中華民國內政部建築研究所中華民國內政部建築研究所

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電子火災逃生指示地圖與避難引導系統研究

計畫主持人	游坤明
協同主持人
執行單位	中華大學
執行行程	102 年 02 月至 102 年 12 月
GPN	PG10201-0564
ISBN
MOIS
組別	安全防災組
執行方式	委託研究
關鍵詞	無線感測網路、位置感知、緊急逃生導、電子看板
參考文獻

中文摘要：一、研究緣起
根據美國人口調查局(United States Census Bureau)估計，至 2013/01/04
止全球人口總數已達 70.57 億人，在人口不斷增加且大部分及集中於大型都市的
情況下，建築物發展越來越趨向高樓層化高複雜。根據內政部消防署的統計資料，
民國 99 年全台共發生 2186 場火災，造成 391 傷亡，至民國 101 火災發生次數雖
然已經降至 1574 場，但仍造成 428 人傷亡，火災發生次數雖然下降，但傷亡比
例反而升高。當火災這類的緊急狀況發生時，人們通常只能依循固定式的逃生導
引標記做逃生，也無法得知火災發生的地點以及最有效與最安全的逃生路徑，因
此本計畫「電子火災逃生地圖與避難引導系統研究」，預計以無線感測網路、無
線射頻辨識系統與即時的火場逃生路線指示三大系統，將環境及人員資訊結合電
子看板，在發生火災事件時提供大樓內人員即時避難路線指引以加速逃生過程，
達到迅速逃生、減少傷亡之目的。
二、研究方法及過程
本計畫旨在研製結合無線感測網路、無線射頻辨識系統之室內電子火災逃生
地圖與避難引導系統之雛型示範系統。其中包含無線感測網路、無線射頻辨識系
統、中央控制系統、以及逃生路徑演算法等子系統。為達成以上目標，擬採用以
下研究方法：
1. 文獻資料分析法：
採用次級資料分析法，蒐集國內外相關研究主題之文獻資料，並分析與本研
究之相關性，提供所需之工具與領域知識。擬回顧之文獻，包括國內外 ICT 技術
之發展、國內外智慧型防火防災技術之發展等文獻。
2. 子系統功能建構：
無線感測網路、無線射頻辨識系統、中央控制系統、逃生路徑演算法與數位
電子看板系統等各子系統之功能分別建構。
3. 系統整合及驗證：
實際建構一套室內電子火災逃生地圖與避難導引系統，並進行相關驗證以確
保系統可正常運行。
4. 專家學者座談法：
邀請國內專家學者進行座談會議，以議題討論方式，進行研究內容審視及改
進。
三、重要發現及成果
本研究經過文獻資料分析以及系統實際建構，研究重要發現及成果歸納如
下：
(一)目前雖已有許多探討逃生導引之文獻，但多以探討如何計算出平面中整體逃
生方向為主，較少有針對大樓中個別人員進行逃生路線運算以及分群逃生導
引之探討。本研究所提出之逃生演算法是以空間中人數以及可進行逃生之出
口數量進行人員分群之逃生導引，並以數位電子看板提供即時之逃生導引，
以解決在逃生時可能產生因出口負荷不足所發生之人員壅塞問題。
(二)本研究將所提出之逃生導引演算法以多層架構實作出一套電子火災逃生指
示地圖與避難引導系統之雛型系統。各部份之實作成果如下：
1.中央監控系統及資料庫系統
電子火災逃生指示地圖與避難引導系統由 ZigBee 無線感測網路、RFID 無
線射頻定位資訊、數位電子看板、智慧逃生演算法及中央監控系統組成。中
央監控系統負責各模組的資訊流與控制流之傳遞，並且提供監控介面與設定
介面來針對個別電子看板作不同廣告設定或針對感測器目前做監控，來達到
系統運作的完整性。事件主動觸發是有效及即時預警的關鍵技術，本計畫運
用觸發程序 (trigger) 做為感測值異常的通知機制。系統功能特色，如下：
(1) 多平面圖支援。
(2) 呈現環境感測資訊。
(3) 呈現人員定位資訊。
(4) 呈現火災事件資訊。
(5) 數位電子看板提供即時之逃生導引
2.無線感測網路 ZigBee 高效率資訊傳遞
利用 ZigBee Sensor 以及 ZigBee Controller 以主控端主動詢問方式進行，
ZigBee Sensor 依照指令回傳資訊方式進行環境資料的蒐集，可避免因回傳
資料數量過多而容易造成系統無法負荷的問題。系統並且測試不同傳輸速率
對於系統負荷的影響以及調整下達指令的方式，讓資料蒐集在速率以及系統
負荷之中取得平衡點，可即時反映出環境中之溫度、濕度、照度實際情況。
3.RFID 即時人員定位
利用 RFID Reader 接收到標籤之訊號，進行人員位置蒐集，透過多讀取器接
收到相同標籤之訊號強度不同進行位置定位，並以虛擬指引點模型進行虛擬
化定位機制實作，系統導入 VSLS 定位機制，大幅降低佈建實硬體設備成本，
並使用線上(On-line)以及離線(Off-line)的概念大幅提升定位精準度。
4.智慧逃生導引演算法
本研究提出之逃生導引演算法，分為三大部分，分別是初始的環境參數前處
理、火災發生時的逃生路線規劃，以及進行導引時持續的對整體環境進行監
控及意外排除。將 ZigBee 以及 RFID 所感測之資訊整合之後，以微觀的人群
心理層面帶入宏觀的整體路徑規劃之中，在規劃路徑同時顧及人群可能因心
理慌亂而影響外在行為表現，並且在導引時將人群往不同出口分群導引的方
式減輕出口以及逃生路徑的負擔。報告中並利用建築研究所 13 樓平面圖轉
換成逃生演算連通圖，以圖說方式說明智慧導引逃生演算法如何規劃修正成
最佳之逃生路線。
5.數位電子看板導引系統
本研究運用數位電子看板實作出即時逃生導引系統，即時逃生導引系統以
APC Rock 開發版為原型與螢幕、無線網路接收器連接方式完成不受地區環
境限制之即時逃生導引數位電子看板，透過電子看板與資料庫中編號相互對
應，數位電子看板可依不同建置位置提供不同的廣告或逃生導引資訊，數位
電子看板分為兩種不同功能模式，分別為廣告模式與逃生模式。
(1) 廣告模式：
在沒有火災的情況下，數位電子看板可以經由主控端針對各地區或各場
所需之廣告或公告設定於電子看板上，並以廣告樣式顯示在畫面上。
(2) 逃生模式：
當火災發生時，系統會主動的切換數位電子看板的功能模式，將廣告模
式切換成緊急逃生模式，並以顯眼的箭頭標示出經由逃生演算法運算後
所獲得之適當逃生方向。在逃生時，數位電子看板會因本身的所在位置
與逃生演算法所給予的方向顯示其最佳的逃生方向。
(三)本系統之中央監控系統除提供管理者一個統一的管理介面，亦可供大樓管理
人員動態及提供消防人員進行環境資訊、人員狀態、火災預警資訊等監控，
也提供各區域所需進行廣告變更或，在中央監控系統中，也提供資訊傳遞之
功能其中包含廣告或公告之資訊提供、火災事件發生之資訊提供、系統資訊
管理介面三種模式，對於初期火災發生時，建築物內部情況之研析及消防搶
救行動之決定皆有實質助益。
四、主要建議事項
本研究在結合電子火災逃生地圖與避難引導系統研究方面提出下列具體建
議。
建議：推動「大型公共開放空間之智慧型緊急避難導引系統」
主辦機關：內政部建築研究所
本研究「結合電子火災逃生地圖與避難引導系統」之研究成果，適合於特定
空間之使用，如一般的辦公大樓，在此特定的空間中人員均配戴員工證(RFID 標
籤) ，本計畫之研究成果可執行 RFID 即時人員定位功能，數位電子看板並可依不
同建置位置提供不同的逃生導引資訊，但在大型公共開放空間卻無法精準地計算
出人員之數量與分佈狀況，如何運用影像辨識技術進行避難者標示及計數，並針
對環境中避難者分布情形以及環境狀態即時建構一個可有效且具人員分流能力
之智慧型緊急避難導引雛型系統，可將避難者快速導引往出口避難，並以持續更
新導引資訊方式即時依據環境狀態反應於導引路徑上，「大型公共開放空間之智
慧型緊急避難導引」將可使貴所近兩年來所持續發展之內容成為一套可廣泛應用
於多種不同類型建築物且不受環境型態影響之緊急避難導引系統。
英文摘要：1. Background
According to United States Census Bureau estimated, there had 7.057 billion of
people on the world till the end of 2012. It leads building become higher and
complicated in the city. Therefore, in this project, we will focus on how to design
and implement a fire evacuation e-Map and evacuation guidance system by
integrating wireless sensor network, RFID, and real time emergency evacuation
methodology. There are 1620 fires less in Taiwan from 2007 to 2011 according
to the statistics of National Fire Agency. However, the number of people dead in
the fire did not decrease in an equal proportion from 2007 to 2011. The
environment is complicated and guidance is not explicitly enough are the two
main issues. Therefore, we will investigate how to integrate ZigBee wireless
sensor network, RFID indoor localization technology and real time evacuation
guidance to accomplish a real-time fire evacuation e-Map to guidance evacuation
route. Also, in the project, we will use digital signage to display the evacuation
guidance for users, which are provided by the central control system to guide
people in the building in case of fire to speed up the evacuation process, achieve
the purpose of escape quickly, reducing casualties.
2. Methodology
In this project, an intelligent fire evacuation e-Map and evacuation guidance
system was proposed and a demo site was also built. Wireless sensor networks
(WSNs) consist of node were used for monitoring physical environment
conditions such as temperature, humidity, light, etc., and RFID was used as an
indoor location sensing system. The system could continuously monitor the
environment conditions and marked the cause place of fire accident event.
Moreover, the system could immediately build a real-time fire evacuation e-Map to
guidance evacuation route and could notify the people in the building about fire
event using digital signage to display the evacuation guidance for users.
3. Important Results
Following works had been done.
(1) Apply wireless sensor network and RFID indoor localization to build up an
evacuation guidance system.
(2) Efficient wireless sensor network data routing patterns for ZigBee.
(3) Real-time RFID indoor location sensing system.
(4) Implements a real-time fire evacuation e-Map to guidance evacuation route.
(5) Guiding the correct route and direction: While taking refuge the central control
system will automatically send the evacuation route and direction to the digital
signage.
4. Suggestions
1. Promote "The intelligent emergency evacuation system in a large public open
space "
2. Conduct a workshop for the results related to the intelligent fire emergency
evacuation systems
3. Apply for a patent according the results of the project.

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