本作品目的在於雲端架構下設計一智慧型逃生指示系統。該系統監測來自於無線感測器的災害訊號後，並經由雲端伺服器上的軟體服務規劃逃生路徑。首先以盛群微控制器為訊號處理核心之災害感測模組，可依照室內溫度變化收取火災訊號並以無線感測網路傳送災害訊息。同時，本作品所設計之智慧型逃生指示看板可顯示最安全的逃生口方向。該指示器也利用盛群微控制器連結無線網路，可收取火災訊號後自動控制指示看板上LED燈所排列之指示方向。本作品的創意展現改善傳統固定式指示看板的缺點，即時依災害位置更動逃生方向，更加保障人員在智慧型大樓內的生命安全。

前言

創作動機

智慧型大樓[1][2]是目前高科技建築重要發展趨勢，智慧型大樓結合多種科技元素以提供更便利的設施及服務，提高人類生活的便利性與安全性，其中人工智慧系統、感測器裝置、軟硬體開發技術等在此領域扮演重要角色。在眾多的智慧型大樓安全管理應用中，疏散規劃、消防設備管理、危險區域監控、逃生門、緩降梯指示等逃生設備管理，在智慧型大樓設計概念裡都是需要被自動化的部分。

以我國內政部消防署所訂定的法規而言：大樓內火災發生時，警報系統能接受由火警警報設備或緊急通報裝置所發出之訊號，啟動預先設定之避難方向指示燈者且其功能應準確正常。公共場所需設置六十見方以上之逃生路線平面圖，其中必須包含消防設備設置與逃生出口位置，供逃生人員觀 看。

然而在緊急事件發生時，由於目前的建築物容積越來越大，內部結構與動線也相對複雜，加上一般民眾並無觀看樓層平面圖的習慣，當災害發生時大樓內受困人員欲迅速離開危險區域更加需要依賴指示標誌。但是傳統的靜態指示標誌只能指示固定方向，並無隨時改變指示方向的功能。若災害發生於指示路線上，逃生人員依照指示標誌方向逃生，反而更加接近災害地點威脅其生命安全。

圖一為內政部消防署[3]所頒佈之出口標示燈及避難方向指示燈認可基準。以我國內政部消防署所訂定的法規而言：大樓內火災發生時，警報系統能接受由警報設備或緊急通報裝置所發出之訊號，啟動預先設定之避難指示燈且其功能應準確正常。

圖一 : 　常見的避難方向指示燈

圖一所示之舊式逃生靜態指示標誌設備缺點整理如下：

為改善上述缺點，本作品一無線感測網路為基底，以盛群微控器設計動態逃生指示版以及雲端安全管理系統，提升大型場所發生災害時人員的安全。

創作目的

為改善上述缺點並加入更多創新之安全系統概念以符合智慧型大樓需求，本作品整合多種軟硬體設計技術，以雲端與智慧型系統設計概念提出一套新的安全自動化管理架構，著重於智慧型大樓內發生災害時例如：火災，能迅速更動逃生指示看板提供受困人員資訊逃離該大樓，其架構包含：

此作品所展示之各項創新概念功能，完整考慮智慧型大樓逃生即時災害發生時人員逃生指示，能有效保障民眾在大型建築物中如：車站、百貨公司、辦公大樓等公共場所活動時的安全。本作品延伸過去實驗室學長的成果，在架構上改善過去嵌入式平台為控制中心而發展受限的缺點，將平台延伸至異地的雲端主機，不易在災害中毀損無法動作。此外在指示看板上增加溫溼度與煙霧感測器，更增加逃生指示看板的應用價值，經本團隊的評估，本作品改善過去許多缺點，讓產品更加具有實用性。

本作品中盛群微控制器為每個逃生指示看板的核心，每個逃生指示看板必須使用到一個處理器，負責控制、傳輸、監控物理量等動作，是本作品最重要的硬體元件。

圖二 : 　雲端逃生指示系統順序圖

工作原理

本作品為重點為新式避難指示器的設計，目前計畫使用無線網路製作，當所有災害感測器可經由無線網路收集資料後，所有感測訊號將可回報至雲端伺服器，並透過伺服器上所建立之軟體功能，在災害發生時規劃每一個指示器的最佳的指示方向，流程如圖2所示。

本作品設計的無線網路動態避難方向指示看板，包含微控制器控制動態指示、無線網路模組、自動化模糊邏輯決策。該看板依照LED排列不同提升指示面板功能，能顯示13組不同的動態訊息如圖3所示，可給與逃生人員明確、清晰及正確的方向指示。該動態逃生指示看板架構動態指示看板是由25 顆高亮度LED 組成，可提供多種不同方向顯示。此指示看板可經由無線網路受控於雲端伺服器，導引逃生人員疏散。

圖三 : 　無線逃生指示看板可提供之13種指示方向

模糊邏輯理論中，歸屬函數的設計方式直接影響決策系統的判斷準確性，同時在不同的應用環境，也需重新設計歸屬函數[4]。本作品使用PSO演算法尋找歸屬函數的最佳參數，利用可運作於嵌入式作業系統之中央模糊疏散路徑決策系統說明如下：

模糊逃生決策演算法

本作品以模糊系統[5][6][7]做為逃生避難路徑指示的推論方法，其推論的演算流程如圖4所示，模糊的輸入藉由模糊演算的方式，可得到明確的結果做為系統的決策輸出。

圖四 : 　模糊理論演算法流程圖

模糊疏散路徑決策系統

本作品提出的中央監控系統具備模糊疏散路徑決策功能，其決策依據災害發生位置及逃生口位置兩種參數進行逃生。

以圖5看板Y為例，利用公式(1)及(2)計算該看板位置與各個逃生出口的距離與角度，每個逃生出口可得到其對應之re及θe，同理計算看板 與災害點的距離rd與θd角度。

上述所得之四項參數為圖6逃生疏散系統模糊決策流程的模糊輸入參數。此決策流程包含兩個模糊系統，其一為逃生模糊系統負責計算指示方向對於每個逃生出口所得到的明確輸出安全係數ee；另一個為災害模糊系統負責計算其指示方向對於災害點所得到的安全係數ed。較各個逃生安全係數取出最高的逃生安全係數 ，與各個方向之災害模糊系統安全係數 相加ed，成為該方向之總安全係數es，分析各方向之安全係數es以最高值所屬方向作為看板逃生指示方向。以圖3所示案例而言，經過這種方式的模糊決策運算，該指示看板 之最佳輸出之方向為「前方」。

圖五 : 　中央模糊系統火災測試範例

作品結構

本系統架構以雲端伺服器實現達成智慧型大樓的中央監控系統，並選用為處理器晶片與開發工具為主。且各功能都需具備無線網路傳輸能力，其各項功能如下：

雲端伺服器

本作品雲端監控系統是以雲端伺服器為主，利用無線感測器網路之製作，系統中所有災害感測器可以經由無線網路收集訊號資料後，災害感測器將可以回報至本系統雲端伺服器，並透過雲端伺服器中的所建立之軟體功能，在災害發生時規劃每一個指示器的最佳的指示方向，及時統一監控，並更改逃生指示燈的指示方向，提供大樓內受困人員最正確、有效率的逃生導引。

圖六 : 　逃生疏散系統模糊決策流程

Zigbee無線感測器網路架構

本作品使用Texas Instruments[8]德州儀器所生產的802.15.4/ZigBee無線網路開發模組，其功能規格依據IEEE 802.14.5規範，具有以下特性：

以ZigBee技術建構容易佈建、低耗電、雙向傳輸、感應網路功能的低成本的中央監控系統無線網路環境，其無線網路傳輸數率在2.4GHz頻段可達250 Kbps。與其他硬體溝通的模式則是以RS-232 方式進行，最高速度可達115200 bps。圖7為本系統使用Zigbee設計之溫度監控的火災感測模組。

圖七 : 　Zigbee無線開發模組

動態逃生指示看板

動態逃生指示看板架構包含動態指示與無線網路模組。動態指示看板是由25顆高亮度LED組成，顯示排列組合的方式皆以韌體形式記憶於微處裡器唯讀記憶體中，顯示面版目前接收到不同的參數，微控制器的腳位則會隨之改變電位情況，顯示各種方向指示。另外由於微控制器的輸出腳位電壓、電流很低難以推動高亮度LED，因此採用達靈頓電路作為LED大電流的驅動電路的電路。

圖八 : 　動態指示看板微控制器

動態指示看版採用Holtek Semiconductor[9]盛群半導體所生產的HT66F50控制晶片，如圖8所示。作為指示看板的嵌入式系統晶片，使用ANSI C嵌入式系統開發工具撰寫自動化模糊邏輯決策演算法，最後再以雲端伺服器的決策判斷實現。

動態指示看板在無線網路的角色定位為受控端，前述之無線網路Zigbee模組可視為控制器，受控端接收控制訊號後將訊號轉換成欲顯示圖像的資料，再將此資料傳遞並由微控制器控制13種不同方向顯示。其外觀圖如圖9所示。

圖九 : 　逃生指示看板

溫溼度感測模組

本作品分別使用同為電阻式的熱敏電阻與濕度元件達成溫溼度偵測。熱敏電阻藉由不同的滲雜氧化金屬與半導體材料，對不同溫度有不同電阻變化。而電阻濕度感測是在感濕高分子膜上下各蒸鍍上齒狀電極，當溼度改變時，高分子膜吸收水分，使水分改變電極進而使電阻改變。將這兩種類比訊號以數位類比轉換器ADC轉換為數位訊號，再送至控制器判定當時的溫溼度是否為危險區域或逃生方向。

（本文作者為樹德科技大學電腦與通訊系(所)：陳智勇助理教授、林育昇、李運康、吳孟瑋、許家瑋等生）