CN109035641B - 考虑烟气影响的火灾疏散路径动态优化与可视方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑烟气影响的火灾疏散路径动态优化与可视方法，其包括接收火灾探测器上传的火灾信息，确定火灾发生位置；获取建筑物未发生火灾时的空间三维几何路径网络，根据火灾发生位置设置障碍节点或障碍通道、疏散起点和疏散终点；获取火灾烟气数据和能见度信息，根据火灾烟气数据确定火灾蔓延区域，更新位于火灾蔓延区域的路网节点的类型及通道的类型；更新火灾蔓延区域的可通行通道的通道等效长度；根据更新后的空间三维几何路径网络，采用Dijkstra算法获取待疏散位置至各个出口的最优疏散路径；将最优疏散路径发送给指挥中心及被疏散人员移动终端，并返回接收火灾探测器上传的火灾信息步骤，直至所有被疏散人员均已成功疏散。

Description

考虑烟气影响的火灾疏散路径动态优化与可视方法

技术领域

本发明涉及一种人员疏散路径获取方法，尤其涉及一种基于Dijkstra算法并考虑火灾烟气影响的火灾疏散路径动态优化与可视方法。

背景技术

长期以来，火灾一直是威胁人类的生命财产安全，因此当建筑物发生火灾后，如何在火灾发展迅速的复杂环境下选择安全、有效的疏散路线，是正确引导人员疏散、减少人员伤亡的重要保障。目前，已有很多路径选择方法被提出并应用于人员疏散，但这些疏散路径算法多为静态寻径方法，在火灾发生时难以根据火灾蔓延情况动态调整疏散路径，导致疏散指挥决策的盲目性和滞后性，也使得被困人员可能无法成功逃生。

因此，在进行疏散路径选择时需要考虑火灾蔓延情况以及火灾烟气对疏散通道的影响。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明采用的技术方案为提供的考虑烟气影响的火灾疏散路径动态优化与可视方法可以根据火灾蔓延情况动态调整疏散路径。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种考虑烟气影响的火灾疏散路径动态优化与可视方法，其包括：

接收火灾探测器上传的火灾信息，并确定火灾发生位置；

获取建筑物未发生火灾时的空间三维几何路径网络，并将火灾发生位置设置为障碍节点或障碍通道，待疏散位置设置为疏散起点，建筑物的各个出口位置设置为疏散终点；

获取传感器采集的火灾烟气数据和能见度信息，并根据火灾烟气数据确定火灾蔓延区域，更新空间三维几何路径网络中位于火灾蔓延区域的路网节点的类型及通道的类型；

更新火灾蔓延区域的可通行通道的通道等效长度：

L_ij＝(k_gij×k_vij)×l_ij

其中，L_ij为通道等效长度；k_gij为梯道影响系数；k_vij为烟雾浓度影响系数；l_ij为通道实际长度；

根据更新后的空间三维几何路径网络，采用Dijkstra算法获取待疏散位置至各个出口的最优疏散路径；以及

将最优疏散路径发送给指挥中心及被疏散人员移动终端，并返回接收火灾探测器上传的火灾信息步骤，直至所有被疏散人员均已成功疏散。

进一步地，所述梯道影响系数的计算公式为：

其中，m为标准人体质量；g为重力加速度；v₀为人体正常运动的速度；θ_ij为倾斜角度；P₀为人类的行走能力。

进一步地，所述烟雾浓度影响系数的计算公式为：

k_vij＝(1+a_h+L_r)

其中，a_h为火灾烟气层高度影响系数；L_r为能见度影响系数；

所述火灾烟气层高度影响系数的获取方法为：

当H＞6m时，a_h为0；当4m＜H≤6m时，a_h为0.1；当2m＜H≤4m时，a_h为0.5；当1.8m＜H≤2m时，a_h为1；当1.6m＜H≤1.8m，a_h为2；当H≤1.6m时，a_h为∞，此时节点或通道不可通行，H为烟气层高度。

所述能见度影响系数的获取方法为：

当K＞20m时，L_r为1；当10m＜K≤20m时，L_r为1.25；当5m＜K≤10m时，L_r为2.95；当3m≤K≤5m时，L_r为6.25；当K＜3m时，L_r为∞，此时节点或通道不可通行，K为烟气能见度。

进一步地，所述采用Dijkstra算法获取待疏散位置至各个出口的最优疏散路径进一步包括：

S1、初始化最短路径的节点集合S中的节点为疏散起点a_start，初始化未确定最短路径的节点集合U中的节点为除a_start外的所有节点；

S2、计算节点集合U中的节点与疏散起点a_start连接形成的通道的等效长度；

S3、选取节点集合U中与疏散起点a_start连接形成的通道的等效长度最短的节点加入节点集合S，并将其从节点集合U中删除；

S4、计算节点集合S中新加入的节点与节点集合U的节点连接形成的通道的等效长度；

S5、选取节点集合U中与新加入节点连接形成的通道的等效长度最短的节点加入节点集合S，并将其从节点集合U中删除，并返回步骤S4，直至节点集合U中的节点已全部加入节点集合S中。

进一步地，考虑烟气影响的火灾疏散路径动态优化与可视方法还包括：

根据所述最优疏散路径的等效距离长短和人体正常运动的速度计算所需安全疏散时间；

将所述所需安全疏散时间与所述最优疏散路径同时发送给指挥中心及被疏散人员移动终端。

进一步地，所述空间三维几何路径网络的构建方法为：

获取建筑物的人员疏散路径网络；根据人员疏散路径网络，采用图论的节点-弧段构建建筑物的空间三维几何路径网络；

所述空间三维几何路径网络的路网属性包括节点属性及通道属性；

节点V_i的属性定义为V_i(t，S_Vi，H_i，K_i)，其中，t为时间，S_Vi为节点类型，Hi和K_i分别为节点i处烟气层高度和能见度；节点的类型包括梯道口节点、出口节点、安全节点、危险节点和障碍节点；

通道E_ij属性定义为E_ij{t，S_Eij，H_ij，K_ij，L_ij，D_ij}，其中，S_Eij为通道类型，H_ij和K_ij分别为节点V_i与节点V_j之间通道E_ij处的烟气层高度和能见度，L_ij为通道E_ij等效长度，D_ij为由节点V_i指向节点V_j有向疏散路径；通道的类型包括：安全通道、梯道、危险通道和障碍通道。

本发明的有益效果为：本方案提供的方法能够根据火灾发蔓延情况动态的规划出待疏散位置至各个出口的最优疏散路径，并将疏散路线实时显示在疏散路网中，以便被困人员进行快速疏散和指挥人员进行疏散指挥决策。

附图说明

图1为考虑烟气影响的火灾疏散路径动态优化与可视方法的流程图。

图2为本方案实施例中的建筑物路径网络及火灾初期待疏散节点至各个出口的最优疏散路径图。

图3为本方案实施例中火灾发生60s更新路网后待疏散节点至各个出口的最优疏散路径图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

参考图1，图1示出了考虑烟气影响的火灾疏散路径动态优化与可视方法的流程图，如图1所示，该方法100包括步骤101至步骤106。

在步骤101中，接收火灾探测器上传的火灾信息，并确定火灾发生位置。在本发明的一个实施例中，可通过温度传感器、烟雾探测传感器、红外对射光电传感器、紫外线火焰传感器、视频***等一种或多种方式获取起火位置，还可实时采集火灾或烟气蔓延区域、通道或节点烟气层高度和能见度等火灾信息，并将数据通过有线或无线的方式传输至数据处理模块。

在步骤102中，获取建筑物未发生火灾时的空间三维几何路径网络，并将火灾发生位置设置为障碍节点或障碍通道，待疏散位置设置为疏散起点，建筑物的各个出口位置设置为疏散终点。

参考图2，假设图2中节点14为火灾发生位置，将节点14设置为障碍节点或通道，将节点11所在的待疏散位置设置为起始点a_start，将各个出口位置(如节点73、82、83)设置为Dijkstra算法的终点a_end。

在本发明的一个实施例中，所述空间三维几何路径网络的构建方法为：

获取建筑物的人员疏散路径网络；根据人员疏散路径网络，采用图论的节点-弧段构建建筑物的空间三维几何路径网络；

所述空间三维几何路径网络的路网属性包括节点属性及通道属性；

节点V_i的属性定义为V_i(t，S_Vi，H_i，K_i)，其中，t为时间，S_Vi为节点类型，Hi和K_i分别为节点烟气层高度和能见度；节点的类型包括梯道口节点(方形节点)、出口节点(六边形节点)、安全节点(圆形节点)、危险节点(圆形阴影节点)和障碍节点(三角形节点)。

安全节点是未受火灾影响可以自由通行的节点，人员可以安全穿越；危险节点是处于火灾蔓延区域的节点，但受到的火灾威胁比较小，人员依然可通过；障碍节点表示起火点、火势蔓延区域无法穿行的节点。节点类型可随火灾发展发生变化，当安全节点、梯道节点、出口节点处火灾探测器监测到烟气层高度小于6m或烟气能见度小于20m时，节点类型变为危险节点。当火灾探测器监测到烟气层高度或烟气能见度达到临界值或火灾蔓延至节点处时，节点类型由危险节点变为障碍节点。

通道E_ij属性定义为E_ij{t，S_Eij，H_ij，K_ij，L_ij，D_ij}，其中，S_Eij为通道类型，H_ij和K_ij分别为节点V_i与节点V_j之间通道E_ij处的烟气层高度和能见度，L_ij为通道E_ij等效长度，D_ij为由节点V_i指向节点V_j有向疏散路径；通道的类型包括：安全通道(细实线)、梯道(双实线)、危险通道(粗实线)和障碍通道(虚线)。

安全通道指未受火灾影响的通道；危险通道指火灾蔓延区域依然可通行通道；障碍通道指火灾蔓延区域无法通行通道，通道类型可随火灾发展发生变化，当安全通道、梯道处火灾探测器监测到烟气层高度小于6m或烟气能见度小于20m时，通道类型变为危险通道。当火灾探测器监测到烟气层高度或烟气能见度达到临界值或火灾蔓延至通道处时，通道类型由危险通道变为障碍通道。

若节点V_i与节点V_j不相连、节点V_i与节点V_j相连但V_i或V_j为障碍节点、节点V_i与节点V_j相连但通道E_ij为障碍通道，则通道E_ij等效长度为∞。

在步骤103中，获取探测器采集的火灾烟气数据和能见度信息，更新空间三维几何路径网络中位于火灾蔓延区域的路网节点的类型及通道的类型(由图2更新至图3)，以实时显示火灾烟气蔓延区域，火灾烟气蔓延区域由危险通道、危险节点、障碍通道、障碍节点表示。

在步骤104中，更新火灾蔓延区域的可通行通道的通道等效长度：

L_ij＝(k_gij×k_vij)×l_ij

其中，L_ij为通道等效长度；k_gij为梯道影响系数；k_vij为烟雾浓度影响系数；l_ij为通道实际长度。

实施时，本方案优选梯道影响系数的计算公式为：

其中，m为标准人体质量(以成年男子为例，令m＝80kg)，单位为kg；g为重力加速度，单位为m/s²；v₀为人体正常运动的速度(以成年男子为例，令v₀＝1.25m/s)，单位为m/s；θ_ij为倾斜角度；P₀为人类的行走能力W(以成年男子为例，令P＝200W)，单位为W。

烟雾浓度影响系数的计算公式为：

k_vij＝(1+a_h+L_r)

其中，a_h为火灾烟气层高度影响系数；L_r为能见度影响系数；

火灾烟气层高度影响系数的获取方法为：

当H＞6m时，a_h为0；当4m＜H≤6m时，a_h为0.1；当2m＜H≤4m时，a_h为0.5；当1.8m＜H≤2m时，a_h为1；当1.6m＜H≤1.8m，a_h为2；当H≤1.6m时，a_h为∞，此时节点或通道不可通行。

所述能见度影响系数的获取方法为：

当K＞20m时，L_r为1；当10m＜K≤20m时，L_r为1.25；当5m＜K≤10m时，L_r为2.95；当3m≤K≤5m时，L_r为6.25；当K＜3m时，L_r为∞，此时节点或通道不可通行。

在步骤105中，根据更新后的空间三维几何路径网络(发生火灾60s后，图2的空间三维几何路径网络更新后，各个节点的类型和各通道类型及待疏散节点至各个出口的最优疏散路径如图3所示)，采用Dijkstra算法获取待疏散位置至各个出口的最优疏散路径。

在本发明的一个实施例中，所述采用Djjkstra算法获取待疏散位置至各个出口的最优疏散路径进一步包括：

S1、S1、初始化最短路径的节点集合S中的节点为疏散起点a_start，初始化未确定最短路径的节点集合U中的节点为除a_start外的所有节点；

S2、计算节点集合U中的节点与疏散起点a_start连接形成的通道的等效长度；

S3、选取节点集合U中与疏散起点a_start连接形成的通道的等效长度最短的节点加入节点集合S，并将其从节点集合U中删除；

S4、计算节点集合S中新加入的节点与节点集合U的节点连接形成的通道的等效长度；

S5、选取节点集合U中与新加入节点连接形成的通道的等效长度最短的节点加入节点集合S，并将其从节点集合U中删除，并返回步骤S4，直至节点集合U中的节点已全部加入节点集合S中。

在步骤106中，将最优疏散路径发送给指挥中心及被疏散人员移动终端，并返回步骤101，直至所有被疏散人员均已成功疏散。

由于最优疏散路径一般有几条，为了更好地帮助被疏散人员快速疏散，考虑烟气影响的火灾疏散路径动态优化与可视方法还包括：根据所述最优疏散路径的等效距离长短和人体正常运动的速度计算所需安全疏散时间；将所述所需安全疏散时间与所述最优疏散路径同时发送给指挥中心及被疏散人员移动终端。

指挥中心及被疏散人员移动终端收到所需安全疏散时间与最优疏散路径后，被疏散人员选择一个出口或指挥人员为其指定一个出口作为疏散出口，此出口待疏散人数+1，出口待疏散人数指选择该出口作为疏散出口的人数，每成功疏散一人，待疏散人数-1。

空间三维几何路径网络实时显示各待疏散节点11至各出口的最优疏散路径(图2、图3中有向路径)，同时根据等效距离长短依次列出并计算出所需安全疏散时间，其中最优疏散路径和所需安全疏散时间参考表1。

表1

综上所述，采用本方案提供的方法能够实时考虑火灾对疏散路网的影响，根据当前火灾蔓延情况动态规划出待疏散位置至各个出口的最优疏散路径，并在路网中实时显示，便于指挥人员疏散指挥决策及待疏散人员顺利疏散。

Claims (5)

1.考虑烟气影响的火灾疏散路径动态优化与可视方法，其特征在于，包括：

接收火灾探测器上传的火灾信息，并确定火灾发生位置；

获取建筑物未发生火灾时的空间三维几何路径网络，并将火灾发生位置设置为障碍节点或障碍通道，待疏散位置设置为疏散起点，建筑物的各个出口位置设置为疏散终点；

获取传感器采集的火灾烟气数据和能见度信息，并根据火灾烟气数据确定火灾蔓延区域，更新空间三维几何路径网络中位于火灾蔓延区域的路网节点的类型及通道的类型；

更新火灾蔓延区域的可通行通道的通道等效长度：

L_ij＝(k_gij×k_vij)×l_ij

其中，L_ij为通道等效长度；k_gij为梯道影响系数；k_vij为烟雾浓度影响系数；l_ij为通道实际长度；

根据更新后的空间三维几何路径网络，采用Dijkstra算法获取待疏散位置至各个出口的最优疏散路径；以及

将最优疏散路径发送给指挥中心及被疏散人员移动终端，并返回接收火灾探测器上传的火灾信息步骤，直至所有被疏散人员均已成功疏散；

所述梯道影响系数的计算公式为：

其中，m为标准人体质量；g为重力加速度；v₀为人体正常运动的速度；θ_ij为倾斜角度；P₀为人类的行走能力；

所述烟雾浓度影响系数的计算公式为：k_vij＝(1+a_h+L_r)

其中，a_h为火灾烟气层高度影响系数；L_r为能见度影响系数。

2.根据权利要求1所述的考虑烟气影响的火灾疏散路径动态优化与可视方法，其特征在于，所述火灾烟气层高度影响系数的获取方法为：

当H＞6m时，a_h为0；当4m＜H≤6m时，a_h为0.1；当2m＜H≤4m时，a_h为0.5；当1.8m＜H≤2m时，a_h为1；当1.6m＜H≤1.8m，a_h为2；当H≤1.6m时，a_h为∞，此时节点或通道不可通行，H为烟气层高度；

所述能见度影响系数的获取方法为：

当K＞20m时，L_r为1；当10m＜K≤20m时，L_r为1.25；当5m＜K≤10m时，L_r为2.95；当3m≤K≤5m时，L_r为6.25；当K＜3m时，L_r为∞，此时节点或通道不可通行，K为烟气能见度。

3.根据权利要求1所述的考虑烟气影响的火灾疏散路径动态优化与可视方法，其特征在于，所述采用Dijkstra算法获取待疏散位置至各个出口的最优疏散路径进一步包括：

S1、初始化最短路径的节点集合S中的节点为疏散起点a_start，初始化未确定最短路径的节点集合U中的节点为除a_start外的所有节点；

S2、计算节点集合U中的节点与疏散起点a_start连接形成的通道的等效长度；

S3、选取节点集合U中与疏散起点a_start连接形成的通道的等效长度最短的节点加入节点集合S，并将其从节点集合U中删除；

S4、计算节点集合S中新加入的节点与节点集合U的节点连接形成的通道的等效长度；

S5、选取节点集合U中与新加入节点连接形成的通道的等效长度最短的节点加入节点集合S，并将其从节点集合U中删除，并返回步骤S4，直至节点集合U中的节点已全部加入节点集合S中。

4.根据权利要求1或3所述的考虑烟气影响的火灾疏散路径动态优化与可视方法，其特征在于，还包括：

根据所述最优疏散路径的等效距离长短和人体正常运动的速度计算所需安全疏散时间；

将所述所需安全疏散时间与所述最优疏散路径同时发送给指挥中心及被疏散人员移动终端。

5.根据权利要求1所述的考虑烟气影响的火灾疏散路径动态优化与可视方法，其特征在于，所述空间三维几何路径网络的构建方法为：

获取建筑物的人员疏散路径网络；根据人员疏散路径网络，采用图论的节点-弧段构建建筑物的空间三维几何路径网络；

所述空间三维几何路径网络的路网属性包括节点属性及通道属性；

节点V_i的属性定义为V_i(t，S_Vi，H_i，K_i)，其中，t为时间，S_Vi为节点类型，H_i和K_i分别为节点i处烟气层高度和能见度；节点的类型包括梯道口节点、出口节点、安全节点、危险节点和障碍节点；

通道E_ij属性定义为E_ij{t，S_Eij，H_ij，K_ij，L_ij，D_ij}，其中，S_Eij为通道类型，H_ij和K_ij分别为节点V_i与节点V_j之间通道E_ij处的烟气层高度和能见度，L_ij为通道E_ij等效长度，D_ij为由节点V_i指向节点V_j有向疏散路径；通道的类型包括：安全通道、梯道、危险通道和障碍通道。

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