一种基于BIM和AR技术的逃生救援辅助装置的制作方法

本发明属于救援设备技术领域，具体涉及一种基于bim和ar技术的逃生救援辅助装置。

背景技术：

在目前建筑工程领域中，bim(通常理解为建筑信息模型)技术的研究尚处于初级阶段，该技术通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。而ar(augmentedreality，即增强现实)技术也处于起步阶段，ar是所有关于虚拟和物理空间的协同定位，或者是虚拟数据导入到现实的物理空间，不管使用的是什么样的显示设备，只要通过它，便可以在物理空间里面准确的协同定位数据，这涉及到位置跟踪，定位跟踪以及比例问题。bim技术和ar技术结合能够助力设计、建造、检查、操作和维护等工作，并且最大限度地变革建造运维过程。

高层建筑消防系统以灭火和安全疏散为主，现有的安全疏散系统大都为人员自发的由安全通道疏散。安全通道一般为楼梯，楼层较多时人们慌乱容易迷失。并且，现有的火灾监控报警系统，仅通过检测温度进行火灾监控报警，检测项目单一、不符合现在火灾发生情况下的复杂性，报警系统具有局限性。

cn201210032822-一种基于bim的智能消防系统，涉及一种基于bim的智能消防系统，包括火灾报警子系统、计算服务器、数据库服务器、监控室显示器和动态消防指示牌，所述的计算服务器分别与火灾报警子系统、数据库服务器、监控室显示器、动态消防指示牌连接。最后采用dijkstra算法计算出最短的逃生路线。该技术方案中，由于楼层较多，虽然有安全疏散通道，但在火灾下人们的慌乱导致人员的疏散容易盲目，迷失方向，并且所有被困人员的安全疏散通道没有差异，无法控制疏散人流量，不利于人流量较大时的疏散。cn201520716946-多维bim建筑消防系统，公开了一种多维bim建筑消防系统，包括设置在不同楼层的个人救助定位装置以及信息采集装置、bim模型仿真装置、控制中心和终端；所述个人救助定位装置上设有按键和位置信息发送模块，触发按键，位置信息发送模块发送个人救助定位装置的位置和求救信号；所述信息采集装置采用标准接口实时采集建筑动态火情信息和建筑消防安全防护信息；所述bim模型仿真装置建立建筑动态火情信息和建筑消防安全防护信息的多维立体消防仿真模型；所述控制中心在所述终端上显示所述消防仿真模型以及火情位置、发送求救信号的个人救助定位装置的位置。本发明建立多维建筑模型，方便消防救助，并通过个人救助定位装置达到快速准确找到并救助被困人员的效果。该技术方案只是对于被困人员进行信息采集，但个人自救却无法获取相应信息，未能充分发挥火灾现场被困人员的主观能动性。而目前，关于bim+ar技术在高层建筑应急疏散方面的研究几乎没有。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于bim和ar技术的逃生救援辅助系统，通过将建筑空间布局和消防监控系统数据有效地结合起来，在灾难来临时准确、高效地指引人们逃生。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开的一种基于bim和ar技术的逃生救援辅助装置，包括佩戴装置和数据采集及传输装置；佩戴装置包括头盔和ar眼镜；头盔中集成了微型电脑、电源、定位模块和第一通讯模块；其中，微型电脑中存储有建筑的bim数据，微型电脑分别与ar眼镜、定位模块和第一通讯模块电连接，佩戴装置通过电源供电；

数据采集及传输装置包括电连接的传感器单元、数据传输基站、定位基站和第二通讯模块，第二通讯模块与第一通讯模块通信互联，定位基站与定位模块通信互联；传感器单元包括依次电连接的传感器、放大模块和a/d转换模块，传感器单元与数据传输基站连接，若干传感器单元和定位基站布设在建筑内部。

优选地，传感器包括烟雾传感器、温度传感器、气压传感器和图像传感器。

优选地，佩戴装置还包括支持通信对讲的语音对讲系统。

优选地，第一通讯模块和第二通讯模块为具有多动态协议的蓝牙/zigbee组合通信模块。可以采用hc-05主从机一体蓝牙模块通信系统与2.4gzigbee无线串口收发模块通信系统通过siliconlabs的多动态协议调度传输。

优选地，定位模块和定位基站采用i-uwb技术。

优选地，佩戴装置还包括求助系统，求助系统与定位模块连接，能够发送求助信号和位置。

优选地，佩戴装置还包括能够提供照明的照明设备。

优选地，佩戴装置还包括能够防止烟雾吸入的防烟面具。

优选地，微型电脑中内置有迪杰斯特拉最短路径算法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的基于bim和ar技术的逃生救援辅助装置，通过将建筑的bim模型存储在佩戴装置的微型电脑内，在建筑内部的适当位置布设一定数量的传感器单元、数据传输基站和定位基站，当需要紧急疏散时，各传感器单元采集建筑内的实时数据，通过放大、模/数转换，将数据传送至第二通讯模块和数据传输基站，通过定位基站与定位模块实时监测逃生者的位置和速度，所有逃生者可以实时共享数据或者获取来自数据传输基站的数据，通过增强现实技术，实时显示在ar眼镜上，从而寻找最合适的逃生路径。

进一步地，传感器单元包括烟雾传感器、温度传感器、气压传感器和图像传感器，分别获得烟雾、温度、气压、人流量数据，数据面广，信息多元化。

进一步地，语音对讲系统可以使逃生者互相传递有用的信息，增加逃生的几率。

进一步地，采用多动态协议的蓝牙/zigbee组合通信模块进行数据传输，因为火灾发生时通常会造成线路损坏，影响数据的传输，本系统设计采用的蓝牙、zigbee多协议动态调度数据传输方案，具有低功耗、低复杂度、可快速大范围覆盖等特点，既可以实现普通传感器的信息采集功能，又可以转发蓝牙网络传送的消息或文件，能很好的实现火灾中数据信息的快速、稳定传输。另外，zigbee的数据传输速度有限，仅供传输简单数据。每一层楼都会布设足够的数据传输基站，基站内含有zigbee无线串口收发模块，用于接收本楼层各传感器收集的数据，同时接入蓝牙通信模块，由多动态协议对两个模块中的不同协议进行调度。通过蓝牙，对楼层内的数据传输基站联网，使得本楼层传感器接收的数据得以通过蓝牙联网共享，再通过蓝牙模块传输到各逃生者的佩戴装置中的第一通讯模块。

进一步地，求助系统可以在逃生者失去行动能力等突发事件时向其他逃生者进行求助，并通过定位模块发送自己的位置，便于其他逃生者施救。

进一步地，照明设备可以在断电情况下进行照明。

进一步地，防烟面具可以防止吸入烟雾。

进一步地，微型电脑中内置有迪杰斯特拉最短路径算法，可在火灾发生时迅速将接收到的本楼层烟雾监测值、温度监测值、气压监测值、人流量监测值以及个人定位、速度等数据，利用dijkstra算法加权计算得到实施最优路径，且随着火灾蔓延时烟雾、温度、气压、人流量数据的实时更新值得到实时最优逃生路径。对于求得的最佳路径，利用ar技术，结合微型电脑中预留的bim数据，将最优逃生路径在建筑的bim模型中标出，并且通过ar眼镜显示在逃生者眼前，同时辅助以相应的增强现实效果下的路标指引，快速指导逃生。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的工作原理示意图；

图中，1为头盔，2为ar眼镜，3为照明设备，4为防烟面具。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构和工作原理做进一步详细描述：

如图1，本发明的基于bim和ar技术的逃生救援辅助装置，包括佩戴装置和数据采集及传输装置；

佩戴装置包括头盔1和ar眼镜2；头盔1中集成了微型电脑、电源、定位模块和第一通讯模块；其中，微型电脑可以采用条带状微型电脑，微型电脑中存储有建筑的bim数据，微型电脑分别与ar眼镜2、定位模块和第一通讯模块电连接，佩戴装置通过电源供电；可以事先将迪杰斯特拉最短路径算法内置于微型电脑。数据采集及传输装置包括电连接的传感器单元、数据传输基站、定位基站和第二通讯模块，第二通讯模块与第一通讯模块通信互联，第一通讯模块和第二通讯模块采用具有多动态协议的蓝牙/zigbee组合通信模块，也可以视实际情况只采用蓝牙通信模块或zigbee通信模块。

定位基站与定位模块通信互联，定位模块和定位基站可以采用卫星定位技术或i-uwb技术；传感器单元包括依次电连接的传感器、放大模块和a/d转换模块，传感器单元与数据传输基站可以通过有线连接，也可以无线连接，若干传感器单元和定位基站布设在建筑内部。传感器包括烟雾传感器、温度传感器、气压传感器和图像传感器。

佩戴装置还可以做以下改进：增加语音对讲系统，如ip对讲机，可以实时进行语音通话，互通消息；增加与定位模块连接的求助系统，必要时向其他逃生者进行求助；增加照明设备3，如应急灯，必要时提供光源；增加防烟面具4，防止吸入烟雾。

微型电脑可以采用盈驰、htpc微型电脑，ar眼镜2可以采用microsofthololens全息3dar眼镜，烟雾传感器可以采用nap-07型号的离子烟雾传感器，温度传感器可以采用ds18b20型号，气压传感器可以采用gy-68bmp180型号，图像传感器可以采用ov7670摄像头，定位基站可以采用mini4splus，定位模块可以采用uwbprot，头盔可以采用97款消防头盔。

装置的工作原理如图2：通过安置在建筑内的烟雾传感器、温度传感器、气压传感器、摄像装置和定位模块，监测建筑内各位置火势及涉及逃生效率的相关参数，然后通过第一通讯模块和第二通讯模块传输至微型电脑，也可以由传感器传送至数据传输基站，再传送给微型电脑，经微型电脑处理后将数据实时显示在ar眼镜2上，供逃生者选择最佳的逃生路径。

微型电脑还可以将这些参数导入到装有bim模型的revit平台中，通过包含有优化后的迪杰斯特拉算法的matlab软件，计算出最佳逃生路径，并且反馈到revit平台中，在bim模型内表现出来。通过bim2ar插件将该bim模型转换成ar模型通过ar眼镜2导出，将可视化的模型呈现在逃生者眼前。同时，运用wikitudeworldbrowser将最佳逃生路径以逃生路标的方式通过ar眼镜2进行显示，指导逃生者快速撤离。