范国良 陈鲁彬 张翔

摘要：在当前我国城镇化建设的高速发展状态下，建筑高层化、大型化以及复杂化等现象层出不穷，为了避免复杂环境发生火灾后固定逃生指示装置不能发挥其指示功能，因此研究出全息投影应急逃生指示系统将成为减少人员伤亡的必然趋势。本文从探测模块、无线通讯模块、全息投影指示装置模块来阐述全息投影应急逃生指示系统的构成。通过各种信息的反馈与无线通讯模块内嵌的8051处理器内核信息处理，最后给出最佳的逃生路径，以此确定全息投影指示的方向，引导受灾现场人员安全、快速、更加合理路线的撤离，减少火灾事故所造成的人员伤亡。

关键词：全息投影; 逃生指示; 路径规划

1   引言

随着时代的发展建筑高层化、大型化以及复杂化等现象层出不穷，当复杂环境发生火灾时，现仅有的固定逃生指示装置已不能良好的发挥其逃生指示的作用。由于烟雾中存在大量的一氧化碳、二氧化硫等有毒有害气体， 当受灾人群接触和吸入这些有毒有害气体后，会导致产生眼痛、喉咙痛、头痛胸闷、缺氧、呼吸困难、思维迟钝等症状。一般来说，在这种情况下普通人群还能保持清醒的时间大约只有50 秒左右。而且现代建筑物的通道长而复杂，逃生就更加困难了。目前国内外均无有关全息投影应急逃生这方面的解决方案。本项目研究了从探测模块、无线通讯模块、全息投影指示装置模块三大模块出发，采用离子式烟感NIS-07，LM35D温感器，CC2530芯片，低电压的8051处理器内核等多项有关材料和技术构成全息投影应急逃生指示系统。

2   研究內容

本系统主要由以下三大模块组成： （1）探测模块：将烟雾传感器、温度传感器、火焰传感器，三者分散放置在不同的角落里，在易发生火灾的地方附近取三者其中之二，或者三者均用上，尽可能地做到及时有效的收集反馈火灾信息。（2）无线通讯模块：采用高端的各项相关技术与各种强性能的材料，使其减少因设备问题而导致无法良好的处理接收到的各项信息与信息的传输。（3）全息投影指示装置模块：学习研究全息投影的形成技术原理与其指示装置的相关内容，为形成悬空放置于头顶之上的逃生指示箭头三维图像打下基础。避免无法形成全息投影或者成像不明显而导致逃生者无法正确理解逃生路径，从而降低火灾事故的逃生率。

3   系统总体设计

3.1  系统总体结构示意图

3.2  探测模块：

由离子式烟雾传感器NIS-07作为火灾烟雾检测传感器，温度测量使用LM35D温度传感器，火焰传感器使用3DU5C光敏三极管作为感光元件。三者组成的探测模块判断探测信号后获得火灾信息，并反馈给无线通讯模块。

3.3  无线通讯模块：

无线通讯模块采用CC2530 芯片，是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。它能够以非常低的材料成本建立强大的网络节点，可以实现无线通信，内置高性能、低电压的8051处理器内核，计算能力强，并且支持硬件调试，方便编程设计，可以快速计算最优逃生路径，并通过无线通讯模块将火灾位置信息传递给每一个安全出口指示模块，再通过安全出口模块内嵌的算法，计算出该安全出口模块所在位置的最佳逃生路径，并将信息快速传送到全息投影指示装置设计模块。

3.4  全息投影指示装置设计模块：

通过无线通讯模块快速传送过来的最佳逃生路径信息，利用干涉和衍射原理记录并真实的再现悬空放置于头顶之上的逃生指示箭头三维图像。并通过实时传送过来的最佳路径控制全息投影的指示方向，给予逃生者强烈而明显的真实感，给予观看者强烈且深刻的视觉心理反应。引导受灾人群快速、更加合理路线的撤离，减少火灾事故所造成的人员伤亡。

3.4.1  全息投影指示系统的技术原理

全息投影显示装置是将预先设计好的逃生指示标志的图像，通过图像投影设备投射到分光镜面上，基于分光镜成像原理，将图像折射到成像锥体上，从而形成立体成像，可裸眼360度观察逃生指示标志的指引方向。

3.4.2  全息投影指示系统组成

全息投影指示系统采用透明材料（一般是玻璃或者透明塑料板）制成的四面锥体，通过四个激光源投射到锥体中的特殊棱镜上，根据光学原理，汇集到一起后形成具有真实三维空间的立体图像，如图1所示。全息投影指示系统主要是由外壳体，分光镜面，成像锥体，图像投影和图像处理器等五个部分组成，构建三维模型后经电脑数字处理制作成图像，依据计算得到的最佳逃生路线图像，通过图像投影设备投射到分光镜面上，再折射到四个面的成像锥体上，形成360度立体成像，受灾人群可360度观察3D立体显示的最佳逃生指示标记后进行疏散，示意图如图2所示。

4   结语

纵观现今的高楼大厦与大型建筑， 基本都有安装固定的逃生指示装置。不过， 现有的消防系统在指示、引导上效果并不是很显著， 远远达不到人们的预期。如果采用了本指示系统，在火灾发生时，可以实时有效地指引受灾人群走最安全有效、最短的路径及时疏散撤离，从而避免因为现代楼宇结构复杂，指示标记固定僵化、图像显示不明显， 受灾人群对逃生通道不熟悉等原因而导致的大批受灾人群涌往同一通道发生拥堵等诸多问题， 大大提高了楼宇发生火灾时的逃生机率，降低火灾事故造成的伤亡人数。

作者简介：

范国良，浙江工商职业技术学院机电工程学院教师，讲师，高级技师。

项目来源：

2019 年浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划（2019R453001）;浙江工商职业技术学院2018 年度大学生创新创业项目。

参考文献：

[1]    车小伟.智能火灾探测与逃生指示系统设计[J].天水师范学院学报，2017，（02）：64-68.

[2]    陈  翔，陈  铿.基于RFID的智能楼宇火灾语音指示逃生系统的研究与设计[J].数字技术与应用，2014，（09）：78.