旅客机应急撤离引导系统的制作方法

本发明涉及旅客机应急撤离引导系统，属于航空旅客安全救生技术领域。

背景技术：

旅客机发生故障后，如何在有限的时间内确定可用出口、快速的打开可用出口、合理分配各出口撤离乘客数量、引导乘客迅速到达指定的出口位置，是保证机上人员迅速撤离的前提。

旅客机迫降过程中机体会受到较大冲击，容易导致机体变形，舱门无法打开，或者舱门处有火源、碎片等导致其不能使用，或者在撤离过程中某个出口由于火源蔓延变得不能使用等等。旅客撤离过程影响因素复杂多变，在可用的安全时间一定的情况下，影响总撤离时间的最主要因素包括出口准备时间、单位时间可通过人数和各可用出口利用率。

为了减少飞机出口准备所需时间，目前采用了各种应急撤离滑梯装置，基本能够保证在6秒的时间范围内展开充气并可用。例如，已有的带灯光指引系统的撤离滑梯，它通过撤离路线和滑梯底部位置的指示，增加了滑梯撤离过程的效率和安全性。

其中单位时间出口可通过人数受到出口尺寸、出口离地高度、滑梯宽度等限制，对发生的应急撤离过程统计结果表明单位时间出口可通过人数具有一定的随机分布特性，无法进一步提高性能。而在出口利用率方面，受到机上火源、浓烟等有害物质的动态影响，目前仅靠乘务员的人工指挥或乘客的自主行为向不同的出口撤离，尚无有效的引导方法和装置。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决旅客机应急撤离时，各出口的撤离人数随机分布，存在人员分散无序，不能充分利用各出口资源的问题，提供了一种旅客机应急撤离引导系统。

本发明所述旅客机应急撤离引导系统，它包括定位引导引擎、多个微基站、人员定位引导卡和出口状态指示器，

定位引导引擎设置于客舱的前端；多个微基站均衡分散设置于客舱内；人员定位引导卡的数量与座位的数量一致，每个座位配置一个人员定位引导卡；出口状态指示器的数量与出口数量一致，每个出口配置一个出口状态指示器；

定位引导引擎用于接收微基站传递的出口可用状态信号和持卡旅客当前位置信号，并结合预置的客舱布置信息，使用动态估算方法对每一位持卡旅客的预撤离方向进行估算引导，再通过微基站发送持卡旅客的预撤离方向信号；

微基站用于实现无线接收和发送信号；

人员定位引导卡用于获得持卡旅客当前位置信号，然后向微基站发送持卡旅客当前位置信号并对应接收当前持卡旅客的预撤离方向信号；人员定位引导卡通过显示屏显示移动方向信息；

出口状态指示器用于指示当前端口的可用状态，并向微基站发送相应出口的可用状态信号。

人员定位引导卡通过三角定位法计算获得持卡旅客在客舱内的当前相对位置信号。

所述定位引导引擎使用动态估算方法对每一位持卡旅客的预撤离方向进行估算引导的具体方法为：

定位引导引擎根据接收的所有持卡旅客当前位置信号，统计获得客舱各可用出口等待的旅客数量；将所有可用出口的等待旅客作为决策旅客，对每一位决策旅客进行以下处理：

首先，判断决策旅客是否需要更换撤离出口；若目标出口前位于当前决策旅客之前的等待旅客数量满足以下动态估算公式：

则当前决策旅客需要更换撤离出口；否则不需要；

式中T_i为决策旅客i对应的目标出口所有等待旅客撤离完毕预估时间，T_j为j出口所有等待旅客撤离完毕预估时间，L_i-j为决策旅客i从当前位置到j出口的路径长度，v_i为决策旅客i的移动速度，ε为容差阈值；

其中：

N_i为决策旅客i对应的目标出口等待旅客数量；N_j为j出口等待旅客数量；ψ_i为目标出口的撤离性能；ψ_j为j出口的撤离性能；

对需要更换撤离出口的当前决策旅客的撤离方向使用动态估算方法进行估算引导，并向当前决策旅客的人员定位引导卡发送预撤离方向信号；

然后，再根据所有持卡旅客当前位置信号判断旅客是否全部撤离完毕，如果否，则返回判断决策旅客是否需要更换撤离出口步骤，直至旅客全部撤离完毕。

动态估算方法的估算引导规则如下：

一、出口选择规则：

在所有出口可用状态未知时，按就近原则估算引导；

若当前旅客的最近出口不可用，则搜索下一个最近出口，直至找到最近的可用出口作为目标出口引导旅客；

当有多个距离相等的可用出口时，采用旅客运动方向规则中的随机方法随机选择出口；

对于决策旅客，首先按照所述判断决策旅客是否需要更换撤离出口的方法进行判断，再按上述规则进行出口选择引导；

二、旅客运动方向规则：

根据出口选择规则确定出口后，根据旅客相对出口位置进行运动方向的引导；

当有多个距离相等的可用出口时，按轮盘赌方式随机选择运动方向。

本发明的优点：本发明用于旅客机紧急情况下辅助机上人员快速撤离，它通过动态估算方法，来提高各可用出口的利用率，达到减少总撤离时间的目的。从而有效避免紧急情况下，某一出口大量聚积乘客的状况发生，使各可用出口达到最优利用率。

本发明通过在旅客机客舱中安装人员定位系统，根据应急撤离动态估算方法的估算结果，对需要进行目标出口重定向的乘客进行声音告警和提示。通过对某90座旅客机应急撤离过程使用引导方法和不使用引导方法进行仿真对比的结果表明：本发明引导方法可有效减少总撤离时间，与不使用引导方法的传统撤离模式相比用时减少了10％以上；各可用出口利用率提高了8％以上。

附图说明

图1是本发明所述旅客机应急撤离引导系统在客舱的分布状态示意图；

图2是人员定位引导卡的组成示意图；图中5为信号显示屏，6为接收单元，7为控制芯片，8为电池，9为发送单元，10为喇叭；

图3是定位引导引擎的动态估算流程图；

图4是采用本发明方法和传统方法分别进行1000次仿真实验的总撤离时间分布图；

图5是采用本发明方法和传统方法分别进行1000次仿真实验的出口利用率分布图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述旅客机应急撤离引导系统，它包括定位引导引擎1、多个微基站2、人员定位引导卡3和出口状态指示器4，

定位引导引擎1设置于客舱的前端；多个微基站2均衡分散设置于客舱内；人员定位引导卡3的数量与座位的数量一致，每个座位配置一个人员定位引导卡3，应急撤离时，每位旅客对应持有一张人员定位引导卡3；出口状态指示器4的数量与出口数量一致，每个出口配置一个出口状态指示器4；

定位引导引擎1用于接收微基站2传递的出口可用状态信号和持卡旅客当前位置信号，并结合预置的客舱布置信息，使用动态估算方法对每一位持卡旅客的预撤离方向进行估算引导，再通过微基站2发送持卡旅客的预撤离方向信号；

微基站2用于实现无线接收和发送信号；

人员定位引导卡3用于获得持卡旅客当前位置信号，然后向微基站2发送持卡旅客当前位置信号并对应接收当前持卡旅客的预撤离方向信号；人员定位引导卡3通过显示屏显示移动方向信息；

出口状态指示器4用于指示当前端口的可用状态，并向微基站2发送相应出口的可用状态信号。

人员定位引导卡3通过三角定位法计算获得持卡旅客在客舱内的当前相对位置信号。

在应急撤离初始时刻，所有旅客处于随机向出口移动状态；所述定位引导引擎1使用动态估算方法对每一位持卡旅客的预撤离方向进行估算引导的具体方法为：

定位引导引擎1根据接收的所有持卡旅客当前位置信号，统计获得客舱各可用出口等待的旅客数量；将所有可用出口的等待旅客作为决策旅客，对每一位决策旅客进行以下处理：

首先，判断决策旅客是否需要更换撤离出口；若目标出口前位于当前决策旅客之前的等待旅客数量满足以下动态估算公式：

则当前决策旅客需要更换撤离出口；否则不需要；

式中T_i为决策旅客i对应的目标出口所有等待旅客撤离完毕预估时间，T_j为j出口所有等待旅客撤离完毕预估时间，L_i-j为决策旅客i从当前位置到j出口的路径长度，v_i为决策旅客i的移动速度，ε为容差阈值；

其中：

N_i为决策旅客i对应的目标出口等待旅客数量；N_j为j出口等待旅客数量；ψ_i为目标出口的撤离性能；ψ_j为j出口的撤离性能；

对需要更换撤离出口的当前决策旅客的撤离方向使用动态估算方法进行估算引导，并向当前决策旅客的人员定位引导卡3发送预撤离方向信号；

然后，再根据所有持卡旅客当前位置信号判断旅客是否全部撤离完毕，如果否，则返回判断决策旅客是否需要更换撤离出口步骤，直至旅客全部撤离完毕。

动态估算方法的估算引导规则如下：

一、出口选择规则：

在所有出口可用状态未知时，按就近原则估算引导；

若当前旅客的最近出口不可用，则搜索下一个最近出口，直至找到最近的可用出口作为目标出口引导旅客；

当有多个距离相等的可用出口时，采用旅客运动方向规则中的随机方法随机选择出口；

对于决策旅客，首先按照所述判断决策旅客是否需要更换撤离出口的方法进行判断，再按上述规则进行出口选择引导；

二、旅客运动方向规则：

根据出口选择规则确定出口后，根据旅客相对出口位置进行运动方向的引导；

当有多个距离相等的可用出口时，按轮盘赌方式随机选择运动方向。

本实施方式中，人员定位引导卡3可通过图像和声音提示实现旅客机紧急情况下乘客撤离过程的动态引导，达到提高所有可用出口利用率的目的。引导指令显示到信号显示屏5上，主要分为“前进箭头”和“调头箭头”两类，同时通过引导卡上的喇叭10进行声音提示，主要为“继续前进”和“调头”两类，同时在空闲时用于播放飞机出口可用状态。出口状态指示器4向微基站2发送出口是否已打开并准备好信号。其各个之间采用无线WIFI信号传输信息。

本发明在实际使用过程中的流程如下：

1)机长发布撤离开始命令。

2)通过出口状态指示器获得机上所有出口状态，并播报出口可用状态给机上所有乘客。

3)通过人员定位引导卡使用三角定位法获取所有乘客位置，并统计各可用出口等待的乘客数量。

4)搜索所有决策乘客，即能够进行其它出口选择的乘客，对于每一位决策乘客：

①判断是否需要更换撤离出口；

②如果决策乘客需要调整目标出口，发送“调头”提示信号到此决策乘客的定位引导卡。

5)判断乘客是否全部撤离完毕，如果仍有乘客位于客舱区域，返回步骤2)继续直至全部乘客撤离完毕。

下面对不同类型出口对应的最大允许座位数量及撤离性能统计如表1所示。

表1

在估算引导规则中，可以结合乘务员规则在实际中使用：

乘务员规则：

1)撤离开始时，乘务员查看负责的出口可用情况，并打开可用出口，如果此出口不可用则寻找下一个可用出口；

2)打开出口后，乘务员开始指挥乘客撤离；

3)区域内乘客全部撤离后，乘务长开始清舱，其他乘务员直接撤离。

出口利用率U_S计算公式如下。

$U_S=1-\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(T_{total}-T_{{\mathrm{exit}}_i})}{(n-1)\×T_{total}},$

式中：n为撤离可用出口数量，n≥2；为出口i最后一位乘客撤离时间；T_total为总撤离时间，即

实施实例：

以90座某旅客机为例，客舱总长度19m，客舱平面布置方案采用I+I型出口布置，前部I型应急出口处无障碍过道宽度均为690mm，后部I型应急出口处无障碍过道宽度均为610mm。共18排座椅，客舱右侧为3联排，客舱左侧为2联排，排距780mm，16-17排排距为1500mm。共有旅客90名，乘务员2名，飞行员2名。

分别使用传统模型和本发明引导模型进行1000次撤离仿真实验，经计算，总撤离时间分布仿真结果如图4所示。图5为1000次实验的飞机出口利用率分布图。

仿真结果表明，传统撤离模式下总应急撤离时间为62s，使用本发明引导模型之后总应急撤离时间为55s，总撤离时间与传统撤离模式相比减少了10％以上；传统撤离模式下出口利用率为0.8374，使用本发明引导模型之后出口利用率为0.9078，利用率提高了8％以上。