一种智慧景区火灾快速应急系统

本发明涉及景区快速应急领域，特别涉及一种智慧景区火灾快速应急系统。

背景技术：

近年来随着我国景区软硬件、网络基础设施的质量不断提升，景区智能化和数字化水平也在不断提高。与此同时，随着旅游业的蓬勃发展，越来越多人选择旅游作为工作之余的休闲方式，而景区安全是游客旅游和景区对外开放的重要基础和必需条件。在景区众多安全隐患中，火灾因其突发及伤亡大的特点，使得景区十分重视火灾应急工作。但传统景区火灾应急系统存在功能单一，无法实现监测系统与应急系统的快速对接和联动，应急响应周期长，效率低下。具体体现在空间开阔的山林景区环境中，传感器联动火情判别能力低，单一传感器技术在区域火情研判中存在误判、漏判现象，且需要专业人员参与，反应迟缓，同时在人员疏散和游客救援工程中，火灾应急路径选择未考虑灭火器、消防栓等火灾应急设施及火情的空间分布，及游客密度和疏散点的空间分布，导致应急结果缺乏对实时火情信息和人员分布现状的快速判断和准确响应。

技术实现要素：

本发明的目的在于设计一种智慧景区火灾快速应急系统，满足景区管理人员和游客对火灾安全的快速应急响应需要，实现景区火灾事件的科学管理与智能化处置，实时保障景区中人员的人身和景区财产安全。

一、系统主要由数据采集器、服务器和移动端组成：

所述数据采集器包含监控设备、火情评估传感器、射频识别系统rfid。监控设备，安装yolov3目标检测算法，对实时视频监控中“火焰”和“人员”进行目标检测，日间使用可见光视频监控设备，夜间使用红外视频监控设备。所述火情评估传感器，包括湿度传感器、温度传感器、烟雾传感器。所述rfid系统，通过室内景点人员的rfid电子标签和加装在景区室内闸门中的射频识别采集景区室内的游客区域分布数量信息。

所述服务器包含第一通信模块、数据处理模块、数据库、数据融合模块、数据分析模块、ftp站点、第二通信模块。

所述第一通信模块，通过有线或无线网络方式上传监控设备实时更新的“火焰”和“人员”的数量信息、rfid系统的游客区域分布数量信息到服务器数据库中；通过zigbee方式上传火情评估传感器实时监测数据到服务器数据库。

所述数据处理模块，将区域监控设备采集到的“火焰”和“人员”数量进行区域统计，分别获得“火焰”和“人员”的区域数量总和，根据路段区域面积计算“人员”的路段分布密度；对rfid系统获取的游客区域分布数量进行统计，获得游客室内区域分布数量信息，根据区域面积计算室内游客区域分布密度，输出至数据库。

数据库，通过第二通信模块接收移动端采集的景区用户信息，包括游客、景区管理人员、救援人员的移动端账号、用户名、联系方式信息，同时存储电子地图，在地图中标记存储消防设施位置、应急车辆、工作人员和疏散出口信息。通过第一通信模块接收火情评估传感器采集的景区实时湿度、温度、烟雾浓度数据。

数据融合模块，获取数据库中的火焰数量与湿度、温度、烟雾浓度数据，利用d-s证据算法进行融合，判断火灾是否发生。火灾发生概率值在50％～89％区间时：服务器进入火灾确认模式。服务器对疑似区域火情评估传感器和监控设备采集数据进行更高频率的融合检测，将疑似火灾发生区域信息传递至景区管理人员用户终端，并结合其定位信息生成当前位置至疑似区域的最短路径，通知景区管理人员前往疑似区域进行现场确认。火灾发生概率值超过90％时：判定火灾发生，服务器进入火灾应急处理模式。

所述数据分析模块，获取数据融合模块火灾判定结果、数据库存储的疏散出口位置信息和消防设施位置。当火灾发生时，管理员依据人员区域分布密度和路段人员密度、每平方米4人的风险阈值，在系统中及时添加火灾拥堵路段，游客用户终端根据拥堵路段分布和数据库存储的疏散出口信息进行最近疏散出口的最短路径分析和实时路线更新规划，具体采用顾及障碍物的dijkstra算法，设置路径可通过阻抗强度，完成顾及拥堵路段阻抗强度的gis最短路径分析。根据数据库存储的消防设施位置、应急车辆位置信息及第二通信模块获取用户终端的位置信息，为景区管理和救援人员提供绕过拥堵路段的最短救援路线和最近应急车辆、消防设施的最短路径。将游客用户当前定位信息和预设火灾影响范围结合判断游客位置是否安全。

ftp站点，采用serv-u软件搭建实现，为移动端提供所需的景区地图的mmpk移动地图包数据下载接口。第二通信模块，通过webservice接口为移动端访问数据库、获取数据分析模块分析结果提供接口。

移动端包括数据下载模块、定位模块、导航模块、用户终端。

数据下载模块，利用common-net的方式进行连接ftp站点，下载mmpk地图包结合gis实时运行库、移动终端定位信息，为用户提供基于位置的服务。

定位模块，在能接收到gps卫星信号、北斗卫星信号的地方采用gps或北斗信号定位，在gps信号或北斗信号弱的室内采用基站定位方式进行定位。导航模块，当用户终端获取数据分析模块的分析结果并启用应急导航的功能后，导航模块将为用户终端提供导航服务，包含语音提示、偏航路径重新规划、剩余路程实时显示的功能。

用户终端，包括平板电脑和智能手机，获取用户终端系统账号、用户名、手机联系方式的信息，用户终端通过第二通信模块将用户信息上传到数据库服务器存储。用户终端实时显示更新后的用户当前位置、火情信息和消防设施位置、应急车辆、工作人员和疏散出口信息。

系统还包括gps卫星或北斗卫星、景区通信基站和景区移动网关服务器。

监控设备、火情评估传感器、rfid系统通过防火墙与服务器采用有线网和无线网方式连接，保障服务器与监控设备、火情评估传感器、rfid系统连接的数据安全性。其中，火情评估传感器采用zigbee协议与服务器进行无线物联。

移动端通过景区通信基站、景区移动网关服务器和防火墙与服务器采用无线网方式连接。移动端设备通过wifi等途径连接上距离最近的通信基站，通过基站与景区移动网关服务器进行通信，进而将移动端火灾应急请求传给服务器，同时也将服务器更新后的数据传递回移动端。

景区通信基站，是指在景区5g或4g无线网络区中，分别与移动端、服务器之间进行信息双向传递的无线电收发信电台，移动端通过通信基站、景区移动网关服务器与服务器进行双向通信。

服务器包括：应急数据处理分析服务器、数据库服务器、通信服务器和web服务器。应急数据处理分析服务器包含：数据处理模块、数据融合模块、数据分析模块。数据库服务器：数据库。通信服务器包括：第一通信模块和第二通信模块。web服务器包括ftp站点。

二、在景区发生火灾时，提供拥堵路段提示、实时定位导航、工作人员调度、应急车辆调度，最近消防设施路径、距离服务。

拥堵路段提示：景区火灾发生时，服务器数据处理模块对人员数量进行统计和密度计算，包括根据路段区域面积计算“人员”的路段分布密度，根据区域面积计算室内游客区域分布密度，管理人员依据人员区域分布密度和路段人员密度、风险阈值为每平方米4人确定路段的拥堵程度。景区管理者将向所有用户移动端进行拥堵情况提醒，并在移动端景区电子地图中显示拥堵路段，为用户在景区中的行动路径选择提供信息。

实时定位导航：景区火灾发生时，所有类别用户移动端app具备语音提示、偏航应急路径重新规划、实时显示距离出口疏散点和灭火器、消防栓等火灾应急设施的实时距离。

工作人员调度：火灾发生时，系统可以通过此功能查询到距火灾明火点最近的工作人员，再通过定位模块和导航模块为工作人员提供绕过拥堵路段的最短路径，并在用户终端实时显示用户距火灾明火点的实时距离。

应急车辆调度：火灾发生时，救援人员和景区管理人员可以通过此功能查询到距当前用户终端最近的应急车辆，再通过定位模块和导航模块为用户提供绕过拥堵路段的最短路径，并在用户终端实时显示距应急车辆的距离。

最近消防设施路径、距离：当景区某一区域发生火灾时，景区管理人员、救援人员能使用移动端中提供的最近消防设施服务。通过此服务查询距离当前用户终端最近的消防设施，再通过定位模块和导航模块为用户提供绕过拥堵路段的最短路径，并在用户终端实时显示用户当前距消防设施的实时距离，保证用户发现火灾后，能在最短时间内取得消防设备处理火情，开展灭火工作。

三、在景区发生火灾时，提供最短疏散、救援路径生成，火灾点信息显示、报警提醒和位置安全判断服务。

最短疏散、救援路径生成：景区发生火灾时，为游客提供在用户终端显示距离当前位置最近的景区出口疏散点、绕过拥堵路段的最短路线。

火灾点信息显示、报警提醒：为了防止移动端访问服务器过于频繁，导致服务器压力过大以及移动端卡顿，需要为移动端设置计时器，每隔10秒读取一次数据库。最后，根据每个监测点的信息分别在用户终端的地图控件中实时显示火灾点温度、湿度、烟雾浓度、火焰数量，同时将火灾点的影响范围、实时火情信息绘制显示在移动端电子地图上，为救援和疏散提供有力保障。

位置安全判断：景区管理人员首先在预设系统时，设定火灾发生危险范围，明火点距离阈值设定为为200米，烟雾距离阈值为500米。当景区发生火灾时，服务器每隔10秒更新火灾情况信息，在移动端获取火情信息后，对游客进行一次位置安全缓冲区分析，判断用户是否处于火灾明火点200米或及烟雾500m影响范围内。当游客位置在火灾影响范围内，则立即通过用户终端对用户进行报警，并在用户终端上提示用户使用路径分析功能进行疏散，尽快撤离危险区域。

通过景区安全监控设备数据、rfid系统数据、用户位置数据和火情评估传感器数据的快速融合和监控设备、火情传感器信息的实时联动，解决单一传感器技术在景区火情研判中存在误判、漏判现象和应急系统反应迟缓问题。解决在人员疏散和游客救援过程中，火灾应急路径选择未考虑灭火器、消防栓、应急车辆等火灾应急设施的空间分布以及拥堵路段、人员空间分布和出口疏散点的空间分布，导致应急结果缺乏对实时火情信息和人员分布现状的快速准确响应的问题，提高景区火灾快速应急响应的效率和适应力，同时实现景区火灾防控、应急响应的智能化。

附图说明

图1是本发明一种智慧景区火灾快速应急系统的原理图。

图2是本发明一种智慧景区火灾快速应急系统的服务示意图。

图3是本发明一种智慧景区火灾快速应急系统的功能图。

具体实施方式

实施例：

如图1所示，本发明一种智慧景区火灾快速应急系统的原理图，系统主要由数据采集器s1、服务器s2、移动端s3组成。

数据采集器包含监控设备、火情评估传感器、射频识别系统rfid三部分。

监控设备s11，是安装了yolov3目标检测算法，对实时视频监控中“火焰”和“人员”进行目标检测，日间使用可见光视频监控设备，夜间使用红外视频监控设备。

火情评估传感器s12，包括湿度传感器、温度传感器、烟雾传感器。

本实施例中，湿度传感器采用dht-11型湿度传感器，温度传感器采用lm35型温度传感器，烟雾传感器采用mq2型烟雾传感器，用于获取景区实时温度、湿度、烟雾浓度数据。

rfid系统s13，通过室内景点人员的rfid电子标签和加装在景区室内闸门中的射频识别(radiofrequencyidentification，rfid)系统为数据处理模块s22提供景区室内的游客区域分布数量信息。

服务器s2包括第一通信模块s21、数据处理模块s22、数据库s23、数据融合模块s24、数据分析模块s25、ftp站点s26、第二通信模块s27。

第一通信模块s21，通过有线或无线网络方式上传监控设备实时更新的“火焰”和“人员”的数量信息、rfid系统的游客区域分布数量信息到服务器数据库中；通过zigbee方式上传火情评估传感器实时监测数据到服务器数据库。

所述数据处理模块s22，将区域监控设备s11采集到的“火焰”和“人员”数量进行区域统计，分别获得“火焰”和“人员”的区域数量总和。根据路段区域面积计算“人员”的路段分布密度；对rfid系统获取的游客区域分布数量进行统计，获得游客室内区域分布数量信息，根据区域面积计算室内游客区域分布密度，输出至数据库s23。

数据库s23，通过第二通信模块s27接收移动端采集的景区用户信息，包括游客、景区管理人员、救援人员的移动端账号、用户名、手机联系方式信息，同时存储电子地图，在地图中标记存储消防设施位置、应急车辆、工作人员和疏散出口信息。通过第一通信模块s21接收火情评估传感器采集的景区实时湿度、温度、烟雾浓度数据。

数据融合模块s24，数据融合模块，获取数据库中的火焰数量与湿度、温度、烟雾浓度数据，利用d-s证据算法进行融合，判断火灾是否发生。

d-s证据算法以传感器和目标检测收集到的数据作为算法的证据，对dht-11湿度传感器、lm35温度传感器、mq2烟雾传感器数据信息和监控设备目标检测的“火焰”数量信息进行融合，依据信度函数分配值和火灾发生的信度函数，推断是否发生火灾。

由于在火灾监测中，火灾情况存在“发生”、“未发生”、“不确定”三种互斥状态，记为u1、u2、u3，其辨识框架记为ω，则ω＝{u1，u2，u3}。

设基本概率分配函数m：2^ω→[0,1]，且满足下列条件映射：

1)φ为不可能事件，其基本概率为0，即m(φ)＝0。

2)2^ω中的全部元素基本概率之和为1，即∑m(a)＝1，

可将m看作2^ω上信度函数的分配，m(a)为火灾事件a的基本概率值和信任度。湿度传感器m1＝{a1，a2，a3}，温度传感器m2＝{b1，b2，b3}，烟雾传感器m3＝{c1，c2，c3}，目标检测“火焰”数量m4＝{d1，d2，d3}。其中a1，a2和a3分别表示根据景区现场湿度判断火灾“发生”、“未发生”、“不确定”的概率；b1，b2和b3分别表示根据景区现场温度判断火灾“发生”、“未发生”、“不确定”的概率；c1，c2和c3分别表示根据景区现场烟雾浓度判断火灾“发生”、“未发生”、“不确定”的概率；d1，d2和d3分别表示根据目标检测“火焰”数量判断火灾“发生”、“未发生”、“不确定”的概率。

本发明首先融合湿度和温度得到火灾发生信度函数，然后再将信度函数结果与烟雾浓度、“火焰”数量目标检测结果依次进行融合。根据d-s证据算法，融合的信度函数为：

式中：

式中，a为融合后的数据信息，m(a)为融合后数据的基本概率值或信任度，ai和bj为不同传感器的互斥假设，m1(ai)和m2(bj)为湿度和温度传感器获得的数据的信度函数，k为完全冲突的假设ai和bj所有的信度乘积之和，且满足k<1。

当m(a)概率分布在50％～89％区间时：服务器进入火灾确认模式。服务器对疑似区域火情评估传感器和监控设备采集数据进行更高频率的融合检测，将疑似火灾发生区域信息传递至景区管理人员用户终端s34，并结合其定位信息生成当前位置至疑似区域的最短路径，通知景区管理人员前往疑似区域进行现场确认。

在m(a)概率超过90％时：判定火灾发生，服务器进入火灾应急处理模式。

数据分析模块s25，可获取数据融合模块s24火灾判定结果、数据库s23存储的疏散出口位置信息和消防设施位置。当火灾发生时，管理员依据人员区域分布密度和路段人员密度、风险阈值(每平方米4人)，在系统中及时添加火灾拥堵路段，游客用户终端根据拥堵路段分布和数据库存储的疏散出口信息进行最近疏散出口的最短路径分析和实时路线更新规划，具体采用顾及障碍物的dijkstra算法，设置路径可通过阻抗强度，完成顾及拥堵路段阻抗强度的gis最短路径分析。根据数据库存储的消防设施位置、应急车辆位置信息及第二通信模块s27获取用户终端的位置信息，为景区管理和救援人员提供绕过拥堵路段的最短救援路线和最近应急车辆、消防设施的最短路径。将游客用户当前定位信息和预设火灾影响范围结合判断游客位置是否安全。

所述ftp站点s26，采用serv-u软件搭建实现，为移动端提供所需的电子地图的mmpk移动地图包数据下载接口。

第二通信模块s27，通过webservice接口为移动端访问数据库、获取数据分析模块s25的分析结果提供接口。

移动端s3包括数据下载模块s31、定位模块s32、导航模块s33和用户终端s34。

数据下载模块s31，利用common-net的方式进行连接ftp站点，下载mmpk地图包结合gis实时运行库，本例中采用arcgisruntimesdkforandroid与安卓移动终端定位信息，为用户提供基于位置的服务。

定位模块s32，在能接收到gps信号或北斗信号的地方采用gps或北斗信号定位，在gps信号或北斗信号弱的室内采用基站定位方式进行定位。

导航模块s33，当用户终端s34获取数据分析模块s25的分析结果并启用应急导航的功能后，导航模块将为用户终端提供导航服务。导航模块具备语音提示、偏航路径重新规划、剩余路程实时显示的功能。

用户终端s34，包括平板电脑(pad)和智能手机。本实施例用户终端采用安卓智能手机，用户扫描二维码安装app及gis实时运行包。登录后，获取用户终端系统账号、用户名、手机联系方式的信息，app通过第二通信模块s27将用户信息上传到数据库服务器存储。用户终端实时显示更新后的用户当前位置、火情信息和消防设施位置、应急车辆、工作人员和疏散出口信息。

一种智慧景区火灾快速应急系统的服务示意图如图2所示，系统还包括gps卫星或北斗卫星s4、景区通信基站s5和景区移动网关服务器s6。

所述监控设备s11、火情评估传感器s12、rfid系统s13通过防火墙与服务器采用有线网和无线网方式连接，保障服务器与监控设备、火情评估传感器、rfid系统连接的数据安全性。其中，火情评估传感器采用zigbee协议与服务器进行无线联网。

所述移动端通过景区通信基站、景区移动网关服务器和防火墙与服务器采用无线网方式连接。移动端设备通过wifi等途径连接上距离最近的通信基站，通过基站与景区移动网关服务器s6进行通信，进而将移动端火灾应急请求传给服务器s2，同时也将服务器更新后的数据传递回移动端。

景区通信基站s5，是指在景区5g或4g无线网络区中，分别与移动端s3、服务器s2之间进行信息双向传递的无线电收发信电台。移动端s3通过通信基站s5、景区移动网关服务器s6与服务器s2进行双向通信。景区移动网关服务器s6中，webservice为移动端访问服务器提供通信接口，保证数据通信过程的规范性与安全性。

所述服务器s2包括：应急数据处理分析服务器、数据库服务器、通信服务器和web服务器。应急数据处理分析服务器包含：数据处理模块s22、数据融合模块s24、数据分析模块s25。数据库服务器：数据库s23。通信服务器包括：第一通信模块s21和第二通信模块s27。web服务器包括ftp站点s26。

系统通过gps或北斗卫星s4定位的方式为移动端提供定位信息。

图3是本发明一种智慧景区火灾快速应急系统的功能图。包括景区拥堵路段提示、实时定位导航、工作人员调度、应急车辆调度，最近消防设施路径、距离，最短疏散、救援路径生成，火灾点信息显示、报警提醒和位置安全判断服务功能。

拥堵路段提示：景区火灾发生时，服务器数据处理模块对人员数量进行统计和密度计算，包括根据路段区域面积计算“人员”的路段分布密度，根据区域面积计算室内游客区域分布密度，管理人员依据人员区域分布密度和路段人员密度、每平方米4人的风险阈值确定路段的拥堵程度。景区管理者将向所有用户移动端进行拥堵情况提醒，并在移动端景区电子地图中显示拥堵路段，为用户在景区中的行动路径选择提供信息。

实时定位导航：景区火灾发生时，所有类别用户移动端app具备语音提示、偏航应急路径重新规划、实时显示距离出口疏散点和灭火器、消防栓等火灾应急设施的实时距离。导航模块实时语音播报游客当前位置与景区最近的出口疏散点距离，为精度管理人员和救援人员实时播报当前位置距火灾点和最近消防设施的距离。

工作人员调度：火灾发生时，系统可以通过此功能查询到距火灾明火点最近的工作人员，再通过定位模块和导航模块为工作人员提供绕过拥堵路段的最短路径，并在用户终端实时显示用户距火灾明火点的实时距离，减少工作人员处理应急事务时消耗在路程上的时间，工作人员根据最短救援路径功能到达火灾现场进行救援。

应急车辆调度：景区发生火灾前，应急车辆预先停靠在景区指定的区域；火灾发生时，救援人员和景区管理人员可以通过此功能查询到距当前用户终端最近的应急车辆，再通过定位模块和导航模块为用户提供绕过拥堵路段的最短路径，并在用户终端实时显示距应急车辆的距离。启动车辆后，救援人员和景区管理人员可转为使用最短救援路径功能到达火灾现场进行救援。

最近消防设施路径、距离：当景区某一区域发生火灾时，景区管理人员、救援人员能使用移动端中提供的最近消防设施服务。通过此服务查询距离当前用户终端最近的消防设施，再通过定位模块和导航模块为用户提供绕过拥堵路段的最短路径，并在用户终端实时显示用户当前距消防设施的实时距离，保证用户发现火灾后，能在最短时间内取得消防设备处理火情，开展灭火工作。

最短疏散、救援路径生成：景区发生火灾时，为游客提供在用户终端显示距离当前位置最近的景区出口疏散点、绕过拥堵路段的最短路线。具体为：利用移动端用户终端上传至服务器数据库的游客用户信息，服务器数据分析模块结合数据库中存储的景区疏散撤离点信息、火情评估传感器和监控设备报警的火灾点位置、火灾情况信息、移动端定位模块提供的用户定位信息，为游客在用户终端显示距当前位置最近的景区出口疏散点，在用户终端显示最短疏散路径和最近的景区出口疏散点的分析结果。

火灾点信息显示、报警提醒：监控设备和火情评估传感器可对景区湿度、温度、烟雾浓度进行检测，通过安装搭载了yolov3目标检测算法的监控设备和dht-11湿度传感器、mq2烟雾传感器、lm35温度传感器利用zigbee模块进行互联，判断火灾是否发生。为了防止移动端访问服务器过于频繁，导致服务器压力过大以及移动端卡顿，需要为移动端设置计时器，每隔10秒读取一次数据库。最后，根据每个监测点的信息分别在用户终端的地图控件中实时显示火灾点温度、湿度、烟雾浓度、火焰数量，同时将火灾点的影响范围、实时火情信息绘制显示在移动端电子地图上，为救援和疏散提供有力保障。

位置安全判断：景区管理人员首先在预设系统时，设定火灾发生危险范围，本实施例设定为明火点距离阈值为200米，烟雾距离阈值为500米，将其预设到服务器数据库中。当景区发生火灾时，服务器每隔10秒更新火灾情况信息，在移动端获取火情信息后，对游客进行一次位置安全缓冲区分析，判断用户是否处于火灾明火点200米或及烟雾500m影响范围内。当游客位置在火灾影响范围内，则立即通过用户终端对用户进行报警，并在用户终端上提示用户使用路径分析功能进行疏散，尽快撤离危险区域。