TWI442345B - Intelligent fire escape system - Google Patents

Description

智慧型防火逃生系統

本創作係有關一種智慧型防火逃生系統，尤指一種藉由在建築物內設有複數可感測特定偵測目標之感測器，供伺服器根據感測器之感測訊號及其周遭環境危險因子參數，規劃最佳逃生路徑以引導人員逃生者。

由內政部消防署公佈的統計數字顯示，全台每年發生約兩千件火災，平均損失超過數十億新台幣與上百人傷亡。可見，火災造成現代社會非常大的損失。

目前普遍設置在大樓內的逃生指示燈號僅能以固定方式靜態地指出安全門的位置，並無法向受困在火場建築內的人們指出安全的逃生路線，並且，在消防人員抵達火災現場時，消防人員亦無法在第一時間準確知道火源處而進行火勢的撲滅，使得受困民眾往往在火勢控制後才能被發覺其所在位置而進行搶救，不但錯過黃金救援時間使得受困民眾受濃煙嗆昏或因吸入過多一氧化碳致死，甚至遭建築物倒塌壓死。因此，單靠消防人員的經驗和民眾對於火災避難的常識，無法有效進行火場的搶救及火勢的撲滅。

有鑑於此，為了改進上述之缺點，使大樓防火逃生系統可引導受困民眾往安全逃生路線逃生，並提供消防人員即時的火場資訊，以降低火場內的人員傷亡，並提高火勢撲滅的效率，發明人積多年的經驗及不斷的研發改進，遂有本發明之產生。

本發明之主要目的在提供一種智慧型防火逃生系統，藉由在建築物內設置一感測器網路、複數無線網路感測器及逃生方向指示裝置，用以於建築物發生火災時，利用一伺服器收集該等無線網路感測器的訊號，並依據建築物主體結構圖進行最佳逃生路徑規劃演算，以引導人員逃生疏散。

本發明之另一目的在提供一種智慧型防火逃生系統，藉由在建築物內設置一感測器網路及複數無線網路感測器，用以於建築物發生火災時，利用一伺服器收集該等無線網路感測器的訊號，並依據建築物主體結構圖進行易燃區域預測演算，以提供消防人員即時火場資訊。

為達上述之目的，本發明所設之智慧型防火逃生系統係包括設置於一建築物逃生通道內之複數感測器、複數逃生方向指示裝置及一伺服器，該等感測器係供感測至少一偵測目標，並於感測到異常情況時，可根據感測結果發出感測訊號；該伺服器係儲存有該建築物之一主體結構圖，且包括一無線收發單元及一處理單元，該無線收發單元係供連接上述感測器及逃生方向指示裝置，而該處理單元係與上述無線收發單元相連接，用以於該建築物發生火災時，以該無線收發單元所接收的各個感測器感測訊號與該建築物之主體結構圖重複進行一最佳逃生路徑規劃演算，根據演算結果動態產生一逃生指示資訊及控制訊號，並由無線收發單元傳送該控制訊號至該等逃生方向指示裝置，以透過建築物之逃生通道中之逃生方向指示裝置指示逃生路徑，並持續接收新的火場動態資訊以及更新逃生路徑。

實施時，該伺服器係供儲存有該建築物內人員之電話號碼，使該處理單元可透過撥打電話或傳送簡訊的方式傳送逃生指示資訊至該建築物內人員之行動通訊設備上，供該人員依據行動通訊設備上之逃生指示資訊來進行逃生。

實施時，該伺服器更設有一供連接網際網路之網路單元，藉以由網際網路傳送逃生指示資訊至該伺服器所連接之電子裝置。

實施時，該電子裝置係為平板電腦(Tablet PC)或個人數位助理(PDA)。

實施時，該等感測器係可感測溫度、煙霧、火焰光、特定氣體(如一氧化碳)或人員等偵測目標。

實施時，該等感測器、逃生方向指示裝置與該無線收發單元之間係採用ZigBee傳輸協定或其他無線傳輸協定。

實施時，該處理單元係依據各感測器之設置位置及周遭環境易燃程度設定一危險因子參數。

實施時，該等逃生方向指示裝置係具有指示不同方向之燈號及可發出圖案光束的雷射元件。

實施時，該建築物之主體結構圖係包括防火安全逃生平面圖、安全門及所有門窗位置。

實施時，該等門窗上更設有一可供該伺服器控制之自動上鎖解鎖裝置。

實施時，該最佳逃生路徑規劃演算係以Dijkstra演算法為基本架構，並且改良成為適於用在火場逃生的演算法，針對所有逃生出口執行演算，以得到建築物中所有位置到其中一出口的最佳逃生路徑，此路徑是以安全路徑為最優先的考量，其次是最近的出口為要點。

實施時，該系統更包括複數具有主動式射頻標籤(active RFID)之個人防火逃生設備，該等個人防火逃生設備係發送訊號至與伺服器連結之讀卡裝置，供該伺服器獲得該等個人防火逃生設備的位置資訊。

實施時，該等個人防火逃生設備係為人員識別證、防煙面罩或防火衣。

為進一步了解本發明，以下舉較佳之實施例，配合圖式、圖號，將本發明之具體構成內容及其所達成的功效詳細說明如下：

請參閱第1圖，其為本發明智慧型防火逃生系統之一實施例，包括複數感測器1、複數逃生方向指示裝置2、一伺服器3、複數電子裝置41、複數行動通訊設備42及複數具有主動式射頻標籤(active RFID)之個人防火逃生設備5。

該等逃生方向指示裝置2及感測器1係分佈設置在一建築物之逃生通道內，各逃生方向指示裝置2係分別設有指示不同方向之燈號及可發出導引圖案光束的雷射元件，而各感測器1係可感測其周遭環境中之溫度、煙霧、火焰、一氧化碳或其他任何致命氣體、及人員密度等偵測目標，並於感測到異常情況時，根據感測結果發出感測訊號。

該伺服器3係儲存有該建築物之一主體結構圖及該建築物內人員之電話號碼，且包括一無線收發單元31、一處理單元32及一網路單元33，該無線收發單元31係連接上述感測器1及逃生方向指示裝置2，供接收該等感測器1發出的感測訊號，以及傳送控制訊號至上述感測器1及無線逃生指示裝置2。該處理單元32係與上述無線收發單元31及該網路單元33相連接，且該處理單元33係於建築物發生火災時，以無線收發單元31所接收的各個感測器1感測訊號及該建築物之主體結構圖，重複進行一易燃區域預測演算與一最佳逃生路徑規劃演算，並根據演算結果動態產生一逃生指示資訊及控制逃生方向指示裝置之控制訊號，以藉由無線收發單元31傳送控制訊號至該等逃生方向指示裝置2，而透過建築物之逃生通道中之逃生方向指示裝置指示該逃生指示資訊所指之逃生路徑，並持續接收新的火場動態資訊以及更新逃生路徑。

該處理單元32係藉由網路單元33連接至網際網路，以連接及傳送火場地圖及逃生路徑指示等逃生指示資訊至該等電子裝置41，供建築物內人員藉由電子裝置41而獲得逃生路徑訊息，或傳送火焰蔓延情形、濃煙分佈、溫度分佈、受困者密度及位置、建築物內的影像等即時火場資訊至雲端伺服器6，供消防單位或救難人員由雲端伺服器6上獲得即時火場資訊。再者，該處理單元33可透過撥打電話或傳送簡訊的方式傳送逃生指示資訊至該建築物內人員之行動通訊設備42上(例如行動電話或智慧型手機)，供該人員依據行動通訊設備42上之逃生指示資訊來進行逃生。

該等具有active RFID之個人防火逃生設備5係為人員識別證、人員定位器、防煙面罩、氧氣罩或防火衣之其中一種，其可發送訊號至與該伺服器3之處理單元32連結之讀卡裝置34，供該伺服器3獲得該等個人防火逃生設備5的位置資訊。

實施時，該等感測器1係為ZigBee無線感測器，該等逃生方向指示裝置2係為ZigBee無線逃生方向指示裝置，而該無線收發單元31係為ZigBee無線收發單元，藉以使該無線收發單元31可採用IEEE 802.15.4/ZigBee傳輸協定而與感測器1及逃生方向指示裝置2之間進行訊號傳輸。該等感測器1、逃生方向指示裝置2與該無線收發單元31之間亦可採用其他無線傳輸協定。

實施時，該處理單元32係依據各感測器1之設置位置及周遭環境易燃程度，預先設定一危險因子參數(dangerous factor)，藉以於進行易燃區域預測演算與最佳逃生路徑規劃演算時，先將偵測到有火災產生的感測器加入到一集合，依序將該集合中的每個感測器位置點設為根節點後，執行廣度優先搜尋(breadth-first search)，以計算下一段時間可能由該位置點蔓延出去的火勢，並將地圖上各點的推估火勢結果納入最佳逃生路徑規劃演算之中，以預測火災延燒路徑並規劃出最佳逃生路徑。

由於在火災發生時，最小成本路徑並不是一般常見的最短路徑，而是能避開危險區且在最短時間內逃離火場的路徑，因此建築物內的危險區域判斷則顯得非常重要。在本實施例中，該最佳逃生路徑規劃演算係以Dijkstra演算法為基本架構，並且依火場特性做延伸，將所有逃生通道的距離成本預先設定於伺服器中，並納入每個感測器收到的危險因子參數(例如溫度或濃煙)以及路徑的成本至最佳逃生路徑的規劃當中，對每個逃生出口執行一次路徑成本的演算，以得到建築物中所有位置到其中一出口的最小成本路徑，此路徑是以安全路徑為最優先的考量，其次是最近的出口為要點。

實施時，該電子裝置41係為平板電腦(Tablet PC)或個人數位助理(PDA)之其中一種。

實施時，該建築物之門窗上更設有一可供該伺服器3控制之自動上鎖解鎖裝置。

實施時，該建築物之主體結構圖係包括防火安全逃生平面圖、安全門及所有門窗位置。

如第2圖所示，其為本發明智慧型防火逃生系統之資料處理流程圖，包括下列步驟：S100：ZigBee無線收發單元收集各ZigBee無線感測器的感測訊號，以及各個人防火逃生設備的位置資訊；S200：處理單元於發生火災時，整合接收到的感測訊號/位置資訊與該建築物之主體結構圖；S210：處理單元重複進行一易燃區域預測演算與一最佳逃生路徑規劃演算，動態產生一逃生指示資訊以及控制逃生方向指示裝置之控制訊號；S220：處理單元藉由網路單元連接至網際網路，傳送火場地圖及逃生路徑指示等逃生指示資訊至建築物內人員之電子裝置/行動通訊設備，並持續更新逃生路徑；S230：ZigBee無線收發單元傳送控制訊號至該等逃生方向指示裝置，作動各逃生方向指示裝置之其中一特定方向燈號，藉由該等逃生方向指示裝置之燈號，在建築物之逃生通道中指示逃生路徑。

實施時，由於人員在火場中通常需以爬行姿勢避開濃煙而吸取空氣，因此，該等逃生方向指示裝置係設置在逃生通道之牆面的低處，以便人員以低姿勢方式逃生時，可看見逃生方向指示裝置之燈號顯示逃生方向，或利用逃生方向指示裝置之雷射元件發出的導引圖案光束，穿透煙霧而指引人員逃生方向。

實施時，係於初設各ZigBee無線感測器時，依據其所設置位置的環境狀態(例如瓦斯管線、地板及牆面材質易燃程度、家具材質易燃程度)及該位置與逃生出口之間的距離，預先設定各ZigBee無線感測器之危險因子參數，而事先得知會經過易燃區域之危險逃生路徑，且該等偵測各種火場危險因子的ZigBee無線感測器係持續感測其周遭環境中之偵測目標狀態，並將感測訊號傳送至伺服器之ZigBee無線收發單元，藉以於伺服器之處理單元進行易燃區域預測演算與最佳逃生路徑規劃演算時，可根據感測訊號及危險因子參數，預測火焰延燒路徑而避開較危險的逃生路徑，而計算出相對穩定的安全逃生路徑，並可隨時更新逃生指示資訊及逃生方向指示裝置之控制訊號，以有效提升預警準確度。

實施時，更可於該等逃生方向指示裝置內設置喇叭單元，在ZigBee無線收發單元傳送控制訊號至該等逃生方向指示裝置時，同時控制各逃生方向指示裝置發出特殊音頻，以聲音引導受困者避難的方向，讓民眾在最短時間內疏散到安全的逃生出口而逃離火場。

實施時，建築物之安全門及逃生窗係可藉由伺服器的控制而自動上鎖與解鎖，用以當某區域形成危險狀態時，在判定沒有生存的受困者後自動上鎖該安全門或逃生窗，以避免逃生者進入危險區域。

如第3圖所示，其為本發明智慧型防火逃生系統於建築物發生火災時，將即時火場資訊經由雲端伺服器傳送給消防/救災單位之資料處理流程圖，其包括下列步驟：S100：ZigBee無線收發單元收集各ZigBee無線感測器的感測訊號，以及各個人防火逃生設備的位置資訊；S200：處理單元於發生火災時，整合接收到的感測訊號/位置資訊與該建築物之主體結構圖；S300：處理單元藉由網路單元連接至網際網路，將火場動態資訊傳送至一雲端伺服器，供救難人員下載，並持續更新。

實施時，當雲端伺服器收集到火場資訊後，會將建築物每一層樓的防火安全逃生平面地圖、建築物的主體結構圖、安全門及所有門窗位置、感測器的感測訊號及個人防火逃生設備的位置資訊結合，並另以地圖的形式傳輸至已抵達火災現場的救難人員所配備之手持式電子裝置，使現場救難人員可快速掌握火場溫度，以便進入火場起火點滅火。再者，當火場內人員使用上述個人防火逃生設備時，可藉由active RFID標籤主動發出求救信號至RFID讀卡裝置，讓伺服器定位出人員位置後，即時將人員位置資訊傳送給消防人員，以規劃出最佳救援路徑，在最短時間內疏散人群並搶救受因人員。

藉此，火災現場消防人員可從雲端伺服器下載其所在建築之主體結構圖及即時更新的資訊，掌握充足的起火點、各區域溫度、火焰竄升走勢、濃煙擴散方向及受困者資訊，透過地圖與資訊的結合，讓消防人員在建築物內知道自己所在的空間位置及隔間資訊，以有效規劃避開高溫高危險的空間，而進入火場救出受因人員及在最短時間內撲滅火勢。

因此，本發明具有以下之優點：

1、本發明可藉由密集設置的感測器提高建築物整體感測面積的覆蓋率，並隨時偵測環境動態，以持續接收新的火場動態資訊以及更新逃生路徑，而有效提升逃生路徑規劃的準確度。

2、本發明係可於火災發生時，將收集到的感測訊號，例如失火地點、煙霧集中處、受困人員位置、窗戶的開關狀態、逃生方向指示裝置的運作狀態...等，傳輸到雲端伺服器系統，供救難人員與消防車在前往救災前就可掌握現場火勢及人員的即時資訊。

3、本發明在規劃逃生路徑時，可自動避開火焰蔓延的路徑，以規劃出最安全的路線，以避免人員傷亡的可能。

綜上所述，依上文所揭示之內容，本發明確可達到發明之預期目的，提供一種可引導建築物內人員安全逃生，並將火場資訊即時傳送給消防及救護人員之智慧型防火逃生系統，極具產業上利用之價值，爰依法提出發明專利申請。

1．．．感測器

2．．．逃生方向指示裝置

3．．．伺服器

31．．．無線收發單元

32．．．處理單元

33．．．網路單元

34．．．讀卡裝置

41．．．電子裝置

41．．．行動通訊設備

5．．．個人防火逃生設備

6．．．雲端伺服器

第1圖係為本發明智慧型防火逃生系統之一實施例之配置方塊圖。

第2圖係為第1圖之實施例之資料處理流程圖。

第3圖係為第1圖之實施例之另一資料處理流程圖。

1．．．感測器

2．．．逃生方向指示裝置

3．．．伺服器

31．．．無線收發單元

32．．．處理單元

33．．．網路單元

34．．．讀卡裝置

41．．．電子裝置

41．．．行動通訊設備

5．．．個人防火逃生設備

6．．．雲端伺服器

Claims (11)

1. 一種智慧型防火逃生系統，包括：複數感測器，係設置於一建築物之逃生通道內，供感測至少一偵測目標，使當感測到異常情況時，可發出感測訊號；複數逃生方向指示裝置，係設置於該建築物之逃生通道內；以及一伺服器，其儲存有該建築物之一主體結構圖，該伺服器包括：一無線收發單元，供連接上述感測器及逃生方向指示裝置；以及一處理單元，係連接上述無線收發單元，並依據各感測器之設置位置及周遭環境易燃程度設定一危險因子參數，用以於該建築物發生火災時，以無線收發單元所接收的各個感測器感測訊號、該危險因子參數與該建築物之主體結構圖重複進行一最佳逃生路徑規劃演算，根據演算結果產生一逃生指示資訊及控制訊號，並由無線收發單元傳送該控制訊號至該等逃生方向指示裝置，以透過建築物之逃生通道中之逃生方向指示裝置指示逃生路徑，並持續接收新的火場動態資訊以及更新逃生路徑。
2. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型防火逃生系統，其中該伺服器係供儲存有該建築物內人員之電話號碼，使該處理單元可透過撥號方式傳送逃生指示資訊至該建築物內人員之行動通訊設備上，供該人員依據行動通訊設備上之逃生指示資訊來進行逃生。
3. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型防火逃生系統，其中該伺服器更設有一供連接網際網路之網路單元，藉以由網際網路傳送逃生指示資訊至該伺服器所連接之電子裝置。
4. 如申請專利範圍第3項所述之智慧型防火逃生系統，其中該電子裝置係為平板電腦(Tablet PC)或個人數位助理(PDA)。
5. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型防火逃生系統，其中該等感測器係感測溫度、煙霧、火焰、一氧化碳、有毒氣體、人員等其中一種偵測目標。
6. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型防火逃生系統，其中該等感測器、逃生方向指示裝置與該無線收發單元之間係採用ZigBee傳輸協定或其他無線傳輸協定。
7. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型防火逃生系統，其中該等逃生方向指示裝置係具有指示不同方向之燈號及可發出圖案光束的雷射元件。
8. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型防火逃生系統，其中該建築物之主體結構圖係包括防火安全逃生平面圖、安全門及所有門窗位置。
9. 如申請專利範圍第8項所述之智慧型防火逃生系統，其中該等門窗上更設有一可供該伺服器控制之自動上鎖解鎖裝置。
10. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型防火逃生系統，其中該系統更包括複數具有主動式射頻標籤之個人防火逃生設備，該等個人防火逃生設備係發送訊號至與伺服器連結之讀卡裝置，供該伺服器獲得該等個人防火逃生設備的位置資訊。
11. 如申請專利範圍第10項所述之智慧型防火逃生系統，其中該等個人防火逃生設備係為人員識別射頻標籤、防煙面罩或防火衣。