CN115641695A - 一种上行疲劳高度检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于地下空间紧急疏散技术领域，具体为一种上行疲劳高度检测系统，包括上行高度检测模块、疲劳传感器、控制模块和警示模块；上行高度检测模块用于获取行人上行高度；疲劳传感器的输出端与控制模块的第一输入端连接；警示模块的启动端与控制模块的第一输出端连接。用于获取行人进入上行疲劳状态时的上行高度，便于在上行通道紧急疏散时基于上行疲劳高度进行疏散引导，如在行人快到达上行疲劳高度时，对行人进行降速提示，以减缓行人进入疲劳状态，改善堵塞。该系统通过疲劳传感器检测行人身体疲劳状态，控制模块根据疲劳传感器的输出信号控制警示模块工作，当行人达到疲劳时，警示模块发出警示信号，提示相关人员记录此时的上行高度。

Description

一种上行疲劳高度检测系统

技术领域

本发明涉及地下空间紧急疏散技术领域，具体为一种上行疲劳高度检测系统。

背景技术

我国已成为地下空间的应用大国，地下空间开发进入了深层化发展的时代。在破坏性灾害事件下，地下空间疏散路径单一，逃生困难，易造成重大人员伤亡。安全疏散是地下空间人员生命安全的重要保障，楼梯是确保人员上行疏散最主要、最可靠、最有效的手段。

地下空间灾害情况下，人员必须通过步行楼梯长距离上行至地面出口，相较于地面建筑的下行、水平疏散，需要消耗更多的体力，疏散人员身体极易进入疲劳状态，进入疲劳状态后，上行速度会快速下降，阻碍其后续非疲劳人员上行，引发拥堵。因此，如果能事先评估出上行行人的上行疲劳高度，在行人接近上行疲劳高度时，提示其稍微降速或者避让，就能预防或改善堵塞，但现有技术中还未出现上行疲劳高度检测系统。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种上行疲劳高度检测系统，为上行通道的紧急疏散引导提供数据支撑。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种上行疲劳高度检测系统，包括上行高度检测模块、疲劳传感器、控制模块和警示模块；所述上行高度检测模块用于获取行人上行高度；所述疲劳传感器的输出端与控制模块的第一输入端连接；所述警示模块的启动端与控制模块的第一输出端连接。

作为本发明所述的一种上行疲劳高度检测系统的优选方案，其中：所述上行高度获取模块为高度传感器，所述高度传感器的输出端与控制模块的第二输入端连接。

作为本发明所述的一种上行疲劳高度检测系统的优选方案，其中：所述上行高度获取模块包括沿上行通道间隔分布的多个高度标签。

作为本发明所述的一种上行疲劳高度检测系统的优选方案，其中：所述上行高度获取模块为行人智能手机中的海拔获取模块。

作为本发明所述的一种上行疲劳高度检测系统的优选方案，其中：所述系统还包括承载疲劳传感器、控制模块和警示模块的可穿戴机构。

作为本发明所述的一种上行疲劳高度检测系统的优选方案，其中：所述控制模块包括第一参考电源、低通滤波器和第一比较器，第一参考电源的输出端与第一比较器的反向输入端连接，疲劳传感器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与第一比较器的正向输入端连接，第一比较器的输出端与警示模块的启动端连接；第一参考电源的输出电压为行人疲劳时疲劳传感器输出信号输入低通滤波器后低通滤波器的输出电压的电压值。

作为本发明所述的一种上行疲劳高度检测系统的优选方案，其中：所述系统还包括测量行人速度的速度传感器。

作为本发明所述的一种上行疲劳高度检测系统的优选方案，其中：所述速度传感器设置于上行通道地下进出口。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的系统框图；

图2为本发明实施例1中控制模块的结构示意图；

图3为本发明实施例2中控制模块的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例1

本实施例公开了一种上行疲劳高度检测系统，如图1所示，该系统包括上行高度检测模块、疲劳传感器、控制模块和警示模块；上行高度检测模块用于获取行人上行高度；疲劳传感器的输出端与控制模块的第一输入端连接；警示模块的启动端与控制模块的第一输出端连接。用于获取行人进入上行疲劳状态时的上行高度，便于在上行通道紧急疏散时基于上行疲劳高度进行疏散引导，如在行人快到达上行疲劳高度时，对行人进行降速或避让提示，以减缓行人进入疲劳状态，改善堵塞。该系统通过疲劳传感器检测行人身体疲劳状态，控制模块根据疲劳传感器的输出信号控制警示模块工作，当行人达到疲劳时，警示模块发出警示信号，提示相关人员记录此时的上行高度。

在本实施例中，疲劳传感器优选但不限于为心率传感器或脉搏传感器或血压传感器。为提高疲劳监测的准确性，选择心率传感器作为疲劳传感器，因为通过心率能直接准确判断行人是否进入疲劳状态，如当行人心率达到疲劳心率(疲劳心率优选但不限于为150bpm)时，行人基本进入了疲劳状态。

在本实施例中，警示模块优选但不限于为蜂鸣器或振动器或LED灯，通过声音、振动或灯光进行警示。警示模块的启动端优选但不限于为警示模块的通断电控制端或使能端。

在本实施例中，上行高度检测模块用于检测行人在上行通道中的上行高度或海拔高度。优选地，上行高度获取模块包括沿上行通道间隔分布的多个高度标签。多个高度标签可间隔0.5米或一米或两米沿着上行通道设置，高度标签可设置在上行通道侧壁或地面上。高度标签的具体形式优选但不限于为喷涂油漆或铭牌。每个高度标签表示其所在位置距离上行通道地下进出口的相对高度距离。当上行人员进入疲劳状态且警示模块发出警示时，上行人员能够通过高度标签直观简单地获得上行高度值并记录，无需再布置高度传感器，降低成本。

在本实施例中，优选地，上行高度获取模块为行人智能手机中的海拔监测模块。目前智能手机中大多内置了海拔监测模块以便获取智能手机携带者所处位置的海拔高度，如大多智能手机、手表、个人导航设备中内置了高精度海拔高度传感器MS5607-02BA，其垂直高度分辨率甚至达到了20cm，具有5mm×3mm×1mm的超小尺寸。事先记录上行通道地下进出口的海拔高度，作为初始海报高度。在警示模块警示行人疲劳时，行人可通过手机内置海拔监测模块获取并记录此时的海拔高度，后续利用该海拔高度减去初始海拔高度就可获得行人疲劳高度(减法运算可后续人工处理，不在本发明的保护范围内)。通过事先测量的上行通道地下进出口处的海拔高度，后续人工做一个差值运算，就能得到上行疲劳高度。

在本实施例中，控制模块主要用于根据疲劳传感器的输出信号判断行人是否进入疲劳，当行人进入疲劳时通过警示模块警示行人。行人收到警示信号后记录当前高度信息。

在本实施例中，控制模块优选但不限于为51单片机等微处理器，微处理器的一个I/O管脚连接警示模块的使能端，微处理器的A/D输入端(模数转换端，当疲劳传感器输出模拟信号时使用)或者数字信号输入端(UART串口等，当疲劳传感器输出数字信号时使用)与疲劳传感器的输出端连接。如当疲劳传感器为心率传感器(光电式心率传感器或应力应变式心率传感器)时，微处理器优选但不限于采用现有技术中公开号为CN107374603A的中国专利中公开的技术方案，为现有技术，在此不再赘述。

在本实施例中，为降低成本，控制模块也可采用如图2所示的硬件结构，控制模块包括第一参考电源、低通滤波器和第一比较器，第一参考电源的输出端与第一比较器的反向输入端连接，疲劳传感器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与第一比较器的正向输入端连接，第一比较器的输出端与警示模块的启动端连接；第一参考电源的输出电压为行人疲劳时疲劳传感器输出信号输入低通滤波器后低通滤波器的输出电压的电压值。

在本实施例中，由于疲劳传感器多为心率传感器或脉搏传感器，其输出信号为网址：https://blog.csdn.net/tangxing1212/article/details/42971717中公开的方波信号。方波的频率与心率对应，方波频率越高心率越大，心率传感器输出信号的频率越大，则经过低通滤波器后获得的直流电压幅值越大，因此通过心率信号输入低通滤波器后获得的直流电压信号的幅值大小与心率大小对应，幅值越大心率越大。人体疲劳时心率会加快，因此当行人的心率达到一个阈值时可认为行人进入疲劳状态，设定一个心率阈值(如150bpm)。当行人的心率大于心率阈值时，即低通滤波器的输出电压大于第一参考电源的输出电压时，认为行人进入疲劳，第一比较器输出高电平至警示模块的启动端，启动警示模块；反之，当行人的心率不大于心率阈值时，即低通滤波器的输出电压不大于第一参考电源的输出电压时，认为行人未进入疲劳，第一比较器输出低电平至警示模块的启动端，不启动警示模块。

在本实施例中，第一参考电源优选但不限于选择TI或ADI公司的电压基准芯片，或者还包括与电压基准芯片输出端连接的电阻分压网络，电压基准芯片的外围电路可参考选择的芯片的数据手册，电阻分压网络的配置为本领域常规技术，在此不再赘述。第一比较器优选但不限于采用型号为OPA27的运算放大器。低通滤波器可选择现有的一级或两级以上级联的RC低通滤波电路。

在本实施例中，为便于携带，该系统还包括承载疲劳传感器、控制模块和警示模块的可穿戴机构，可穿戴机构优选但不限于为手环或背心或胸带。通过可穿戴机构便于携带各模块和传感器，减轻行人上行负担，并且使检测场景更逼真紧急疏散场景。

在本实施例中，为获取更多的疏散引导参数，该系统还包括测量行人速度的速度传感器。该速度传感器可为携带在行人身上的三轴加速度传感器，用于测量行人上行过程中的上行速度。该速度传感器还可设置于上行通道地下进出口，用于检测行人进入上行通道的初始速度，因为行人以不同速度进入上行通道时其上行疲劳高度并不相同，因此，将初始速度作为上行疲劳高度的一个条件参数，可提高获取的上行疲劳高度的准确性，更有利于应急时疏散引导，试验中每经过一个行人时刻手工记录该行人的初始速度。通过速度传感器便于获取行人上行过程中的速度变化，能够为后续上行通道紧急疏散引导提供更多数据支撑。

在本实施例中，优选地，设置于上行通道进出口的速度传感器包括摄像头和行人速度获取模块，摄像头的输出端与行人速度获取模块的输入端连接。摄像头用于获取进入上行通道进出口的行人图像，行人速度获取模块用于根据摄像头获取的图像获取行人速度，行人速度获取模块优选但不限于为图像处理器，该图像处理器执行现有技术中公开号为CN112541938A或CN101196991A或CN112598709A的中国专利中公开的技术方案获得行人速度，为现有技术，在此不再赘述。获取行人开始上行时的初始速度，能够得到不同速度下行人的上行疲劳高度，为后续紧急疏散引导策略的制订提供数据支撑，使得引导策略更准确。

在本实施例的一种应用场景中，为了使获得的上行疲劳高度具有实际指导意义，可将不同类型的行人以不同的初始速度进入上行通道进行实验。行人的类型优选但不限于为男、女，或者不同体重指数(BMI)。经过检测，发现男性的上行疲劳高度多集中在24米左右，女性的上行疲劳高度多集中在23米左右，在应急疏散时，可在男性上行高度将达到24米时警示其降低速度，女性在上行高度将达到23米时警示其降低速度，这样延缓人们进入疲劳状态的时间，缓解或消除堵塞。

实施例2

本实施例公开了一种上行疲劳高度检测系统，本实施例与实施例1的不同点在于，本实施例中的高度检测模块采用高度传感器，高度传感器的输出端与控制模块的第二输入端连接，高度传感器优选但不限于为高精度海拔高度传感器MS5607-02BA，可以自动记录高度传感器检测的高度信息。

在本实施例中，优选地，控制模块的硬件结构如图3所示，控制模块包括第一参考电源、第一比较器、低通滤波器、显示模块和用于开启或关闭高度传感器的开关模块；第一参考电源的输出端与第一比较器的反向输入端连接，疲劳传感器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与第一比较器的正向输入端连接，第一比较器的输出端分别与警示模块的启动端和开关模块的控制端连接，显示模块的输入端与高度传感器的输出端连接，第一参考电源的输出电压为行人疲劳时疲劳传感器输出信号输入低通滤波器后低通滤波器的输出电压的电压值。

在本实施例中，当行人的心率大于心率阈值时，即低通滤波器的输出电压大于第一参考电源的输出电压时，认为行人进入疲劳，第一比较器输出高电平至警示模块的启动端和开关模块的控制端，启动警示模块，开关模块导通开启显示模块，通过显示模块显示高度传感器此时测得的海拔高度，并做好记录。反之，当行人的心率不大于心率阈值时，即低通滤波器的输出电压不大于第一参考电源的输出电压时，认为行人未进入疲劳，第一比较器输出低电平至警示模块的启动端，不启动警示模块。第一比较器输出低电平至警示模块的启动端和开关模块的控制端，警示模块不启动，同时开关模块断开，显示模块接收不到海拔高度信息不显示。第一比较器、第一参考电源、低通滤波器均可参照实施例1，在此不再赘述。如图3所示，开关模块优选但不限于为串接在高度传感器供电回路的NMOS开关管或继电器等开关元件。显示器优选但不限于为LCD或LED显示模块，其通过串口与高度传感器连接。

在本实施例中，优选地，为便于携带，该系统还包括承载疲劳传感器、控制模块、高度传感器和警示模块的可穿戴机构，可穿戴机构优选但不限于为手环或背心或胸带。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种上行疲劳高度检测系统，其特征在于，包括上行高度检测模块、疲劳传感器、控制模块和警示模块；

所述上行高度检测模块用于获取行人上行高度；

所述疲劳传感器的输出端与控制模块的第一输入端连接；

所述警示模块的启动端与控制模块的第一输出端连接。

2.如权利要求1所述的上行疲劳高度检测系统，其特征在于，所述上行高度获取模块为高度传感器，所述高度传感器的输出端与控制模块的第二输入端连接。

3.如权利要求1所述的上行疲劳高度检测系统，其特征在于，所述上行高度获取模块包括沿上行通道间隔分布的多个高度标签。

4.如权利要求1所述的上行疲劳高度检测系统，其特征在于，所述上行高度获取模块为行人智能手机中的海拔获取模块。

5.如权利要求1所述的上行疲劳高度检测系统，其特征在于，还包括承载疲劳传感器、控制模块和警示模块的可穿戴机构。

6.如权利要求2所述的上行疲劳高度检测系统，其特征在于，还包括承载疲劳传感器、控制模块、高度传感器和警示模块的可穿戴机构。

7.如权利要求1所述的上行疲劳高度检测系统，其特征在于，所述控制模块包括第一参考电源、低通滤波器和第一比较器，第一参考电源的输出端与第一比较器的反向输入端连接，疲劳传感器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与第一比较器的正向输入端连接，第一比较器的输出端与警示模块的启动端连接；第一参考电源的输出电压为行人疲劳时疲劳传感器输出信号输入低通滤波器后低通滤波器的输出电压的电压值。

8.如权利要求1所述的上行疲劳高度检测系统，其特征在于，还包括测量行人速度的速度传感器。

9.如权利要求8所述的上行疲劳高度检测系统，其特征在于，所述速度传感器设置于上行通道地下进出口。

10.如权利要求2或6所述的上行疲劳高度检测系统，其特征在于，所述控制模块包括第一参考电源、第一比较器、低通滤波器、显示模块和用于开启或关闭高度传感器的开关模块；第一参考电源的输出端与第一比较器的反向输入端连接，疲劳传感器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与第一比较器的正向输入端连接，第一比较器的输出端分别与警示模块的启动端和开关模块的控制端连接，显示模块的输入端与高度传感器的输出端连接，第一参考电源的输出电压为行人疲劳时疲劳传感器输出信号输入低通滤波器后低通滤波器的输出电压的电压值。

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