一种用于消防喷头点位布局的优化方法及系统与流程

本发明涉及数据处理，具体涉及一种用于消防喷头点位布局的优化方法及系统。

背景技术：

1、消防喷头，通常被称为自动喷水灭火系统的一部分，是现代建筑物消防系统中的关键组件。在火灾刚开始时，喷头可以迅速响应高温，自动启动，将水喷洒到火源上。及时的水喷洒可以有效地控制火势，避免火势迅速蔓延，大大减少建筑物和其中的财产损失。并可为人员撤离提供时间，并减少由于火灾造成的伤害和死亡。通常使用遗传算法获取最优的消防喷头点位布局。

2、现有的问题：当遗传算法的参数选取不合适时，会造成算法运算较缓慢，且可能得到的消防喷头点位布局不合理，导致覆盖范围不足，这可能会导致火势蔓延的部分区域没有被及时喷洒到，从而使火势继续蔓延，增加火灾造成的伤害和死亡风险。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于消防喷头点位布局的优化方法及系统，以解决现有的问题。

2、本发明的一种用于消防喷头点位布局的优化方法及系统采用如下技术方案：

3、本发明一个实施例提供了一种用于消防喷头点位布局的优化方法，该方法包括以下步骤：

4、使用bim模型构建任意一个建筑的三维模型，得到三维建筑模型，并将三维建筑模型等分为若干个正方体；在三维建筑模型中，使用遗传算法，得到若干个初始解和每个初始解对应的解集；所述解集包括分布在三维建筑模型中所有消防喷头的三维坐标；

5、将任意一个解集，记为目标解集；将目标解集对应的每个消防喷头，记为目标喷头；根据所有正方体中心点的三维坐标、目标解集，得到目标解集对应的有效喷水量；根据目标解集对应的有效喷水量、所有目标喷头之间的距离，得到目标解集对应的灭火效果；

6、在所有初始解中，根据所有解集对应的灭火效果，得到最优初始解；统计最优初始解在遗传算法迭代过程中得到的若干个迭代解集，根据所有迭代解集中每个消防喷头的三维坐标之间的距离，得到每个消防喷头对应的概率调整值；

7、根据所有消防喷头对应的概率调整值、最优初始解，得到最优消防喷头点位布局。

8、进一步地，所述根据所有正方体中心点的三维坐标、目标解集，得到目标解集对应的有效喷水量，包括的具体步骤如下：

9、在三维建筑模型中，根据所有正方体中心点的三维坐标、目标解集，使用ansysfluent模拟器，得到每个正方体中心点到每个目标喷头的水流量；

10、将任意一个正方体中心点，记为目标点；

11、统计目标点到每个目标喷头的水流量，将目标点分别到所有目标喷头的水流量之和，记为目标点的总水量；

12、将所有正方体中心点的总水量之和，记为目标解集对应的有效喷水量。

13、进一步地，所述根据目标解集对应的有效喷水量、所有目标喷头之间的距离，得到目标解集对应的灭火效果，包括的具体步骤如下：

14、在三维建筑模型中，将每个目标喷头与其距离最近的目标喷头之间的距离，记为每个目标喷头的最近距离；

15、根据所有目标喷头的最近距离、目标解集对应的有效喷水量，得到目标解集对应的灭火效果。

16、进一步地，所述根据所有目标喷头的最近距离、目标解集对应的有效喷水量，得到目标解集对应的灭火效果对应的具体计算公式为：

17、

18、其中f为目标解集对应的灭火效果，d为目标解集对应的有效喷水量，e为所有目标喷头的最近距离的方差，为以自然常数为底的指数函数，u为预设的指数函数的调整值。

19、进一步地，所述在所有初始解中，根据所有解集对应的灭火效果，得到最优初始解，包括的具体步骤如下：

20、统计所有初始解对应的解集对应的灭火效果中的最大值，将所述最大值对应的初始解，记为最优初始解。

21、进一步地，所述统计最优初始解在遗传算法迭代过程中得到的若干个迭代解集，根据所有迭代解集中每个消防喷头的三维坐标之间的距离，得到每个消防喷头对应的概率调整值，包括的具体步骤如下：

22、在最优初始解在遗传算法迭代过程中，将最后一次迭代得到的迭代解集，记为初始最优解集；将任意一个不是初始最优解集的迭代解集，记为参考解集；

23、将任意一个消防喷头，记为主喷头；

24、根据主喷头分别在初始最优解集和参考解集中对应的三维坐标，将主喷头在初始最优解集和参考解集之间的距离，记为主喷头的改变距离；

25、将所有消防喷头的改变距离之和，记为初始最优解集和参考解集之间的距离；

26、根据初始最优解集分别与其它所有迭代解集之间的距离、初始最优解集分别与其它所有迭代解集对应的主喷头的改变距离，得到主喷头的改变距离序列和改变距离序列中每个数据的权重；

27、根据主喷头的改变距离序列中每个数据的权重，使用最小二乘法对主喷头的改变距离序列中的数据进行加权拟合，得到拟合函数；

28、在主喷头的改变距离序列中，将每个数据输入到拟合函数中得到的输出值，记为主喷头的改变距离序列中的每个数据对应的拟合值；

29、根据主喷头的改变距离序列中的所有数据与其对应的拟合值，得到主喷头对应的概率调整值。

30、进一步地，所述根据初始最优解集分别与其它所有迭代解集之间的距离、初始最优解集分别与其它所有迭代解集对应的主喷头的改变距离，得到主喷头的改变距离序列和改变距离序列中每个数据的权重，包括的具体步骤如下：

31、对初始最优解集分别与其它所有迭代解集之间的距离由大到小进行排序，得到距离序列；

32、依次统计距离序列中每个数据对应的主喷头的改变距离，得到主喷头的改变距离序列；

33、使用最小最大规范法，对距离序列中的所有数据进行归一化处理，得到距离序列中每个数据的归一化值；

34、将一减去距离序列中每个数据的归一化值，记为距离序列中每个数据对应的主喷头的改变距离的权重。

35、进一步地，所述根据主喷头的改变距离序列中的所有数据与其对应的拟合值，得到主喷头对应的概率调整值对应的具体计算公式为：

36、

37、其中q为主喷头对应的概率调整值，为主喷头的改变距离序列中的第x个数据的值，为主喷头的改变距离序列中的第x个数据对应的拟合值，y为主喷头的改变距离序列中的数据数量，为线性归一化函数。

38、进一步地，所述根据所有消防喷头对应的概率调整值、最优初始解，得到最优消防喷头点位布局，包括的具体步骤如下：

39、将主喷头对应的概率调整值乘以预设的交叉概率，得到主喷头对应的新交叉概率；

40、将主喷头对应的概率调整值乘以预设的变异概率，得到主喷头对应的新变异概率；

41、根据所有消防喷头的新变异概率和新交叉概率、最优初始解，使用遗传算法，得到最优消防喷头点位布局。

42、本发明还提出了一种用于消防喷头点位布局的优化系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以实现前述所述的一种用于消防喷头点位布局的优化方法的步骤。

43、本发明的技术方案的有益效果是：

44、本发明实施例中，获取三维建筑模型，使用遗传算法，得到若干个初始解和每个初始解对应的解集，所述解集包括分布在三维建筑模型中所有消防喷头的三维坐标，从而获取每个解集对应的灭火效果。在所有初始解中，根据所有解集对应的灭火效果，得到最优初始解，其中最优初始解可以保障后续遗传算法获取的消防喷头点位布局效果较为优良。再统计最优初始解在遗传算法迭代过程中得到的若干个迭代解集，根据所有迭代解集中每个消防喷头的三维坐标之间的距离，得到每个消防喷头对应的概率调整值。根据所有消防喷头对应的概率调整值、最优初始解，得到最优消防喷头点位布局。其通过调整变异和交叉概率，提高遗传算法的运算速度。至此本发明通过自适应初始解、变异和交叉概率，实现消防喷头点位布局的优化和布局速度的提高，优良的消防喷头点位布局，使得消防喷头洒水覆盖范围充足，能有效防止火势蔓延，从而减小火灾造成的伤害和死亡风险。