一种公共建筑物非均称安全通道的人群均衡撤离方法

文档序号:9217799阅读:266来源:国知局
一种公共建筑物非均称安全通道的人群均衡撤离方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种公共建筑物非均称安全通道的人群均衡撤离方法。
【背景技术】
[0002] 随着当今社会文体活动的日益增加,大量人群的聚集活动也随之增加,严重踩踏 事故的发生也越发频繁,在遇到火灾等危险时,快速、安全地安排建筑物中的人群撤离出危 险区域是当务之急。人群撤离的第一步便是选择安全通道口,人群一般会以"距离最短"原 则选择安全通道口,由于在很多建筑物中安全通道口未必根据人群的分布位置按需布置, 例如体育馆、演唱会、电影院、学校、大型报告厅、图书馆等,一部分出口周围疏散人群很多, 而一部分出口周围需疏散人群极少,一旦发生紧急情况急需选择安全通道撤离时,难以避 免一部分通道滞留人数过多,至始至终处于拥堵状态,而部分通道仅有极少人数选择,很快 撤离完毕,这种对安全通道不合理的选择致使不能最大程度的发挥出安全通道的疏散能 力,短时间内难以完成撤离任务,大量滞留人群导致部分出口处发生拥挤堵塞,极有可能引 发严重的踩踏伤亡事故,如果长时间不能完成人群安全撤离,也易使滞留人群受到火灾等 灾害的威胁。
[0003] 从个人来看,以最短路径的原则撤离是最优选择,但从整体来看,这种撤离方法往 往会导致人群盲目地选择同一出口,增加了快速疏散的困难性,因此这种撤离方法的目标 在于帮助所处不同位置的人员找到最合适的安全通道撤离,以达到均衡各个通道所承担的 疏散任务,在尽可能短的时间内完成撤离任务的目的。换言之,在非均称安全通道的建筑 物中,人员以最短路径的原则选择撤离出口,并不能快速、安全地撤离出建筑物。通过均衡 撤离法可划分人员疏散选择区,指定同一人员疏散选择区的人群选择同一安全通道进行撤 离,即人员根据所处位置被预先告知具体撤离路线。在发生突发事件后,相同人员选择区的 人群按照预先指定路线撤离,由此均衡了各个安全通道的疏散任务,避免了因部分出口承 担的疏散撤离任务过重,滞留人数过多,导致严重的踩踏伤亡事故;同时保障了整个疏散人 群能够快速完成撤离。然而,目前国内外很多紧急疏散撤离预案是引导人员按照最短路径 撤离、帮助人员及时找到出口位置、通过应急设施保障安全疏散等方面,未涉及到应对非均 称建筑物快速、安全撤离,从整体上均衡各通道的疏散任务,使疏散人群定向撤离的方法。

【发明内容】

[0004] 针对现有技术中存在的上述技术问题,本发明提出了一种公共建筑物非均称安全 通道的人群均衡撤离方法,其采用如下技术方案:
[0005] 一种公共建筑物非均称安全通道的人群均衡撤离方法,包括如下步骤:
[0006] si、建立人群疏散仿真模型
[0007] 获取建筑物中的障碍物、人群位置分布及安全通道口位置、大小尺寸信息,通过网 格划分单元、路径选取单元、速度系数单元、冲突处理单元、出口拥塞单元组建人群疏散仿 真模型,通过建立线性曲线预测理想撤离总时间;
[0008] S2、建立安全通道均衡撤离调节模型
[0009] 引入拥塞因子调节各通道对人群的吸引力,将人群疏散仿真模型的路径选取单元 修改为扩展后的路径选取单元,得到安全通道均衡撤离调节模型;
[0010] S3、构建人工神经网络模型
[0011] 应用安全通道均衡撤离调节模型模拟一定数量的拥塞因子确立的撤离方案,得到 BP神经网络训练样本及检验样本,构建3层BP神经网络;
[0012] s4、建立撤离方案优选模型
[0013] 通过N次嵌套循环,应用训练成熟的BP神经网络,预测撤离方案对应的撤离完成 总时间,筛选出撤离完成总时间最少的一组拥塞因子;计算撤离完成总时间与理想撤离总 时间的相对偏差是否满足要求:若相对偏差满足要求,则认为该组拥塞因子符合要求;若 相对偏差未满足要求,进行二次撤离方案优选阶段;最终得到人员疏散选择区信息图。
[0014] 进一步,对于网格划分单元的划分规则如下:
[0015] 取人均占地面积0. 4mX0. 4m作为一个网格大小,以建筑物内角点作为边界进行 网格划分,建立X-Y的二维坐标定义每个网格的位置;
[0016] 若障碍物部分与某网格区域相交,则定义该网格的属性为安全通道或障碍物;
[0017] 最后对参数进行初始化,对划分完成的元胞依次赋予属性值,若网格为空闲、人员 占用、障碍物占用则分别赋值对应的元胞状态为"〇"、"1"、"2",设置该集合为5[1] ;
[0018] 对于路径选取单元的选取规则如下:
[0019] 首先通过计算元胞到各安全通道口的距离,选取距离值最短的安全通道口为目标 出口,即采用欧拉距离的方法获取目标出口,计算公式为:
[0021] 其中,D[j]表示元胞与目标出口距离值,j表示目标出口的编号,Exit[n]表示不 同位置安全通道口,n表示安全通道口编号;
[0022] Exit[n] [x]、Exit[n] [y]分别表示安全通道口对应的横坐标和纵坐标,Cell[i] 表示不同编号的元胞,Cell[i] [x]、Cell[i] [y]分别表示不同元胞的横坐标及纵坐标;
[0023] 对于速度系数单元的确定规则如下:
[0024] 人员在建筑物中的运动速度Speed受到周围环境包括其他人员、障碍物的影响, 人员移动速度经验计算公式为:
[0025] 其中,At表示单位时间步长,取值为0. 2~0. 4s;p1表示该元胞0. 4m范围内人 员密度;Speedc表示速度系数,取值为0~1. 0 ;
[0026] 对于冲突处理单元的确定规则为:
[0027] 当出现两个或多个元胞选择同一网格的情况,随机选择其中任一元胞移动到该网 格,其他元胞选择原地等待;
[0028] 对于出口拥塞单元的确定规则为:
[0029] 计算出口处一定范围内的人群密度,由此确定这一时间步长所能疏散的人数。
[0030] 进一步,所述步骤si中,人群疏散仿真模型的构建方法为:
[0031] sll、根据距离计算公式选取目标出口;
[0032] sl2、根据相邻元胞的属性及其与目标出口的距离值,选取下一时间步长目标网 格;
[0033] sl3、建立零矩阵Zero,记录元胞下一时间步长移动位置;
[0034] sl4、检测及处理冲突、更新元胞位置。
[0035] 进一步,所述步骤sll中,选取最短距离值TEMP为XmaxXYmax,目标出口的选取方 法如下:
[0036] ①应用距离计算公式得到元胞位置与出口编号为n的距离值;
[0037] ②如果元胞自身位置到出口编号为n的距离值Exit[j]小于最短距离值TEMP,将 Exit[j]的数值赋予TEMP;
[0038] 跳回步骤①直至遍历n个出口,输出目标出口编号j及最短距离值TEMP。
[0039] 进一步,所述步骤sl2中,下一时间步长目标网格的选取方法为:
[0040] ①应用距离计算公式得到邻域网格与目标出口j的距离值;
[0041] ②如果邻域网格到j出口的距离值Exit[j]小于最短距离值TEMP,则将Exit[j] 数值赋予TEMP;跳回步骤①直至遍历8个邻域网格,输出下一时间步长的目标网格位置 G[i]〇
[0042] 进一步,所述步骤sl3中,记录元胞下一时间步长移动位置的方法如下:
[0043] ①若下一时间步长元胞S[i]所选择的目标网格的位置为G[i],应用人员移动速 度经验计算公式得到元胞下一时间步长内移动的距离;
[0044] ②将计算得到的下一时间步长内移动的距离累加到移动余值R[i]中;若移动余 值R[i]大于该元胞移动到目标网格的距离,则认为该元胞下一时间步长里可移动到目标 网格G[i];
[0045] ③建立XmaxXYmax的零矩阵Zero,将该元胞编号i存储于Zero中与目标网格 G[i]相同编号的变量中,遍历所有元胞集合S[i]。
[0046] 进一步,所述步骤sl4中,检测及处理冲突、更新元胞位置的方法如下:
[0047] ①将元胞集合S[i]中所有元素赋值零,删除当前元胞位置信息;
[0048] ②判别零矩阵Zero中各元素所存储的i数量,若数量超过2,分别记为XpXfXj, 即表示元胞间在目标网格的选择上发生了冲突,处理方法为随机选取该变量所存储的任意 一个元胞编号,将属性值S[G[i]]赋值为"1",未被选中的元胞数量为(j-1)个,令S[X』赋 值为"1",直至遍历未被选中的(j-1)个元胞;
[0049] ③遍历零矩阵Zero中所有元素,至此完成了元胞的位置更新。
[0050] 进一步,所述步骤s2中,扩展后的路径选取单元的选取规则如下:
[0051] 首先通过计算元胞到各安全通道口的距离,选取距离值最短的安全通道口为目标 出口,即采用欧拉距离的方法获取目标出口,计算公式为:
[0053] 其中,D[j]表示元胞与目标出口距离值,j表示目标出口的编号,Exit[n]表示不 同位置安全通道口,n表示安全通道口编号;Xn表示拥塞因子;
[0054]Exit[n] [x]、Exit[n][y]分别表示安全通道口对应的横坐标和纵坐标,Cell[i] 表示不同编号的元胞,Cell[i] [x]、Cell[i][y]分别表示不同元胞的横坐标及纵坐标。
[0055]进一步,所述步骤s3中,建立人工神经网络模型的方法如下:
[0056] 人群疏散仿真模型构建完成后,随机产生20~40组拥塞因子,确立20~40种撤 离方案,应用安全通道均衡撤离调节模型对撤离方案进行仿真模拟,输出相应的撤离完成 总时间,随机选取其中15~30组作为BP神经网络训练样本,
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