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“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛简介

“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛（以下简称“‘挑战杯’竞赛”）是由共青团中央、中国科协、教育部、全国学联和地方政府共同主办，国内著名大学、新闻媒体联合发起的一项具有导向性、示范性和群众性的全国竞赛活动。自1989年首届竞赛举办以来，“挑战杯”竞赛始终坚持“崇尚科学、追求真知、勤奋学习、锐意创新、迎接挑战”的宗旨，在促进青年创新人才成长、深化高校素质教育、推动经济社会发展等方面发挥了积极作用，在广大高校乃至社会上产生了广泛而良好的影响，被誉为当代大学生科技创新的“奥林匹克”盛会。竞赛的发展得到党和国家领导同志的亲切关怀，江泽民同志为“挑战杯”竞赛题写了杯名，李鹏、李岚清等党和国家领导同志题词勉励。历经十届，“挑战杯”竞赛已经成为：

——吸引广大高校学生共同参与的科技盛会。从最初的19所高校发起，发展到1000多所高校参与；从300多人的小擂台发展到200多万大学生的竞技场，“挑战杯”竞赛在广大青年学生中的影响力和号召力显著增强。

——促进优秀青年人才脱颖而出的创新摇篮。竞赛获奖者中已经产生了两位长江学者，6位国家重点实验室负责人，20多位教授和博士生导师，70%的学生获奖后继续攻读更高层次的学历，近30%的学生出国深造。他们中的代表人物有：第二届“挑战杯”竞赛获奖者、国家科技进步一等奖获得者、中国十大杰出青年、北京中星微电子有限公司董事长邓中翰，第五届“挑战杯”竞赛获奖者、“中国杰出青年科技创新奖”获得者、安徽中科大讯飞信息科技有限公司总裁刘庆峰，第八届、第九届“挑战杯”竞赛获奖者、“中国青年五四奖章”标兵、南京航空航天大学2007级博士研究生胡铃心等。

——引导高校学生推动现代化建设的重要渠道。成果展示、技术转让、科技创业，让“挑战杯”竞赛从象牙塔走向社会，推动了高校科技成果向现实生产力的转化，为经济社会发展做出了积极贡献。

——深化高校素质教育的实践课堂。“挑战杯”已经形成了国家、省、高校三级赛制，广大高校以“挑战杯”竞赛为龙头，不断丰富活动内容，拓展工作载体，把创新教育纳入教育规划，使“挑战杯”竞赛成为大学生参与科技创新活动的重要平台。

——展示全体中华学子创新风采的亮丽舞台。香港、澳门、台湾众多高校积极参与竞赛，派出代表团参加观摩和展示。竞赛成为两岸四地青年学子展示创新风采的舞台，增进彼此了解、加深相互感情的重要途径。

目 录

1.基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统 ············································································· 1 (2012年第十二届省特等奖 安徽理工大学科技发明制作B类机械与控制类)

2.太阳能路灯智能控制系统 ······································································································· 8 （2012年第十二届省特等奖 浙江工业大学科技发明制作B类机械与控制类)

3.船舶新型通讯遥控系统 ········································································································· 13 (2012年第十二届省一等奖 三峡大学科技发明制作B类机械与控制类)

4.纯电动汽车运行数据采集系统（汽车黑匣子） ··································································· 16 (2012年第十二届省一等奖 东北大学秦皇岛分校科技发明制作B类机械与控制类)

5.轻型自平衡组装式小车天桥 ·································································································· 20 (2011年第十一届省一等奖 武汉理工大学科技与发明制作B类机械与控制类)

6.汽车头灯远近光自动切换装置 ······························································································ 25 (2011年第十一届省一等奖 三峡大学科技学院科技发明制作B类机械与控制类)

7.一种避免重复加热、冷热混水热水机 ·················································································· 29 (2012年第十二届省二等奖 湖北大学科技与发明制作B类机械与控制类)

8.公共交通安全远程监控系统 ·································································································· 33 (2011年第十一届省特等奖 云南大学科技发明制作B类信息技术类)

9.基于GPS 同步晶振的高分辨率射频频率源 ········································································· 38 (2012年第十二届省一等奖 成都理工大学科技发明制作B类信息技术类)

10.三方对弈中国象棋软件 ······································································································· 42 (2011年第十一届省特等奖 广州大学科技发明制作B类信息技术类)

11.家庭智能系统 ······················································································································· 46 (2011年第十一届省一等奖 沈阳航空工业学院科技发明制作B类信息技术类)

12.利用餐厨垃圾进行Bt和Bs共培养固态发酵生产Bt生物农药 ········································· 50 (2012年第十二届省特等奖 北京科技大学科技发明制作B类生命科学类)

附：2009—2011年湖北省省属高校大学生优秀科研成果获奖成果汇总统计表 ···················· 55

2009—2011年三峡大学大学生优秀科研成果获奖统计表 ·············································· 56 2009—2011年武汉科技大学大学生优秀科研成果获奖统计表 ······································· 58 2009—2011年湖北大学大学生优秀科研成果获奖统计表 ·············································· 60 2009—2011年长江大学大学生优秀科研成果获奖统计表 ·············································· 62

基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统

来源：2012年全国第十二届“挑战杯”作品 学校：安徽理工大学 小类：机械与控制 大类：科技发明制作B类

获奖情况：2012年滴十二届省特等奖

简介：

我国是一个火灾多发的国家，2010年仅上半年全国发生火灾73317起，死亡656人，直接财产损失7.9亿元。本作品有效的解决了楼宇、隧道及公共场所火灾时期被困人员疏散和应急救援的难题：实现了对建筑物的实时动态监控，根据烟感、温感等反馈的数据，结合内置电子地图等信息自动计算出最佳疏散、救援路线并控制激光引导设备工作，安全迅速引导人员疏散，最大程度降低人员伤亡。已获得国家专利，具有广阔的推广应用前景。

详细介绍：

一、作品设计、发明的目的和基本思路 1.作品设计、发明的背景 我国是一个火灾频发的国家。据统计，2010年上半年全国共发生火灾73317起，死亡656人，受伤271人，直接财产损失79290.7万元。2008年11月14日，上海商学院女生宿舍发生火灾，4名女生在众多师生的注视下从6楼跳下当场身亡的惨状至今记忆犹新。一次又一次的惨痛教训逼迫着人们对火灾的预防、控制、逃生以及救援等各个方面进行研究。 2.作品设计、发明的目的 火灾造成重大伤害原因包括两个方面，一个是热，另一个是火灾产生的有毒烟气。火灾时期产生的大量有毒有害烟气一方面使人们无法正确寻找逃生路径，另一方面使人们心里产生了恐惧而做出跳楼等非理性行为，因而，烟雾是火灾事故中导致人员伤亡的主要因素。当今的火灾疏散引导设备普遍存在烟雾环境下照度低、穿透性差、可视度低的问题，无法满足消防安全的需要。同时目前没有一套可以针对实时火情生成疏散、救援路线的消防疏散引导系统。 本作品有效的解决了这一难题，根据火情自动计算出最佳逃生和救援路线，利用激光技术动态指引

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被困人员逃生和救援人员施救，为降低火灾造成的人员伤亡提供了有效的解决方案。 3.作品设计、发明的思路 本系统利用激光扫描振镜，产生空间内方向、数量可控的放射状引导激光。532nm绿激光在烟雾中形成高亮度、穿透力强的光通路。利用人体的趋光性本能引导人员沿光通路向光源处移动，减少了人员处于紧张状态下的反应时间，实现了烟雾环境下的有效引导。 基于GIS平台开发的应急疏散与救援指挥系统，实现了对建筑物的实时监控、最佳路径计算、动态分析等功能。系统通过对火情的实时监控，根据探测器反馈的火情信息，结合内置的电子地图，生成疏散路线与救援路线；并根据通道内具体的着火点位置、范围等信息动态调整放射状引导光束，引导人员避开危险区域实现安全迅速的疏散与救援。二、系统网络拓扑 该系统设计为基于多层网络的双向终端控制网络。控制网络主要有集成于中控主机和控制分站，采用综合运用RJ-45、RS-485、802.11无线通讯方式实现对终端的信息采集、命令控制和应急电源的启用，最终达到通过终端输出激光引导信息的目的。本系统使用的引导设备为激光引导疏散指示装置和全息激光疏散标示装置。通过激光扫描振镜生成程控引导光束或三维指示标志，并针对空间结构与实时火情调整引导参数，避开火源等危险区域。三、系统原理 传统的疏散标示设备使用的一般是LED或荧光灯光源。主要采用提高照度的方法增强标识的可视度。当环境中漂浮着大量的颗粒物时会严重削弱其光照强度，影响疏散标示效果。依靠增大光源照度的方法并不能很好解决不易识别的问题，此为现有疏散标示设备的固有缺陷。根据丁达尔效应，光束在胶体中会形成明亮的光通路。空气中存在尘埃等颗粒物，因此可以将空气看作胶体。由于光强、波长及气溶胶密度等的影响，普通情况下不易观察到空气中的光通路。当条件理想情况下，激光在室内会产生明亮可见的光通路，此光通路可以作为一种引导标识疏散引导被困人员逃生。激光振镜扫描系统由激光器和振镜系统组成，振镜系统分为X轴偏转和Y轴偏转，轴线异面垂直。激光经过X轴反射和Y轴反射两次偏转投射。通过控制振镜的工作参数可以方便的控制产生激光束的方向，当振镜高速偏转扫描时，可以输出多束方向、数量可控的激光或较复杂的图形。四、系统设计方案 1.硬件职能 硬件作为信息的传输与接收部分，是产生功效的载体，具有以下职能： 1）灾情探测：烟感探测器、温感探测器，负责报警和测控实时火情信息； 2）逃生和救援引导：激光引导疏散指示装置、全息激光疏散标示装置，负责产生光学引导信号以及警铃等语音提

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示； 3）中控主机负责系统整体的数据处理，控制分站作为节点起到信息预处理与二级备份功能； 4）交换机网络负责信息的交换与校验； 5）控制分站提供调试接口，人工输入扫描参数等信息； 6）采用双回路独立供电和内部电池相结合的供电方式，保证灾害时期能够安全有效供电，且在外面电源完全切断的情况下，能够利用内部电池独立供电4小时。 2.软件职能 软件负责信息的采集交换与数据处理，指挥各分系统及设备稳定有效的工作，根据火情快速、准确选择逃生和救援路径，同时作为人机调试控制平台，实现工作参数调整与实时控制，具有以下职能： 1）提供实时监控平台，可以自动或人工控制； 2）对探测器数据的采集并生成报警信息； 3）根据实时火场信息生成最佳疏散路线、救援路线； 4）根据疏散、救援路线生成相应的激光引导信号； 5）根据实时监控动态调整路线及引导信号； 6）负责与其它消防系统间的数据交换，接收被困人员位置信息等； 7）负责向场外报告实时火场信息，并接受外部指挥调度； 8）负责制定引导疏散与救援策略； 9）负责应急状态下控制平台的切换； 10）负责切换供电线路与应急电源，保障系统的供电。 11）预置引导设备应急状态下的工作参数； 12）系统自检及演习模拟。五、本系统的推广前景及市场分析 基于激光导航的应急疏散与救援指挥系统是目前唯一采用扫描激光作为引导信号，具备最佳疏散路线动态规划与救援指挥功能的消防联动系统，兼备火灾报警、火场实时信息采集处理、外部信息交换控制等功能。其有效解决了传统设备在烟雾环境下无法有效引导疏散与救援指挥的问题，通过实时监控平台可生成最佳疏散救援路线，同时具备的扩展接口可以整合多套外部消防系统实现联动控制。目前该技术已获得国家专利，本系统将提高现有消防引导疏散系统的水平，适应目前国家消防安全建设的需要，进一步降低火灾事故中人员的伤亡率，因而对于消防安全技术领域有较大的促进和提高作用。本系统主要应用在人员密集的大型公共建筑场所，例如：体育场馆、会展中心、地铁站及火车站。其市场空间巨大，任何一座建筑均是潜在的安装使用对象，依据系统自身突出的优势和无限拓扑的特点，应用于各类建筑工程项目。

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