一种基于巷道淹没分析的逃生路径规划方法及系统与流程

本发明涉及巷道淹没逃生规划，具体涉及一种基于巷道淹没分析的逃生路径规划方法及系统。

背景技术：

1、矿井突水一直以来都是矿井的开采中所要面临的一个较大威胁。伴随着开采深度的加深，复杂的水文地质条件和生产环境导致煤矿水害事故时有发生，水害的影响范围和危害性也在不断加大。矿井一旦发生突水，如不能及时掌握突水淹没情况，迅速启动紧急抽排水系统，及时实施救援指挥，其可控性难度将不断升级，影响矿井应急响应效率。不仅会影响矿山的正常安全生产、伤及工作人员健康，甚至还会引起巷道坍塌等次生灾害，对于矿井开采环境带来毁灭性，甚至不可恢复性破坏。

2、为了确保在发生矿井突水时，能够及时给予被困人员安全指导，现有的矿井的逃生路径规划系统大多是在第一时间生成对应的距离最短的路径，并发送给被困人员，但是在矿井突水发生时，对应的突水导致的巷道淹没是动态变化的，这就导致最开始生成的路径在被困人员抵达时不适用，造成被困人员前往危险区域。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种基于巷道淹没分析的逃生路径规划方法及系统，能够结合巷道淹没的动态情况进行逃生路径规划，避免被困人员在进行逃生时出现通行困难的区域，造成被困人员无法及时逃生。

2、为了达到上述目的，提供了一种基于巷道淹没分析的逃生路径规划方法，包括以下步骤：

3、s1、对各个巷道是否发生突水进行实时监控；

4、s2、在检测到某一巷道内发生突水时，获取当前时刻下的突水基本信息，巷道内的被困人员基本信息以及避灾点位置信息；所述被困人员基本信息包括被困人员身份信息以及被困位置信息；

5、s3、根据获取到当前时刻下的突水基本信息，从数据库中调取各个巷道之间的连通关系以及连通的巷道之间的高程关系，基于预先设置的巷道淹没动态策略，对当前时刻所对应的淹没边界点进行确定，将当前时刻下所确定的淹没边界点存储到淹没边界点集合中；并根据确定的淹没边界点，对水流路径进行更新；

6、s4、在更新完对应的淹没边界点集合后，判断当前时刻的各个淹没边界点所对应的水位是否超出预设水位阈值，若否，则开始计时，抵达预设时间间隔后，重新执行s2；

7、s5、在对应的淹没边界点集合更新的过程中后，根据对应时刻下的突水基本信息，被困人员位置信息、避灾点位置信息以及淹没边界点集合，基于突水逃生路径搜索模型，生成对应的逃生最优的人员逃生路径，并发送给对应的被困人员所对应的客户端。

8、本方案的技术原理及效果：在本方案中，首先对各个巷道是否发生突水进行实时监控，一旦检测到对应的某一巷道内发生突水，就会立即获取当前时刻下的突水基本信息，以及巷道内的被困人员基本信息以及避灾点位置信息，其中被困人员基本信息包括被困人员的身份信息以及被困位置信息，通过被困位置信息和避灾点位置信息就可以很好的知晓被困人员该如何逃生，所要解决的就是如何选取最后的路线进行逃生。所以之后就会根据当前时刻下的突水基本信息，从数据库中调取该各个巷道之间的连通关系，以及连通的巷道之间的高程关系，这样根据预设的巷道淹没动态策略就可以比较快速且准确的知晓当前时刻所对应的淹没边界点，从而实现对淹没边界点的保存，形成对应的淹没边界点集合。

9、在完成淹没边界点集合更新之后，就会判断当前时刻下的各个淹没边界点所对应的水位是否超出预设水位阈值，若是，则在预设时间间隔之后再进行淹没边界点结合的更新，从而实现对巷道内水位淹没的动态模拟，进而更加真实的模拟出水位的淹没状态，极大提高对应的淹没状态模拟的真实性。

10、同时在每一次更新完淹没边界点集合之后，都会根据突水逃生路径搜索模型进行逃生最优的人员逃生路径的搜索，从而确保被困人员能够及时的更新逃生路径，进而实现逃生路径在当前时刻下的最优，极大提高被困人员在任何时候的逃生的安全性和可靠性。

11、1、通过对巷道内水位淹没的动态的模拟，实现了在突水发生时巷道内水位变化的真实模拟，更加进一步确保了对应的模拟的真实性和可靠性，为后续的逃生路径的搜索提供有效的依据。

12、2、在每次更新完淹没边界点集合之后都进行当前时刻下的逃生路径的更新，从而确保当前时刻下的逃生路径是符合当前的各个巷道淹没情况的，进而实现当前时刻下逃生路径的最优，极大确保被困人员逃生过程的安全，即能够结合巷道淹没的动态情况进行逃生路径规划，避免被困人员在进行逃生时出现通行困难的区域，造成被困人员无法及时逃生。

13、进一步，所述s3包括：

14、s30、根据获取到的当前时刻下的突水基本信息，从数据库中调取各个巷道之间的连通关系以及连通的巷道之间的高程关系；所述突水基本信息包括突水位置信息、突水水量以及突水速率；

15、s31、根据突水位置信息，各个巷道之间的连通关系，确定与突水点所在的巷道相连通的各个巷道；

16、s32、根据连通的巷道之间的高程关系，以及确定的各个巷道，确定各个巷道与突水点所在巷道的高程最低的结点，并将其存储到水流低点集合中；若与突水点相连通的结点标高均高于突水点，则该突水点为水流低点；

17、s33、根据水流低点集合中的各个水流低点，获取对应水流低点所在巷道的巷道基本信息，并基于巷道水位高度计算公式，计算出当前时刻下对应的巷道的当前水位；

18、s34、根据水流低点所在巷道的当前水位，以及水流低点的结点标高，判断当前水位是否高于水流低点的结点标高；

19、若当前水位高于水流低点的结点标高，则判断该水流低点所在巷道的弧段被全部淹没，该水流低点并入到水流低点集合中；

20、若当前水位等于水流低点的结点标高，则判断该水流低点所在巷道弧段也被全部淹没，该水流低点存储到淹没边界点集合中；

21、若当前水位低于水流低点的结点标高，则判断该水流低点所在巷道弧段被淹没一部分，该水流低点存储到淹没边界点集合中；

22、s35、更新对应的水流低点集合和淹没边界点集合后，更新水流路径，继续执行s33，直到水流低点集合中没有水流低点，输出最终的淹没边界点集合。

23、有益效果：在本方案中，通过各个巷道之间的连通关系以及连通的巷道之间的高程关系，就可以快速的判断出在巷道内发生突水时，对应的水流的淹没方向以及被淹没的巷道弧段，能够快速实现对巷道内水流的漫延情况进行掌握，为后续的路径规划提供有效的依据。

24、进一步，所述巷道水位高度计算公式为：

25、

26、式中，hx为自突水开始经过t时间巷道弧段x内的水位标高，h0、h1分别为巷道x两端节点的高程值，q为单位时间内巷道的突水流量，lx为巷道弧段x的长度，sx为该巷道弧段x的剖面面积。

27、有益效果：通过巷道水位高度计算公式的设置实现了对巷道水位的实时计算，能够更好的为巷道的淹没情况进行有效的分析。

28、进一步，所述s5包括：

29、s50、在对应的淹没边界点集合更新的过程中，设置巷道所对应的有向网络图b＝(n，p)，其中n＝{1，2,3,…，n}为结点集，p＝{(i，j)∈n×n}为巷道弧段集；根据突水基本信息，被困人员位置信息、避灾点位置信息以及淹没边界点集合，基于巷道水位高度计算公式，计算出第k个时间区间巷道弧段i到j的淹没高度h2以及第k+1个时间区间巷道弧段i到j的淹没高度h3；所述k为巷道弧段开始上涨淹没的时刻；

30、s51、根据预设的阻滞型水中逃生速度曲线模型，计算出第k个时间区间中通过巷道弧段i到j的平均逃生速度；

31、所述阻滞型水中逃生速度曲线模型为：

32、

33、式中，v0为被困人员在巷道中默认初始移动速度，λ、σ为误差调整量，h为巷道内当前时间区间的淹没高度，r为被困人员通常情况下的体力，h*为0.8倍被困人员升高，r0＝r；

34、所述平均逃生速度为：

35、

36、s52、根据平均逃生速度，计算出第k个时间区间的平均速度矩阵；

37、所述平均速度矩阵为：

38、

39、s53、基于巷道弧段i到j的物理长度，基于通过时间计算公式，计算通过该巷道弧段i到j所需要时间，并生成对应的时间当量长度矩阵；

40、所述通过时间计算公式为：

41、

42、式中，lij为巷道弧段i到j的物理长度,aij为巷道弧段i到j所对应的安全系数；

43、所述时间当量长度矩阵为：

44、

45、s54、根据各个巷道弧段之间的时间当量长度矩阵，基于被困人员位置信息和避灾点位置信息，匹配出从被困人员位置信息到避灾点位置信息所对应的时间当量长度最短的路线，保存该路线为逃生最优的人员逃生路径，并发送给对应的被困人员所对应的客户端。

46、有益效果：在本方案中，考虑到突水水分后各个巷道弧段内的淹没位置也随着突水进程而动态变化，进而影响实际通行所需时间，所以为了实现对这一情况的真实且准确的动态描述，通过构建有向网络图的形式，利用水流在不同巷道弧段开始淹没的时间不同，通过在不同时刻下的被困人员逃生评价速度进行计算，以此来实现对应的巷道弧段的时间当量长度矩阵的计算，进而知晓在对应的各个时刻区间下的被困人员在各个巷道内的时间当量长度，从而实现对应的逃生路径的时间当量长度最短的搜索，进而实现最优逃生路径的生成，逃生路径随着各个巷道弧段的时间当量长度的变化而发生变化，实现被困人员逃生路径在当前是最快的同时也能及时结合对应的巷道淹没对被困人员逃生的影响，极大提高了被困人员逃生的安全性和高效性。

47、本发明还提供一种基于巷道淹没分析的逃生路径规划系统，使用上述的一种基于巷道淹没分析的逃生路径规划系统，包括服务端和客户端；

48、所述服务端包括：

49、实时监控模块、用于对各个巷道是否发生突水进行实时监控；

50、数据获取模块、用于在检测到某一巷道内发生突水时，获取当前时刻下的突水基本信息，以及巷道内的被困人员基本信息以及避灾点位置信息；所述被困人员基本信息包括被困人员身份信息以及被困位置信息；

51、淹没动态分析模块、用于根据获取到当前时刻下的突水基本信息，从数据库中调取对应的各个巷道之间的连通关系以及连通的巷道之间的高程关系，基于预先设置的巷道淹没动态策略，对当前时刻所对应的淹没边界点进行确定，将当前时刻下所确定的淹没边界点存储到淹没边界点集合中；并根据确定的淹没边界点，对水流路径进行更新；

52、判断模块、用于在更新完对应的淹没边界点集合后，判断当前时刻的各个淹没边界点所对应的水位是否超出预设水位阈值，若否，则开始计时，抵达预设时间间隔后，重新执行淹没动态分析模块；

53、最优路径规划模块、用于在对应的淹没边界点集合更新的过程中后，根据对应时刻下的突水基本信息，被困人员位置信息、避灾点位置信息以及淹没边界点集合，基于突水逃生路径搜索模型，生成对应的逃生最优的人员逃生路径，并发送给对应的被困人员所对应的客户端。