一种实时态势感知的室内火灾疏散路径动态优化方法与流程

本发明涉及技术领域，具体为一种实时态势感知的室内火灾疏散路径动态优化方法。

背景技术：

高层住宅、购物商场、医院、博物馆、机场等大型现代化公共建筑的三维立体空间结构、物理性能及功能日益复杂，呈现出高层、大规模、多样化、综合性等复杂特征，加上高人群密度以及设备、设施、装修等方面的特殊要求，使得室内火灾隐患、火灾荷载急增，其应急安全问题及消防系统、安防系统、电气监测系统等等，这样一个多元多系统的协同工作给室内应急疏散带来了巨大挑战。高效、可靠的大型复杂高层建筑物室内火灾情况下的应急疏散与响应，已经成为国内外公共安全领域研究的焦点。

大型高层建筑与其他普通建筑相比，楼层较多，室内空间环境复杂，人员集中，发生火灾时由于电梯井、楼梯井、通风井、电缆井等各种竖井拔气力大，使得火势和烟雾向上蔓延较快，火势发展的高时变性特征突出，室内环境瞬息万变。室内火灾实时威胁态势(烟雾浓度、火势蔓延和环境温度等)以及室内环境变化(电梯与防烟门的关闭等)会直接影响和制约应急疏散策略。

传统室内火灾安全疏散为静态寻径方法，大都是以疏散路径的最短几何长度作为人员疏散最优路径的判定依据，并未充分考虑实时火灾演进、毒烟蔓延等动态火灾威胁态势信息对疏散路径连通性和有效性的影响，其疏散方案无法根据火灾动态演进参数进行自适应调整，从而导致应急疏散方案的时效性和可靠性难以保证。

在室内火灾应急响应中，如何根据实时感知室内火灾环境复杂的动态性变化，动态优化应急疏散路径，是保证室内火灾应急救援决策可靠性和时效性的关键。

现有应急疏散方法，大都是以疏散路径的最短几何长度作为人员疏散最优路径的判定依据，并未充分考虑实时火灾演进、毒烟蔓延等动态火灾威胁态势信息对疏散路径连通性和有效性的影响，其疏散方案无法根据火灾动态演进参数进行自适应调整，从而导致应急疏散方案的时效性和可靠性难以保证。本发明针对现有方法时效性差和可靠性低的问题，为此，本发明提出了一种实时火灾威胁态势感知的疏散路径动态优化方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种实时态势感知的室内火灾疏散路径动态优化方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种实时态势感知的室内火灾疏散路径动态优化方法，包括以下步骤：

S1：集成和融合多源室内火灾传感器观测数据；

集成和融合多源室内火灾传感器观测数据的步骤包括：(1)整理分类用于监测室内火灾环境的传感器信息；

(2)利用无线传感网技术整合这些异构传感器资源，实现传感器资源的注册、查询、修改和删除；

(3)将火灾事件语义融合到传感器模型语言中，提出面向火灾事件的传感器语义描述模型，构建一套事件触发链接传感器获取观测数据的语义关联机制；

S2：构建室内火灾实时威胁态势三维动态信息场；

构建室内火灾实时威胁态势三维动态信息场的步骤包括：(1)多源火灾数据接入及威胁等级划分；

(2)室内火灾威胁态势信息的时空配准；

(3)室内火灾威胁态势场模型的计算与更新；

S3：顾及实时火灾威胁态势信息的应急疏散路径动态求解与优化；

S4：最优室内火灾动态应急疏散路径动态选择与实时。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的方法较传统静态疏散路径方法能够有效地提取出满足不同火灾情景的实时动态疏散路径，随着火灾过程中突发事件次数越多，总的疏散时间都呈上升趋势，但利用本发明方法进行人员疏散所消耗的总疏散时间均比传统方案花费的时间少，从而能在最快的时间里疏散人群，保证人员生命财产的安全，为有关部门在室内突发事件应急救援过程中提供决策支持。

附图说明

图1为本发明的实时态势感知的疏散路径动态优化原理图；

图2为本发明的复杂室内火灾环境信息的语义及其统一表达图；

图3为本发明的动态数据更新算法流程图；

图4为本发明的建筑内部空间三维网络模型图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：

一种实时态势感知的室内火灾疏散路径动态优化方法的，包括以下步骤：

S1：集成和融合多源室内火灾传感器观测数据；

集成和融合多源室内火灾传感器观测数据的步骤包括：(1)整理分类用于监测室内火灾环境的传感器信息；

(2)利用无线传感网技术整合这些异构传感器资源，实现传感器资源的注册、查询、修改和删除；

(3)将火灾事件语义融合到传感器模型语言中，提出面向火灾事件的传感器语义描述模型，构建一套事件触发链接传感器获取观测数据的语义关联机制；

S2：构建室内火灾实时威胁态势三维动态信息场；

构建室内火灾实时威胁态势三维动态信息场的步骤包括：(1)多源火灾数据接入及威胁等级划分；

(2)室内火灾威胁态势信息的时空配准；

(3)室内火灾威胁态势场模型的计算与更新；

S3：顾及实时火灾威胁态势信息的应急疏散路径动态求解与优化；

S4：最优室内火灾动态应急疏散路径动态选择与实时更新。

具体实施的原理

1.针对室内火灾传感器进行归类整理，建立面向火灾事件的传感器语义描述模型，并利用无线传感网技术集成管理这些多源异构传感器资源，构建室内火灾传感网观测服务平台，支撑室内火灾事件动态感知与建筑物室内空间动态性分析的一体化语义表达，力求有效支持基于传感器关联分析的建筑物内部火场威胁态势的动态推求能力；

2.在有效集成室内多源传感器的基础上，实时感知室内火灾的高动态环境变化，构建实时室内火灾环境威胁态势信息场模型；

3.基于图论的节点弧段结构创建建筑室内三维几何网络模型，并根据实时室内火灾环境威胁态势信息场更新计算室内几何网络模型，获得最新的室内空间连通状态，最后基于实时的室内三维几何网络模型利用Dijkstra最短路径算法计算疏散路径，从而实现顾及建筑室内实时火灾环境变化影响的最短路径动态优化方法。

其中，S2步骤中，(2)中所述室内火灾威胁态势信息的时空配准主要包括两方面：一方面在空间上，建立统一的三维格网分辨率；另一方面在时间上，建立统一的时间基准和采样频率。(2)中所述室内火灾威胁态势场模型的计算与更新主要是根据离散的室内火场环境观测值，在对传感器感知的威胁态势信息进行插值融合，从而计算生成室内建筑三维全空间的火灾威胁态势信息。采用多层次八叉树来组织和更新这些由多源数据生成的统一时空框架下火灾威胁态势信息场数据，每次场数据的更新只需要在内存中修改两个时态之间的火灾威胁态势等级发生变化的区域，未发生变化的区域不需更新，这样可以较大提高数据场的更新速度。针对本研究面向火灾应急疏散应用，动态威胁态势场更新时间基准取Tstep＝30s，从而保证计算机内存中总是最新的火灾环境威胁态势信息。

本实施例中在构建复杂多层建筑物室内几何连通路径时，首先对提取各楼层的二维几何空间路径网，然后以楼梯或电梯联通各楼层的几何路径网。

建立多层结构的复杂建筑物室内三维空间逻辑网络模型步骤：

1.单层楼的二维空间逻辑网络模型：

a).房间、大厅、楼梯、走廊和通道的几何中心点采用节点表示。

b).如果两个节点间可通达，则用弧段连接。

2.多层楼的三维空间逻辑网络模型：为每个单层楼的二维空间逻辑网络模型定义相应的高程值，由于楼层间通过楼梯连接，将有连接关系的楼梯节点用弧段连接。

创建建筑物室内几何网络模型过程的关键一步是从简单多边形(如走廊、通道)中提取线要素，采用直中轴线转换(straight medial axis transformation，S-MAT)方法，实现走廊、通道、楼梯和消防电梯等几何对象中心线的提取。在几何网络模型中不同对象(例如房屋和过道，楼梯和水平过道，过道和过道)之间的通过结点连接，这些结点在室内建筑中表示房屋和过道之间连接的门、过道和过道之间连接的路口、楼梯和过道之间的门等，通过以上步骤即可完成室内三维几何网络模型的构建。建筑内部空间三维网络模型图。

本实施例应急疏散过程中，随着火势的蔓延发展，室内情况将会不断恶化(人群拥堵、温度过高、烟气浓度过高等)，当室内空间某个体素单元存在威胁态势时，途径该体素单元的几何路径需语义标识为不可同行；某条通道不可通行时，对凡是经过障碍路段的疏散人群，需重新设置到达出口的有效路径。具体步骤描述如下：

第一步：根据所述的构建的建筑内部三维空间逻辑网络模型和几何网络模型，结合网络路径算法，便可计算火源到安全区的几何通达疏散路径；

第二步：根据上一步获取的几何路径信息，结合面向火灾事件的传感器语义信息描述模型和SOS提供的API，便可查询与各几何路径部件关联的传感器，对当前实时接入的室内火场的传感器实时监测数据中所蕴含的火灾专题要素特征与动态火灾事件行为进行语义融合，动态更新建筑内部三维动态的火灾威胁态势信息场，并通过几何路径与火灾威胁态势信息场体素单元的几何求交计算，用体素单元的威胁态势信息对与其相交的各疏散路径弧段进行语义标识，实现疏散路径的语义增强；

第三步：当疏散路径的火灾强度语义标识，更新各路径部件的空间通达性，然后根据最新的几何路径拓扑信息，重新计算火源到安全区域的有效疏散路径。以此类推，实现室内火灾疏散路径动态优化过程。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。