专利名称：人员疏散中的导航方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及导航技术，特别是遇到火灾等灾害时，对建筑物中的人员进行疏散过
程中的导航方法及装置。
背景技术：
在遇到火灾等灾害时，需要对建筑物中的人员进行疏散。进行人员疏散的第一步， 就是要明确疏散的路径。不管疏散对象处于建筑物的何种位置，都应该有对应的导航路径 来指引其行走的方向，导航路径都对疏散的决策起着至关重要的作用。对疏散对象来说，导 航路径是一种规范，是一种期望，在理想的情况下(即不受环境各因素影响)，疏散对象将 严格沿着导航路径行进。 从整体来看，疏散导航的目标在于提出一个(或数个)从起点到终点的最佳行走 路径。对"最佳"的理解可以有很多，在本发明中等同于"距离最短"，也就是说，导航算法提 供了一条(或数条)从起点到终点的、绕过各种障碍物的最短行走路径。
然而，目前还不存在一种根据疏散对象在建筑物中的位置，自动获得对其疏散的 最佳行走路径，从而对其进行导航的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供人员疏散中的导航方法及装置，用于对建筑物 中的待疏散对象完成自动导航。
本发明的实施例提供了一种人员疏散中的导航方法，包括
A、获取建筑图中每个网格到出口的导航矢量路径，具体包括 Al、初始化所述建筑图中所有建筑物出口所处的网格为基本拐点，设置该基本拐 点到出口的距离为0 ;初始化所有其他网格到出口所处网格的距离为正无穷大；创建中心 网格队列，并将所有的基本拐点加入中心网格队列； A2、对所述中心网格队列队首的第一个中心网格进行出队列操作，获得该中心网 格周围与之相邻的全部网格的导航矢量路径，并更新所述相邻网格到出口的距离；将所述 更新距离的网格，加入到所述中心网格队列的队尾； A3、如果所述中心网格队列为空，则结束本流程；否则从所述中心网格队列的队首 中获取一网格，返回步骤A2 ; B、获得疏散对象在建筑图中所处位置的对应网格，根据该网格的导航矢量路径指 令所述疏散对象更新其位置； C、判断是否所有疏散对象完成疏散，如果是，则结束本流程；否则执行上一步。 本发明的实施例还提供了一种人员疏散中的导航装置，包括 路径获取单元，用于获取建筑图中每个网格到出口的导航矢量路径； 导航单元，用于获得疏散对象在建筑图中所处位置的对应网格，并根据该网格的
导航矢量路径指令所述疏散对象更新其位置；
控制单元，用于判断是否所有疏散对象完成疏散，如果是，则结束导航；否则控制
导航单元对未完成疏散的。 本发明提供的导航方法，通过为每个疏散对象提供导航矢量路径，能够自动指引 其在建筑物中的疏散。本发明提供的导航路径算法基于建筑图的网格化，把对疏散人的导 航近似为对网格的导航，在几乎不影响路径精确性的前提下，大大提高了导航算法的运行 效率，具有实现简单，精确高效的特点。由于对特定的建筑图，其网格化是确定不变的，因此 导航路径也具有确定性，在运行中只需要一次计算即可。
图1为本发明实施例提供的导航方法流程图；
图2为本发明实施例中的导航方法示意图； 图3为本发明实施例提供的一种人员疏散中的导航装置的结构示意图。
具体实施例方式
导航的目标是回答"下一步往哪走"。由于建筑物中各种障碍物的存在，导航路径 往往是由一条条线段连接而成的折线。因此只要每一条线段确定了，就能够确定整个导航 路径。本实施例把两条线段的交点称作"拐点"，本实施例的核心就在于寻找拐点。
具体到建筑图上，导航需要获得图上每一点到出口的导航路径。显然，每一个不同 的点，到出口的导航路径均不相同，因此每个图均存在无数多个导航路径。如果直接对每个 点求各自的导航路径，显然是一种极其消耗时间和资源的做法。为此，本实施例采用了对建 筑图的网格化方法，用 一个个边长为D ( —般取200mm)的正方形网格覆盖整个建筑图，每个 网格内的所有点，均用该网格的中心坐标来表示。这样，建筑图的导航路径就仅与网格相关 了 ，而且个数也是有限的，这大大提高了计算效率。同时，只要D取得足够小，对计算精度的 影响就可以忽略不计。 在建筑图的导航路径算法中，需要针对每一个网格，计算其到出口的导航路径。对 一个特定的网格，无需保存全部的导航路径信息，而只需要保存其下一个拐点即可。当确 认了该网格的下一个拐点之后，从该网格到拐点网格形成的直线段即作为导航路径的一部 分；当拐点为出口时，就获得了整个导航路径。 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步 的详细描述。
图1为本发明实施例提供的导航方法流程图，包括以下步骤 步骤101、获得建筑图中每一网格到建筑物出口的导航路径。疏散对象处于建筑物 中，他位于建筑图上的某个网格中，只需计算该网格到出口的导航路径即可。在获取某个网 格的导航路径前，本实施例提供了一种方法，用于获取建筑图中所有网格到出口的导航路 径，该方法包括 步骤1011、初始化所有建筑物出口所处的网格为基本拐点，该拐点到出口的距离 为0 ;初始化所有其他网格到出口网格的距离为正无穷大，可以以一个极大的正数近似；创 建一个中心网格队列，并将所有的基本拐点加入中心网格队列。 步骤1012、对中心网格队列队首的第一个中心网格进行出队列操作，计算其周围与之相邻的8个网格(网格l)的导航路径(参见图2)，并更新所述相邻网格到出口的距 离；将更新了距离的网格，加入到中心网格队列的队尾。对这8个网格中的任一网格，首先 假定其下一拐点为中心网格的下一拐点(基本拐点)。以图2为例，分两种情况进行说明
A、该网格能够直达它假定的下一拐点，则计算该网格到出口的距离等于该网格 到假定的下一拐点的距离加上该拐点到出口的距离。如果这个距离比原来的距离小(在步 骤1021中，已经初始化所有非基本拐点的网格到出口网格的距离为正无穷大)，则更新该 网格的下一拐点为前述假定的拐点，同时更新距离值；否则不更新。这里所说的直达，指的 是该网格与下一拐点间没有障碍物，可以直线到达。 B、该网格不能直达它假定的下一拐点，则计算该网格到出口的距离等于它到中 心网格的距离加上中心网格到出口的距离。如果这个距离比原来的距离小，则更新下一拐 点为中心网格，同时更新距离；否则不更新。如果一网格不能直达其中心网格的下一拐点， 表明其与出口间有障碍物，其导航路线应该是绕过障碍物，先到达其中心网格，再由中心网
格到下一拐点。 步骤1013、如果中心网格队列为空，则结束本流程；否则从中心网格队列的队首 中获取一网格，返回步骤1012。 图2是导航路径的算法示意图，在图2中，按照前述方法，经过3步的计算，可以得 到网格A的下一拐点即为基本拐点E，它可以直达出口 。第4步计算中，网格B是以A为中 心的8个网格之一，首先假设其下一拐点为A的下一拐点E，但是B和E不能直接连通，所以 把中心网格A作为B的下一拐点，然后计算B到出口的距离(等于B到A的距离加上A到 出口的距离)，这个距离是小于原来的距离(B到出口的原始距离为初始化距离，为正无穷 大)的，故确定其下一拐点为A，并且保存B通过A到出口的距离。导航路线如图2中带箭 头实线所示。当然，网格B还处于除A以外的、以其他网格为中心的8个网格中，这个时候 只需要进行距离的比较就可以确定网格B的最佳导航路线了。同理，按以上方法还可以获 取图中带实线箭头的网格5的导航路线，它是以网格B为中心网格的8个网格之一，先假定 其下一拐点为网格B的下一拐点A，但不能直达，所以中心网格B是其下一拐点，导航路径如 图所示，为5 — B — A — E，计算机中只需保存其下一拐点B，无需保存整个导航路径。
对一个特定的网格化后的建筑图来说，经过上述操作，已经能获得该建筑图中所 有区域的导航路径了 对于那些与出口相连接的区域，任一点(对应于唯一的网格)都有一 个明确的前进目标网格，这个目标可能是出口，也可能是另一个离出口更近的网格；而对那 些根本不能到达出口的区域，则自动设置为不可达区域。 获得了建筑图的导航路径后，就能方便的对疏散对象进行导航了 。在对火灾中的 疏散人进行疏散模拟时，计算机将按以下步骤对疏散人实施导航 步骤102、对某一个特定的疏散对象A，获得其在建筑图中的坐标，并得到该坐标 对应的唯一网格G。 步骤103、若网格G是连接网格(连接指的是楼梯和楼层的交界线)或出口网格， 则疏散对象A将根据规则决定进入下一个疏散单元(比如从楼层进入楼梯等，一个楼梯和 一个楼层均被当作一个基本的疏散单元)或者通过出口 (表示疏散成功)；若网格G是不 可达网格，则该疏散对象将无法成功疏散，于是自动删除该对象并给出相关警告信息。
步骤104、若网格G既不是连接网格和出口网格，也不是不可达网格，则读取网格G的导航路径信息，根据该网格的导航路线，得到网格G的下个拐点N。依照规则，在理想情况 下，疏散人A将沿直线从G行进到N。 步骤105、疏散对象A在导航路径影响下(需要强调的是，导航路径只是对疏散人 的疏散决策产生影响的因素之一)更新其位置。 步骤106、若所有可疏散对象疏散完毕，则结束；否则，返回步骤102。对所有疏散 对象重复执行上述操作，直到所有对象按照导航路线完成疏散。 导航路径矢量能够指导疏散对象的行动，尽管有时候疏散对象不一定能严格按照 导航路径的折线段行走(因为还有其他因素会影响其行动方向和速度大小，比如人员的密 集程度等)，但是导航路径能给予疏散对象一个驱动，使得其能不断的(或许是曲折的)接 近疏散出口 。可以说，导航路径是使得疏散对象最终得以成功疏散的基本的原驱动。
本实施例提供的导航路径算法是一种精细网格矢量化路径导航方法，基于建筑图 的网格化，把对疏散人的导航近似为对网格的导航，在几乎不影响路径精确性的前提下，大 大提高了导航算法的运行效率，具有实现简单，精确高效的特点。由于对特定的建筑图，其 网格化是确定不变的，因此导航路径也具有确定性，在运行中只需要一次计算即可。该方法 在疏散人的疏散路径确定上有着很好的应用效果。 所谓精细网格矢量化路径导航，包含了以下两层意思(l)建筑图被足够精细的 网格所覆盖(如边长为200mm的网格)，网格的精细程度保证了一定的路径导航精确度； (2)路径是矢量化的，即本实施例不关心路线的具体走势与长度，而只需考虑当疏散对象位 于某一具体网格时，其前进的方向。 这上述两点中，第一点的思想与目前被广泛使用的针对建筑图的网格化技术很 类似。 一个小的区别是，在元胞自动机模型中，由于每一个疏散对象与一个网格对应，即 人就是网格，网格也是人，所以网格的大小一般与人的大小相匹配(典型边长为400mm或 500mm);但在本实施例中，网格和人是相互独立开来的，所以在选择网格大小时比较灵活， 最后选择200mm为边长，主要是基于数据复杂度与运算精确度之间的折中来考虑的。
第二点则是本实施例所独具的特点。与元胞自动机模型相比，虽然两者其网格化 的思想类似(除了网格大小)，但疏散路径的实质是完全不同的。元胞自动机模型的疏散路 径是由距离来指示的，而且具有局部性和可变性。这是因为对于每一个疏散人来说，其只能 从当前网格以不同的概率走向与之相邻的8个网格之一，而优先往哪个网格行进，则是根 据网格的距离来确定的。因此，当前网格仅与周围网格相关联，具有局部性；而具体行进路 径可以为周围8个网格的任何一个，故具有可变性。 而在本实施例提供的矢量化路径导航方法中，路径的具体距离对导航是无关紧要 的。唯一决定导航结果的，是该网格的导航矢量，该矢量以该网格中心为起点，直接指向疏 散出口，或者是走向出口所必经的、可直达的、距离最远的某个网格，这往往就超出了周围8 个网格的范围，从而具有更好的全局指导性。而由于疏散人与网格相互独立，其行走规则由 社会力模型来决定，所以矢量化导航路径一旦确定，就不再变化。相对于元胞自动机导航的 局部性和可变性，矢量化的路径导航具有全局性和稳定性。 本实施例还进一步提供了导航路径算法的代码实现方式，用dist(i)表示网格 i疏散路径的距离，用dist(i， j)表示网格i到网格j的距离，并且规定，当j = -1时， dist(i， -1)表示网格i到出口网格的距离。
Routine (i) { if i = -1 dist(i) = 0 endif if网格i超出范围 返回 endif for j = inl， in2， in3， in8，网格i的8个相邻网格 if网格j可以直接到达出口 dist(j) = dist(j，-1)else网格j不可以直接到达出口 dist(j) = dist(j， i)+dist(i) endif endfor for j = inl， in2， in3， in8，网格i的8个相邻网格
Routine (j)
endfor
} 其中，如果j能够直接到达出口，那导航路径就是从j指向出口，如果j不能够直 接到达出口，那导航路径就首先从j指向i，然后加上从i到达出口的路径。这里i是从出 口的网格算起，也就是一开始i是出口， j是出口附近的八个网格，这样循环计算出所有网 格的导航路径。 该导航路径算法的实现方式，使得针对特定出口的导航路径能够方便的获取，这 为疏散导航中的指定出口功能提供了方便。 本发明的实施例还提供了一种人员疏散中的导航装置，如图3所示，具体包括
路径获取单元ll，用于获取建筑图中每个网格到出口的导航路径；
导航单元12，用于获得疏散对象在建筑图中所处位置的对应网格，并根据该网格 的导航路径指令所述疏散对象更新其位置； 控制单元13，用于判断是否所有疏散对象完成疏散，如果是，则结束导航；否则控 制导航单元对未完成疏散的。 本装置实现了为每个疏散对象提供导航路径，自动指引其在建筑物中的疏散。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
权利要求
一种人员疏散中的导航方法，其特征在于，包括A、获取建筑图中每个网格到出口的导航矢量路径，具体包括A1、初始化所述建筑图中所有建筑物出口所处的网格为基本拐点，设置该基本拐点到出口的距离为0；初始化所有其他网格到出口所处网格的距离为正无穷大；创建中心网格队列，并将所有的基本拐点加入中心网格队列；A2、对所述中心网格队列队首的第一个中心网格进行出队列操作，获得该中心网格周围与之相邻的全部网格的导航矢量路径，并更新所述相邻网格到出口的距离；将所述更新距离的网格，加入到所述中心网格队列的队尾；A3、如果所述中心网格队列为空，则结束本流程；否则从所述中心网格队列的队首中获取一网格，返回步骤A2；B、获得疏散对象在建筑图中所处位置的对应网格，根据该网格的导航矢量路径指令所述疏散对象更新其位置；C、判断是否所有疏散对象完成疏散，如果是，则结束本流程；否则执行上一步。
2. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，该方法进一步包括针对建筑物的建筑图，用一个个边长为固定常数的正方形网格覆盖整个建筑图，每个 网格内的所有点，均用该网格的中心坐标来表示。
3. 根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述获得相邻网格的导航矢量路径的方法 具体包括对于所述相邻网格，预设定其下一拐点为中心网格的下一拐点；如果该相邻网格能够直达所述下一拐点，则设置该网格到出口的距离为该网格到所述 下一拐点的距离加上所述下一拐点到出口的距离；如果该距离比原来距离小，则更新该网 格的下一拐点为所述下一拐点，并更新距离值；否则不更新；如果该相邻网格不能直达所述下一拐点，则设置该网格到出口的距离为该网格到所述 中心网格的距离加上所述中心网格到出口的距离；如果该距离比原来距离小，则更新该网 格的下一拐点为所述中心网格，同时更新距离；否则不更新。
4. 根据权利要求1、2或3所述方法，其特征在于，所述指令疏散对象更新位置的方法具 体包括读取所述疏散对象所处网格G的导航路径信息，根据该网格的导航路线，得到该网格 的下个拐点N，指令疏散对象从G行进到N。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括如果所述疏散对象所处网格是连接网格，则该疏散对象进入下一个疏散单元；如果所 述疏散对象所处网格为出口网格，则直接通过出口完成疏散；如果所述疏散对象所处网格 是不可达网格，则删除该疏散对象并上报告警信息。
6. —种人员疏散中的导航装置，其特征在于，包括 路径获取单元，用于获取建筑图中每个网格到出口的导航矢量路径； 导航单元，用于获得疏散对象在建筑图中所处位置的对应网格，并根据该网格的导航矢量路径指令所述疏散对象更新其位置；控制单元，用于判断是否所有疏散对象完成疏散，如果是，则结束导航；否则控制导航 单元对未完成疏散的。
全文摘要
本发明公开了一种人员疏散中的导航方法，包括获取建筑图中每个网格到出口的导航路径；获得疏散对象在建筑图中所处位置的对应网格，根据该网格的导航路径指令所述疏散对象更新其位置；判断是否所有疏散对象完成疏散，如果是，则结束本流程；否则执行上一步。该导航方法通过为每个疏散对象提供导航路径，能够自动指引其在建筑物中的疏散。其导航路径算法基于建筑图的网格化，把对疏散人的导航近似为对网格的导航，在几乎不影响路径精确性的前提下，大大提高了导航算法的运行效率，具有简单精确高效的特点。由于对特定的建筑图，其网格化是确定不变的，故导航路径也确定，在运行中只需要一次计算即可。本发明还公开了一种人员疏散中的导航装置。
文档编号G01C21/26GK101776460SQ20101011960
公开日2010年7月14日 申请日期2010年3月8日 优先权日2010年3月8日
发明者彭华, 李引擎 申请人:中国建筑科学研究院建筑防火研究所