央服务器则启动协调算法，基于灾害发生时的动态监测信息，实现灾害的全方位掌握，并调整逃生最佳路径，有效引导人员撤离，其中路径规划利用蚁群算法等智能算法寻找最优逃生路径。
其中，最优路径选择本质是无向图中最短路径寻优，在路径寻优中除了最短路径还需考虑路径安全程度，需要修改原有的蚁群算法适用于该环境，其中随机概率转移公式为：
代表t时刻的转移概率，τij(t)为信息素强度，ηij(t)为距离能见度，为两个应急灯的距离，i，j为第i,j个粒子，k为i,j的可行域，其中τij(t)的更新式为：
其中φ1(t),φ2(t),φ3(t)分别为振动、温度、声音信息，ω1,ω2,ω3分别为三个信息的权重，若发生意外时，综合三个信息所得信息素会减少，降低了选择该路径的概率，若该点信息无法获取，则代表该应急灯位置已坍塌等，则φ(t)逼近无穷大，不再信息素更新。

Claims (3)

1.一种智能消防应急灯***，包括：
智能消防应急灯，安装在建筑物各个路口，振动待测点，接入市电或备用电源，实时测量建筑内部的温度、烟雾以及建筑体本身的振动检测，实现立体化式的全覆盖信息采集，同时显示人型标志、安全通道箭头指示、楼层信息、以及建筑中温度、烟雾浓度以及建筑振动信息；
中央服务器，用以接收来自智能消防应急灯的测量信息，包括温度、烟雾浓度以及建筑振动信息，在中央服务器中录入有建筑物楼层通道信息；
其特征在于：
所述的中央服务器带有智能时序预测算法，能结合当前时刻的检测值，对未来一段时间内的状态进行预测，从而提前预知灾害的发生；所述的智能时序预测算法使用长短时记忆神经网络预测算法，分析振动频率以及振动幅值大小，若发现异常则向运维人员报警，预测算法的公式为：
ft＝σg(Wfxt+Ufht-1+bf)
it＝σg(Wixt+Uiht-1+bi)
ot＝σg(Woxt+Uoht-1+bo)
ct＝ftoct-1+itoσc(Wcxt+Ucht-1+bc)
ht＝otoσh(ct)
其中，ft为遗忘门，it为输入门，ot为输出门，[xt,ht-1]为输入，xt为当前时刻的状态，ht-1为之前时刻的状态，通过一个神经网络的激励函数σ(·)，将值缩放到[0,1]之间；ct为神经元状态，由上一时刻的状态ct-1以及输入决定，当ft为0时，上一时刻的状态被清空，只关心当前时刻的输入；输入门it决定是否接受此时刻输入，输出门ot决定是否输出神经网状态。
2.根据权利要求1所述的一种智能消防应急灯***，其特征在于：当发生意外危急情况时，包括建筑坍塌或着火，各个智能消防应急灯启动备用电源，利用电源管理***启动备用电源。
3.根据权利要求2所述的一种智能消防应急灯***，其特征在于：中央服务器则启动协调算法，基于灾害发生时的动态监测信息，实现灾害的全方位掌握，并调整逃生最佳路径，有效引导人员撤离，其中路径规划利用蚁群算法寻找最优逃生最佳路径，其中的随机概率转移公式为：
代表t时刻的转移概率，τij(t)为信息素强度，ηij(t)为距离能见度，为两个智能消防应急灯之间的距离，i，j为第i,j个粒子，k为i,j的可行域，其中τij(t)的更新式为：
其中φ1(t),φ2(t),φ3(t)分别为振动、温度、声音信息，ω1,ω2,ω3分别为三个信息的权重，若发生意外时，综合三个信息所得信息素会减少，降低了选择该路径的概率，若该点信息无法获取，则代表该智能消防应急灯已坍塌，则φ(t)逼近无穷大，不再信息素更新。
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