本发明涉及紧急情况下人群疏散模拟实验技术领域，特别是一种集群动物沿楼梯向下疏散模拟实验平台。
背景技术
随着我国城市化进程不断加快，单元式住宅建筑居住方式越来越普遍。特别是高层建筑逐年增多，由于其功能复杂、人员密集，而带来了许多安全隐患。根据公安部消防局统计数据显示：近十年全国共发生高层建筑火灾3.1万起，死亡474人，直接财产损失15.6亿元。其中，特别重大火灾3起、重大火灾4起、较大火灾24起，并呈逐年上升趋势。2010年11月15日上海余姚路胶州路28层教师公寓大楼着火，火灾造成58人遇难。2015年6月25日，郑州市西关虎屯小区一单元着火，火灾造成13死亡，4人受伤。由此可见，快速城镇化发展背景下，火灾等重大突发性事件使得高层建筑安全受到极其严重的威胁，导致当前我国公共安全面临着严峻的挑战。然而，解决安全问题的首要目标是保证人的安全，建筑内重大突发性事件的发生势必带来短时间规模性的紧急疏散。因此，紧急情况下如何快速安全的疏散是确保人民群众生命财产安全的重要课题。
在紧急情况下，要求建筑物内所有人员必须在短时期内从楼层内疏散出来，然而建筑楼层内疏散途径非常有限，通常建筑楼梯是人群疏散逃生的唯一途径。因此，对紧急情形下楼梯间行人安全疏散运动特征进行深入研究至关重要。现有的人群疏散研究，具有以下特点：在研究区域方面，主要侧重于建筑房间内的疏散运动特征，而对楼梯间人群疏散规律的研究较少；在常规疏散实验研究方面，一方面由于受年龄、性别、心理素质以及家庭亲情关系的影响，紧急情况下疏散人员通常表现出极其复杂的恐慌行为；另一方面开展真实火灾情况下大规模人群疏散实验不仅对疏散人员安全构成严重的威胁，而且在道德上也受到谴责，导致在实现方式上以非火灾情况下紧急人员疏散实验为主。为此，实施动物仿真模拟紧急情形下楼梯间行人安全疏散实验，可简化紧急情况下疏散问题，避免了真实火灾紧急情况下人群疏散实验所引发的道德问题。
技术实现要素：
本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种集群动物沿楼梯向下疏散模拟实验平台，该实验平台可应用于模拟紧急情况下人群疏散实验研究，通过该模拟实验平台可简化研究问题，避免了采取真实火灾情况下人群疏散的不道德问题，模拟真实恐慌情形下楼梯间集群动物沿楼梯向下疏散运动规律，进而对不同楼梯形式、楼梯间是否有障碍物、楼梯间亮度以及楼梯间是否有烟气等情形进行讨论，其结果可为建筑物楼梯间人群安全疏散设计提供指导意见。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种集群动物沿楼梯向下疏散模拟实验平台，包括集群动物疏散系统、数据采集控制系统和烟气释放调节系统，所述集群动物疏散系统包括双层三维立体化楼梯、安装在双层三维立体化楼梯的上层顶部和拐角处的释放箱，所述释放箱内放置有集群动物，所述每个释放箱一侧均设有与阶梯连通的释放调节设施，所述双层三维立体化楼梯的下层底部设有回收箱，所述双层三维立体化楼梯的阶梯上或拐角处设有疏散障碍物；所述数据采集控制系统包括ccd摄像机和照明灯、安装在每个释放箱内的电击设施，所述ccd摄像机通过数据传输线与图像采集卡相连接，图像采集卡与计算机通过ccd摄像机用于观察记录集群动物的运动轨迹，电击设施通过数据传输线与计算机相连接用于模拟调控群体动物的紧急环境状况；所述烟气释放调节系统包括设置在产烟箱内的发烟饼、与产烟箱连接的小型抽风机、与小型抽风机出风口连接的烟气调流管以及设置在烟气调流管上的烟气调节阀，所述烟气调流管端部与双层三维立体化楼梯内部连通。
进一步，所述双层三维立体化楼梯呈封闭盒状结构，楼梯顶层和楼梯侧壁采用透明有机玻璃，阶梯为不透明阶梯，双层三维立体化楼梯的宽度大于等于两只或三只集群动物的宽度之和，以满足两只或三只集群动物同时向下疏散。
进一步，所述集群动物为常规老鼠、仓鼠、小兔子或荷兰猪，作为疏散实验对象，实验初始时集群动物被放置在释放箱内。
进一步，所述释放箱采用透明有机玻璃制成，为封闭式箱体，其顶部可活动拆卸。
进一步，所述回收箱采用不透明有机玻璃制成，为封闭式箱体，将其作为集群动物的回收装置。
进一步，所述双层三维立体化楼梯为单跑楼梯、转折双跑楼梯、带有直角转弯楼梯、螺旋型楼梯或三角型楼梯。
进一步，所述ccd摄像机设置为五组，其中三组ccd摄像机位于双层三维立体化楼梯上部，且沿集群动物疏散路径拼接布置；另外两组ccd摄像机位于双层三维立体化楼梯侧面，且与上述三组ccd摄像机在空间上垂直布置。
进一步，所述照明灯位于双层三维立体化楼梯顶部位置，采用数据传输线将照明灯与计算机相连接，用于调节周围环境的明亮程度。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明涉及集群动物沿楼梯向下疏散模拟实验，疏散集群动物易于获取，可操作性强，能够真实模拟集群动物沿楼梯向下疏散运动，从而为建筑楼梯间人群疏散提供实验基础。
2、本发明结构简单，能够对不同楼梯形式、不同楼梯层数、楼梯间是否有障碍物、楼梯间亮度以及楼梯间是否有烟气等情况进行讨论。
3、本发明采用ccd摄像机对集群动物疏散运动实施数据采集，可实时监测录制不同工况下集群动物沿楼梯疏散运动轨迹，实现全过程记录，并运用图像处理技术对收集的数据进行后处理，可较全面地模拟分析楼梯形式、楼梯层数、楼梯间障碍物、楼梯间亮度、楼梯间烟气等因素对集群动物沿楼梯疏散的影响。
4、本发明采用电击设施对集群动物实施电击，模拟真实紧急恐慌状况的发生，通过调节电击程度，来控制群体动物的恐慌状态，该模拟实验与真实火灾发生时人群紧急从楼梯间逃生状况具有非常高的贴近度，进而为科学制定楼梯间人群疏散策略提供技术支持。
附图说明
图1为一种集群动物沿楼梯向下疏散模拟实验平台结构示意图。
图2为集群动物疏散系统无楼梯顶部结构示意图。
图3为集群动物疏散系统有楼梯顶部结构示意图。
图4为集群动物疏散系统中释放箱内14剖面结构示意图。
图5为烟气释放调节系统结构示意图。
图中：11、集群动物；12、双层三维立体化楼梯；13、释放调节设施；14、释放箱；15、回收箱；16、疏散障碍物；21、ccd摄像机；22、电击设施；23、数据传输线；24、图像采集卡；25、照明灯；26、计算机；31、发烟饼；32、产烟箱；33、小型抽风机；34、烟气调流管；35、烟气调节阀。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1-图5所示，本实施例的一种集群动物沿楼梯向下疏散模拟实验平台，包括集群动物疏散系统、数据采集控制系统和烟气释放调节系统，所述集群动物疏散系统包括双层三维立体化楼梯12、安装在双层三维立体化楼梯12的上层顶部和拐角处的释放箱14，所述释放箱14内放置有集群动物11，所述每个释放箱14一侧均设有与阶梯连通的释放调节设施13，所述双层三维立体化楼梯12的下层底部设有回收箱15，所述双层三维立体化楼梯12的阶梯上或拐角处设有疏散障碍物16；所述数据采集控制系统包括ccd摄像机21和照明灯25、安装在每个释放箱14底部的电击设施22，所述ccd摄像机21通过数据传输线23与图像采集卡24相连接，图像采集卡24与计算机26通过ccd摄像机21用于观察记录集群动物11的运动轨迹，电击设施22通过数据传输线23与计算机26相连接用于模拟调控群体动物11的紧急环境状况；所述烟气释放调节系统包括设置在产烟箱32内的发烟饼31、与产烟箱32连接的小型抽风机33、与小型抽风机33出风口连接的烟气调流管34以及设置在烟气调流管34上的烟气调节阀35，所述烟气调流管34端部与双层三维立体化楼梯12内部连通。
本实施例中，集群动物11为常规老鼠、仓鼠、小兔子或荷兰猪等，将其作为疏散实验的对象，实验初始时集群动物11被放置在释放箱14内。所述释放箱14与双层三维立体化楼梯12每段楼梯的上端相连通，释放箱14采用透明有机玻璃制成，为封闭式箱体，其顶部可活动拆卸。所述释放调节设施13分别位于双层三维立体化楼梯12与每个释放箱14连接口处，用来调控单位时间内集群动物11的释放量。所述双层三维立体化楼梯12呈封闭盒状结构，作为集群动物11的疏散路径，楼梯上层和楼梯侧壁采用透明有机玻璃制成，楼梯底层为不透明阶梯，利用玻璃胶将它们密封固定，且楼梯上层与楼梯底层之间的高度不应超过集群动物11自身高度的2倍，其目的是防止紧急疏散过程中集群动物11出现相互叠加，另外楼梯间宽度可满足两只或三只集群动物同时向下疏散。所述疏散障碍物16布置在双层三维立体化楼梯12内部楼梯阶梯上或拐角处，用于干扰向下疏散的集群动物11。所述回收箱15与双层三维立体化楼梯12最下端相连通，回收箱15采用不透明有机玻璃制成，为封闭式箱体，将其作为集群动物11的回收装置。在整个疏散实验过程中，可调整双层三维立体化楼梯12形式，将其改变为单跑楼梯、转折双跑楼梯、带有直角转弯楼梯、螺旋型楼梯或三角型楼梯，进而分析不同楼梯形式对集群动物11沿楼梯向下疏散运动规律的影响。
本实施例中，所述ccd摄像机21布置在双层三维立体化楼梯12的不同部位，其中三组ccd摄像机21位于双层三维立体化楼梯12上部，沿集群动物11疏散路径拼接布置；另外两组ccd摄像机21位于双层三维立体化楼梯12侧面，与上述三组ccd摄像机21在空间上垂直布置。其中有两组ccd摄像机21用于观察记录上半楼梯集群动物11的运动轨迹，布置在上半楼梯附近；有一组ccd摄像机21用于观察记录拐角处集群动物11的运动轨迹，布置在楼梯的拐角处；还有两组布置在下半楼梯附近，用于观察记录下半楼梯集群动物11的运动轨迹。使用五路图像采集卡24实现五部ccd摄像机21同步采样，采用数据传输线23将ccd摄像机21记录图像数据传输到计算机26进行存储。所述电击设施22位于每个释放箱13的底部，采用数据传输线23将电击设施22与计算机26相连接，并利用计算机26控制电击设施22，使群体动物11承受不同程度的电击，达到处于不同紧急逃生状态的目的。为分析环境亮度对集群动物11运动规律的影响，在双层三维立体化楼梯12模型顶部位置布置照明灯25，用于调节楼梯间周围环境亮度，采用该数据采集控制系统02可实时获取集群动物11沿楼梯向下疏散运动信息。然后运用计算机处理技术对疏散图像信息进行后处理，可较全面地模拟分析集群动物11沿楼梯向下疏散运动规律，以获得紧急情形下疏散人员安全逃离的判断准则。
本实施例中，产烟箱32和所述烟气调流管34采用透明有机玻璃制成。所述发烟饼31位于产烟箱32的内部，当产烟箱32内部的发烟饼31被点燃时，产烟箱32内的烟气被小型抽风机33抽送到烟气调流管34内，采用烟气调流管34内部的烟气调节阀35可控制流入双层三维立体化楼梯12烟气流量的大小，该系统可用于实施不同烟气流量下集群动物疏散11沿楼梯向下疏散运动。
依据上述实验，分析和总结实验数据，研究不同工况下集群动物11沿楼梯向下疏散运动规律。
本发明用于集群动物沿楼梯向下疏散模拟实验，疏散集群动物易于获取，可操作性强，能够对不同楼梯形式、不同楼梯层数、楼梯间是否有障碍物、楼梯间亮度以及楼梯间是否有烟气等情况进行模拟。采用ccd摄像机对集群动物疏散运动实施数据采集，实时监测录制不同工况下集群动物沿楼梯疏散运动轨迹；同时采用电击设施对集群动物实施电击，模拟真实紧急状况的发生，通过调节电击程度，可控制群体动物的恐慌状态。最后将监测的结果映射到现实实际火灾发生时人群紧急从楼梯间逃生状态，进而可为科学制定楼梯间人群安全疏散策略提供技术支撑。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。