CN115630536A - 一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法，属于事故后果模型领域，包括如下步骤：步骤1：构建监测区域的地理信息***；步骤2：获取事故发生点及距离事故发生点最近的消防局的位置信息；步骤3：基于GPS导航***，获取当前时刻消防局出发到事故发生点需要的时间t；步骤4：在地理信息***上绘制火灾事故在时间t内的火势蔓延图；步骤5：基于火焰蔓延图，对事故后果严重程度进行评估。本发明在GIS平台展示火灾扩散轨迹，并对事故严重程度做出评估，辅助决策者进行决策，模型简单实用。更进一步的，本发明进一步还进行了模型的细化分类，对火灾事故尤其是危化品引起的火灾有更强的针对性。

Description

一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法

技术领域

本发明涉及事故后果模型领域，具体是一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法。

背景技术

虽然人们对火灾、***和中毒事故等安全事故非常重视，但是一直以来缺乏有效的手段来进行事故风险评估。事故应急救援中，决策部门大多停留在靠基本经验来采取救援措施的阶段，对于事故的扩散范围及伤害程度的判断也缺乏科学依据。此外在实际运用过程中，针对同一种事故可能会存在多种事故模型，如何选取合适的事故后果模型也是一个难题。而且，已经建立的事故后果数值分析模型一般比较复杂，在进行数值计算时往往存在一些问题，如数值计算往往设计复杂的迭代运算，人工计算费事费力，且容易造成较大误差，这样得到的计算结果必然与实际相差甚远。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为提供一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法，在GIS平台展示火灾扩散轨迹，并对事故严重程度做出评估，辅助决策者进行决策，模型简单实用。更进一步的，本发明进一步还进行了模型的细化分类，对火灾事故尤其是危化品引起的火灾有更强的针对性。

一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法，包括如下步骤：

步骤1：构建监测区域的地理信息***；

步骤2：获取事故发生点及距离事故发生点最近的消防局的位置信息；

步骤3：基于GPS导航***，获取当前时刻消防局出发到事故发生点需要的时间t；

步骤4：在地理信息***上绘制火灾事故在时间t内的火势蔓延图；

步骤5：基于火焰蔓延图，对事故后果严重程度进行评估。

本发明实现数据可视化运用了地理信息***（Geographic Information System简称GIS）是一款成熟的以空间地理分布数据为研究对象、利用空间数据库实施存储，为科研、管理以及决策提供多种动态的空间资源和环境信息服务的计算机技术***。地理信息***（GIS）采用地理模型分析方法，适时提供各种空间的和动态的地理信息，融计算机图形和数据于一体，它将地理位置和有关属性有机结合，根据实际需要准确真实、图文并茂地输出给用户，借助其独有地空间分析功能和可视化表达，辅助决策。

进一步的，在地理信息***上标注区域内各建筑信息和人流信息，建筑信息包括建筑物内物品性质和建筑物内物品集中度，人流信息包括员工人流数和客流数。

优选的，步骤5事故后果严重程度基于下述公式判断：

其中，P为事故后果严重度指标，得分越高，代表严重程度越高，在模型中，根据经验值设置不同的严重程度风级并标色，V_1t表示火势蔓延图在时刻t的体积，S₀表示建筑物占地面积，h₀表示建筑物高度，k₁表示建筑物内物品易燃系数，当建筑物内物品性质不可获取时，k₁=1，k₂表示建筑物内物品集中度系数，当建筑物内物品集中度不可获取时，k₂=1， n₁表示是员工数，n_2t表示时刻t客流量，n₀表示待救人数标准值，基于历史数据的经验值，当n₁、n_2t或n₀存在不可获取时，（n₁+n_2t）/ n₀=1。

优选的，建筑物内物品性质包括易燃物、一般物和非易燃物，建筑物内物品易燃系数k₁的计算公式为：

其中，k₁₁表示一般物易燃系数，k₁₂表示易燃物系数，k₁₃表示非易燃物系数，ω₁₁表示一般物在建筑物内占比，ω₁₂表示易燃物在建筑物内占比，ω₁₃表示非易燃物在建筑物内占比，ω₁₁+ω₁₂+ω₁₃=1。

进一步的，当火灾事故发生原因未知时，火势蔓延图以事故发生点为圆心呈按球状扩散，火焰半径以速度v扩增，在时刻t的体积V_1t的计算公式为：

其中，r为初始半径，当初始半径无法获取时，r=0。

作为替换的，对于事故来源于液化天然气的液池扩展而引起的火灾，对火焰蔓延速度进行优化，假设油膜厚度均匀分布，火焰蔓延速度半径的变化情况表示为：

其中，β为经验系数， g表示重力加速度，Δ表示水面以上油膜所占的比例，对于地面流淌火，Δ=1，h表示油膜平均厚度。

作为替换的，对于事故来源于加压的可燃物泄露时形成射流，如果在泄露裂口处被点燃，则形成喷射火，此时火焰初始半径r为：

其中，Hc表示燃烧热， m表示质量流速。

作为替换的，对于事故来源于过热气化的液化石油气瞬间泄放到空中形成球形的蒸汽云，当达到燃烧极限的蒸汽云遇到点火源就会产生剧烈燃烧湍动的火球，此时对时间t进行优化：

其中，t’表示火焰燃烧优化时间，W表示火球中消耗的可燃物质量。

作为替换的，对于事故来源于易燃液体储罐及管路中泄露到地面后，向四周流淌、扩展，形成一定厚度的液池，在受到防火堤、隔堤的阻挡，液体将在限定区域内得以积聚，形成一定范围的液池，若遇到火源，液池可能被点燃，发生地面池火灾，地面池火灾的火焰蔓延速度半径的变化情况表示为：

其中，Hc表示液体燃烧热，Cp表示液体的比定压热容，Tb表示液体的沸点，T0表示环境温度，H表示的气化热。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明采用的技术方案为提供一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法，在GIS平台展示火灾扩散轨迹，并对事故严重程度做出评估，辅助决策者进行决策。更进一步的，本发明还进行了模型的细化分类，对火灾事故尤其是危化品引起的火灾有更强的针对性。

附图说明

图1为本发明一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法步骤图;

图2为本发明流淌火燃烧半径随时间变化曲线；

图3为本发明模型在地图上可视化展示。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方法对本发明一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法作进一步详细说明。

实施例1

本发明一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤1：构建监测区域的地理信息***；

步骤2：获取事故发生点及距离事故发生点最近的消防局的位置信息；其中，事故发生点既包括实际事故发生点，还包括模拟的事故发生点；

步骤3：基于GPS导航***，获取当前时刻消防局出发到事故发生点需要的时间t；

步骤4：在地理信息***上绘制火灾事故在时间t内的火势蔓延图；

步骤5：基于火焰蔓延图，对事故后果严重程度进行评估。

图3为本发明模型在地图上可视化展示。

进一步的，在地理信息***上标注区域内各建筑信息和人流信息，建筑信息包括建筑物内物品性质和建筑物内物品集中度，人流信息包括员工人流数和客流数。

优选的，步骤5事故后果严重程度基于下述公式判断：

其中，P为事故后果严重度指标，得分越高，代表严重程度越高，在模型中，根据经验值设置不同的严重程度风级并标色，V_1t表示火势蔓延图在时刻t的体积，S₀表示建筑物占地面积，h₀表示建筑物高度，k₁表示建筑物内物品易燃系数，当建筑物内物品性质不可获取时，k₁=1，k₂表示建筑物内物品集中度系数，当建筑物内物品集中度不可获取时，k₂=1，本实施例建筑物内物品集中度包括集中、适中和分散，建筑物内物品集中度为集中时，k₂=1.2,建筑物内物品集中度为适中时，k₂=1.0, 建筑物内物品集中度为分散时，k₂=0.8，n₁表示是员工数，n_2t表示时刻t客流量，n₀表示待救人数标准值，基于历史数据的经验值，当n₁、n_2t或n₀存在不可获取时，（n₁+n_2t）/ n₀=1。

优选的，建筑物内物品性质包括易燃物、一般物和非易燃物，建筑物内物品易燃系数k₁的计算公式为：

其中，k₁₁表示一般物易燃系数，k₁₂表示易燃物系数，k₁₃表示非易燃物系数，ω₁₁表示一般物在建筑物内占比，ω₁₂表示易燃物在建筑物内占比，ω₁₃表示非易燃物在建筑物内占比，ω₁₁+ω₁₂+ω₁₃=1。本实施例中k₁₁取1.0，k₁₂取1.2，k₁₃取0.8。

实施例2

当火灾事故发生原因未知时，火势蔓延图以事故发生点为圆心呈按球状扩散，火焰半径以速度v扩增，在时刻t的体积V_1t的计算公式为：

其中，r为初始半径，当初始半径无法获取时，r=0。速度v为平均火焰蔓延速度经验值。

实施例3

对于事故来源于液化天然气的液池扩展而引起的火灾，泄漏量较大时，液池在“重力—惯性”平衡的作用下扩展，从而对火焰蔓延速度进行优化，假设油膜厚度均匀分布，如图2所示，流淌火燃烧半径随时间变化曲线中半径和时间正相关，说明火焰是匀速扩散的。

火焰蔓延速度半径的变化情况表示为：

其中，β为经验系数，通常取2.31，g表示重力加速度，单位m/s²，通常取9.8m/s²，Δ表示水面以上油膜所占的比例，对于地面流淌火，Δ=1，h表示油膜平均厚度。

目前常见的流淌火灾风险定量评估方法中，对于边界不受限制区域的泄露，并不考虑流淌火的动态变化过程。通常的做法是用泄露总量除以临界油膜厚度值，以此估计火灾的燃烧面积。由于在流淌火燃烧的过程中，泄露的化学品因燃烧而不断消耗，如果仅考虑泄露总量的话，在一定程度上会高估流淌火的最大燃烧面积，与实际情况并不相同。因此，有必要结合流淌火蔓延模型分析其燃烧面积变化的动态过程，建立相应的风险评价方法。

实施例4

对于事故来源于加压的可燃物泄露时形成射流，如果在泄露裂口处被点燃，则形成喷射火，此时火焰初始半径r为：

其中，Hc表示燃烧热，单位：J/kg，m表示质量流速，单位：kg/s。

实施例5

本实施例在实施例4的基础上在模型中进一步体现热通量：

其中，q表示距离r处接收的热辐射的通量，单位：kw/㎡，f表示热辐射率，τ表示大气传输率。

实施例6

对于事故来源于过热气化的液化石油气瞬间泄放到空中形成球形的蒸汽云，当达到燃烧极限的蒸汽云遇到点火源就会产生剧烈燃烧湍动的火球，此时对时间t进行优化：

其中，t’表示火焰燃烧优化时间，W表示火球中消耗的可燃物质量，单位：kg；对单罐存储，W取罐容量的50%；对双罐储存，W取罐容量的70%；对多罐储存，W取罐容量的90%。

实施例7

本实施例在实施例6的基础上在模型中进一步体现火球热辐射强度。

计算大气热传递系数，其中环境温度下空气中的水蒸气压p_w可查表数据计算得出，目标到火球表面的距离x'可由火球直径D计算，火球直径D计算公式如下：

其中，D为火球直径，单位：m。

在大气进行传输的过程中，火球表面产生的热辐射能量由于受到空气的吸收以及散射作用的影响，会散失其中一定比例的能量，假设能量散失百分比为a，那么相应的大气热传递系数为1-a，a与大气中的水蒸气和二氧化碳的含量、辐射光谱的特征以及热传输距离等影响因素有关。本模型总结出计算大气热传递系数的经验公式，可以适用于任意场景所需。

大气热传递系数τ_a计算公式为：

式中，p_w表示环境温度下空气中的水蒸气压，单位：N/㎡，x'表示目标到火球表面的距离，单位：m：

p_w'表示环境温度下的饱和水蒸气压，单位：Pa，取温度为20℃下的饱和水蒸气压2338.5Pa，RH表示相对湿度，取0.687，

目标到火球表面距离计算公式为：

x'表示目标到火球表面的距离，单位：m，x为目标到火球中心的距离，单位：m

进一步，计算火球热辐射强度：

其中q表示距离储罐x处的热辐射强度，单位：W/㎡，SEP为火球表面热辐射通量，F为视觉系数：

Fs表示火球表面辐射的能量比，Ha表示火球的有效燃烧热，单位：J/kg，

其中，Fs与储罐破裂瞬间储存物料的饱和蒸汽压力P（MPa）有关，其计算公式如下：

视角系数F计算公式如下：

火球热辐射强度计算公式，引入了大气热传递系数参数，也就是在计算火球热辐射强度过程中增加了权重，考虑到空气对于热辐射所造成的损失作用，本方案优化了计算公式，使计算数值为准确。

实施例8

对于事故来源于易燃液体储罐及管路中泄露到地面后，向四周流淌、扩展，形成一定厚度的液池，在受到防火堤、隔堤的阻挡，液体将在限定区域内得以积聚，形成一定范围的液池，若遇到火源，液池可能被点燃，发生地面池火灾，地面池火灾的火焰蔓延速度半径的变化情况表示为：

其中，Hc表示液体燃烧热，单位：J/kg，Cp表示液体的比定压热容，单位：J/(kg*K)，Tb表示液体的沸点，单位：K，T0表示环境温度，单位：K，H表示的气化热，单位：J/kg。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：构建监测区域的地理信息***；

步骤2：获取事故发生点及距离事故发生点最近的消防局的位置信息；

步骤3：基于GPS导航***，获取当前时刻消防局出发到事故发生点需要的时间t；

步骤4：在地理信息***上绘制火灾事故在时间t内的火势蔓延图；

步骤5：基于火焰蔓延图，对事故后果严重程度进行评估。

2.根据权利要求1所述的一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法，其特征在于：在地理信息***上标注区域内各建筑信息和人流信息，建筑信息包括建筑物内物品性质和建筑物内物品集中度，人流信息包括员工人流数和客流数。

3.根据权利要求1所述的一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法，其特征在于，步骤5事故后果严重程度基于下述公式判断：

其中，P为事故后果严重度指标，V_1t表示火势蔓延图在时刻t的体积，S₀表示建筑物占地面积，h₀表示建筑物高度，k₁表示建筑物内物品易燃系数，当建筑物内物品性质不可获取时，k₁=1，k₂表示建筑物内物品集中度系数，当建筑物内物品集中度不可获取时，k₂=1，n₁表示是员工数，n_2t表示时刻t客流量，n₀表示待救人数标准值，基于历史数据的经验值，当n₁、n_2t或n₀存在不可获取时，（n₁+n_2t）/ n₀=1。

4.根据权利要求2所述的一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法，其特征在于，

建筑物内物品性质包括易燃物、一般物和非易燃物，建筑物内物品易燃系数k₁的计算公式为：

其中，k₁₁表示一般物易燃系数，k₁₂表示易燃物系数，k₁₃表示非易燃物系数，ω₁₁表示一般物在建筑物内占比，ω₁₂表示易燃物在建筑物内占比，ω₁₃表示非易燃物在建筑物内占比，ω₁₁+ω₁₂+ω₁₃=1。

5.根据权利要求4所述的一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法，其特征在于：

当火灾事故发生原因未知时，火势蔓延图以事故发生点为圆心呈按球状扩散，火焰半径以速度v扩增，在时刻t的体积V_1t的计算公式为：

其中，r为初始半径，当初始半径无法获取时，r=0。

6.根据权利要求5所述的一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法，其特征在于：

对于事故来源于液化天然气的液池扩展而引起的火灾对火焰蔓延速度进行优化，假设油膜厚度均匀分布，火焰蔓延速度半径的变化情况表示为：

其中，β为经验系数，g表示重力加速度，Δ表示水面以上油膜所占的比例，对于地面流淌火，Δ=1，h表示油膜平均厚度。

7.根据权利要求5所述的一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法，其特征在于：

对于事故来源于加压的可燃物泄露时形成射流，如果在泄露裂口处被点燃，则形成喷射火，此时火焰初始半径r为：

其中，Hc表示燃烧热，m表示质量流速。

8.根据权利要求5所述的一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法，其特征在于：

对于事故来源于过热气化的液化石油气瞬间泄放到空中形成球形的蒸汽云，当达到燃烧极限的蒸汽云遇到点火源就会产生剧烈燃烧湍动的火球，此时对时间t进行优化：

其中，t’表示火焰燃烧优化时间，W表示火球中消耗的可燃物质量。

9.根据权利要求5所述的一种基于可视化的地理信息***的事故后果建模方法，其特征在于：

对于事故来源于易燃液体储罐及管路中泄露到地面后，向四周流淌、扩展，形成一定厚度的液池，在受到防火堤、隔堤的阻挡，液体将在限定区域内得以积聚，形成一定范围的液池，若遇到火源，液池可能被点燃，发生地面池火灾，地面池火灾的火焰蔓延速度半径的变化情况表示为：

其中，Hc表示液体燃烧热，Cp表示液体的比定压热容，Tb表示液体的沸点，T0表示环境温度。

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