研究成果

本系統由 ZigBee 無線感測網路模組、RFID 輔助人員定位模組、人群監控模組、

智慧逃生演算法、數位電子看板、智慧型行動裝置及中央監控系統所組成，並依照特 性將模組區分為三種不同類型作說明。

壹、資料蒐集

資料蒐集中包含：ZigBee 無線感測網路模組、RFID 輔助定位模組與人群監控模 組，其成果如下：

一、ZigBee 無線感測網路模組

使用 ZigBee 進行無線傳輸時基本可分為三種模式，分別是：固定間隔一秒取樣後 自動回傳、依照類比輸入數值或輸入狀態變動的物理量取樣後自動回傳、以及主控端 詢問後執行取樣回傳。

本計畫經過測試及評估後選用「主控端詢問後執行取樣回傳」模式進行資料蒐集 及環境狀態的監控。因為進行實驗研究及評估時，發現另 2 種模式都會因資料過於龐 大，在儲存資料時造成資料庫及系統過度的負擔，所以我們選用了「主控端詢問後執 行取樣回傳」模式，並自行設定取樣時間後由主控端發出詢問訊號來取得回傳的環境 狀態數值，避免造成系統的過度負擔並減少發生系統崩潰的狀況。且此模式好處在於 資料蒐集的過程中，使用者可以自行設定蒐集的速度或是指定蒐集特定區域的環境資 訊，即時的反映出整個環境中目前的實際情況。

ZigBee 的三種資訊蒐集模式分別如下：

1.固定間隔一秒取樣後自動回傳 a.每次都讀 4 個通道，分批回傳 b.每次都讀 4 個通道，一次回傳

2.依照類比輸入數值或輸入狀態變動的物理量取樣後自動回傳 3.主控端詢問後執行取樣回傳

二、RFID 輔助定位模組

此模組織功能為定位出在室內各個空間內人數，給予各個空間所適合的逃生指引 方向，運用 RFID 讀取器並在抓取電子標籤時，可以接收到電子標籤唯一的序列號、

訊號強度等資訊，經過運算來判斷說各個電子標籤所在空間的位置。RFID 定位機制則 是透過訊號的強弱，作為讀取器與電子標籤之間的距離，訊號越強，則代表讀取器與 電子標籤之間的距離越近；反之訊號越弱，則代表讀取器與電子標籤之間的距離越遠，

雖然外在環境的因素容易影響電子標籤的訊號強度，導致讀取器抓取到的電子標籤訊 號強度浮動非常大，計算出的結果非常不可靠，但在環境影響因素排除以後，可以視 為讀取器接收到的電子標籤訊號強度與讀取器和電子標籤之間的距離視為距離平方成 反比之拋物線變化。

讀取器接收到的各個電子標籤訊號強度之後，我們藉由各個讀取器與電子標籤所 傳送的強度來做運算，由於不同的讀取器可能會接收到同電子標籤的訊號，所以需要 經過運算並分析出各個電子標籤正確位置的，不會因為不同讀取器造成電子標籤重複 顯示的狀況產生，讓室內各個空間的人數能正確，以便在逃生時確認是否疏散完畢。

三、人流監控模組

在本系統中，我們將用 KLT 光流法和模糊 C-means 分群法（fuzzy C-means clustering）

簡稱 FCM ，用攝影機拍攝到的畫面來辨識人形。

首先從攝影機中讀取所拍攝之影像，並將影像匯入系統中。利用影片中時間域上 的變化及相鄰幀度之間的相關性來找到上一幀度跟當前幀度之間存在的對應關係，從 而計算出相鄰幀之間物體的運動資訊。從影片當中，利用時間域上的變化及相鄰幀之 間的亮度遮罩，計算此物體中時域變化。當物體在影片中依時間的變化到一定的距離 即可判定是人形的移動而明確的辨識出，圖如 4-1 所示。

圖 4- 1 程式匯入影像實際圖 (資料來源：本研究自行繪製)

將辨識出之人數運用標計方式將拍攝到之影像以藍色假已標示出來，並將計數之 數量以累計方式將其表示出並且存入資料庫中，如圖 4-2 所示。

圖 4- 2 實際計數程式執行畫面 (資料來源：本研究自行繪製)

貳、中控系統

map_id PK node_uid

map_id PK node_value_uid

node_id block_rect block_exit is_exit

events

map_id timestamp event_block_id fire_event guidance_path

tag_id timestamp path timestamp

人群逃生便利性帶入宏觀的整體逃生規劃中，以求出適合避難者逃生並可提高逃生效 率的最佳逃生路線，導引避難者掌握黃金避難時間往出口移動。

三、逃生導引演算法模組化

本研究將導引演算法如同子系統般重新規劃，將所有運算全部拆成不同副程式並 將所有副程式統一封裝至主程式中，此方法在編寫上有許多要注意的問題，但考量本 系統可能需要擴充計算與系統靈活性問題，本方法不僅能將原先演算法更加靈活且大 幅提升擴充性問題，可藉由 XML 資訊交換技術配合使得演算法更能接受不同場域的 考驗，讓系統更為強韌，並透過多層次的演算法則，在演算過程中出了問題並不需要 重頭開始重新規劃，只需要從出問題的模塊中下手即可，由此一來也大幅提升了安全 性問題。圖 4-4 為模組化概念圖。

圖 4- 4 模組化管理概念圖 (資料來源：本研究自行繪製)

圖 4- 5 XML 圖資轉換器 (資料來源：本研究自行繪製)

参、資訊傳播

本數位電子看板系統分為廣告模組與逃生模組，在初次執行時，系統會要求管理 者手動輸入數位電子看板之編號，輸入後，系統將其編號儲存至記憶體中，使各個數 位電子看板與資料庫作比對後能夠知道本身之位置，再次啟動系統時，如果數位電子 看板之編號已被輸入則將不會再提示輸入。當系統啟動時，首先將會檢查記憶體中之 數位電子看板編號是否已被輸入，如果尚未被輸入則提示管理者輸入，反之則依照資 料庫中的狀態模式顯示其模式。

電子看板的執行分為兩種模式，廣告模式與逃生模式，不管系統處於哪種模式下，

都會一直向資料庫端詢問目前的模式狀態並且進行數位電子看板端與資料庫端之間的 比對，若雙方的狀態模式相同則不進行模式轉換，反之若不相同則進行模式轉換。

當系統在廣告模式時，則數位電子看板之畫面將會顯示廣告及跑馬燈，當火災發 生時，系統為逃生模式時，每個數位電子看板依照本身的位置顯示其逃生路線指引使 用者逃生。

圖 4- 6 數位電子看板運作與執行流程圖 (資料來源：本研究自行繪製)

二、智慧型行動裝置

本研究在 APP 中整合了 ZigBee 無線感測網路與 GSM 機制，能將蒐集到的資訊，

在各種行動裝置上忠實的呈現環境資訊給使用者，在平常使用者運用本 APP 系統能導 覽公共場所宣導或者促銷活動，並加入系統資訊讓使用者了解到環境狀況。

另外，本研究所開發的手持應用程式與其他應用程式不同處在於並非隨時隨地皆

可使用，使用者必須於手持裝置上安裝應用程式並且身處架設有本系統之場所才能互 相對應，環境硬體設施與本應用程式對使用者而言是缺一不可，因此如何讓未安裝應 用程式者也能得到資訊並下載安裝便是本研究要考慮的項目之一。在此方面有目前幾 種可行做法，一是借助大樓無線網路，當使用者連線使用大樓內部無線網路時，系統 便可提給予提示訊息告知使用者下載並安裝本應用程式；也可借助電信業者的區域信 息功能，與電信業者合作，當人員進到可使用本系統的區域時，便由電信業者代為發 送提示訊息，提醒使用者下載安裝本系統。如此一來，當系統發出緊急預警訊息時，

使用者才可確實接收到警示訊息，並即時進行避難逃生。