本发明涉及建筑物安防物联网领域，特别是涉及一种基于分层雾计算的智能疏散系统及紧急疏散方法。
背景技术：
尤其复杂结构的高层建筑物，旅游景点，园区等人员密度高的场所，一旦发生灾难性突发事件，例如火灾、地震、恐怖袭击等，人群生命财产等安全等将会受到极大威胁。通过对国内外人员聚集场所的突发事件统计分析，凡造成重大人员伤亡的事故，与没有可靠的安全疏散设施或管理方案，人员不能及时疏散到安全避难区域密切相关。根据这些场所的设计实时规划出可靠的疏散方案，为场所的人员和物资的疏散提供条件，是人员密集场所安全设计的重要内容。
利用物联网技术解决人员安全疏散问题是当前安防领域的研究热点之一。紧急疏散是指在发生突发性灾害时，短时间内为人员和物资提供转移到安全区域的疏散路线以达到减少生命和财产损失的目的。基于物联网的智能紧急疏散利用无线通信技术将传感器中的数据传输到网络的中心节点，中心节点接受数据对其进行分析与处理，为监控管理人员决策疏散方案提供数据支持。物联网中强大的传感器网络能够实时收集现场环境信息，监测和识别当前环境中是否存在危害，如果发现危害，发出警报并启动疏散管理系统，监控管理人员根据收到的信息结合监控视频决策出合理的疏散方案，同时对类似火灾的灾情采取措施进行控制，以降低人员与物资的损失。进行疏散过程中，难免存在人员受伤的情况，基于物联网的智能紧急疏散能够通过疏散人员端的智能设备确定人员实时位置，对于受伤或者行动不便的人员，救援人员可以根据其所在位置，制定安全的救援路线，减少人员的伤亡数量。
当前，基于物联网的智能疏散方法是通过网络中的传感器等设备收集现场环境信息并将这些信息传输到网络的中心节点处统一分析处理的集中式网络，通过集中式网络制定疏散方针，会存在以下几个问题：1)延时问题：在数据量较大时，运用集中式的网络传输、处理数据可能会出现延时等问题，不能达到实时性要求。2)路线精确性：通过这种集中式的网络制定出的疏散路线大都是群体疏散路线，很难根据个人特点制定精确的个人疏散路线。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于分层雾计算的智能疏散系统及紧急疏散方法，用于解决现有技术中存在延时并无法没有针对个人给出疏散路线的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于分层雾计算的智能疏散系统，其创新点在于：所述智能疏散系统包括定位识别端、疏散决策指示端和监控调度端；
所述定位识别端用于将待疏散实体信息发送至距离最近的所述疏散决策指示端，每个定位识别端就有自身id；
所述疏散决策指示端为多个，分散安装于建筑物的不同区域，所述疏散决策指示端通过无线定位方法实时定位待疏散实体位置，通过待疏散实体信息和建筑物内环境数据获得从疏散实体位置至目的地的最佳疏散路线，并发送至所述监控调度端；
所述监控调度端通过监控调度端实时监测疏散情况。
于本发明的一实施例中，所述疏散决策指示端包括定位模块、信息汇聚模块、决策模块、信息过滤上传模块和路线指示模块；
所述定位模块用于采用无线信号定位方法实时定位待疏散实体的定位识别端，获得待疏散实体位置；
所述信息汇聚模块用于接收待疏散实体信息以及汇集建筑物内环境数据构成决策信息；所述决策模块用于融合处理决策信息和疏散实体位置，获得从疏散实体位置至目的地的最佳疏散路线；
所述信息过滤上传模块用于过滤嘈杂信息，将待疏散实体信息和最佳疏散路线发送至监控调度端；
所述路线指示模块用于将最佳疏散路线定向发送至选定的定向识别终端，待疏散实体根据最佳疏散路线进行转移。
于本发明的一实施例中，所述智能疏散系统还包括救援终端，所述救援终端用于接收来自所述监控调度端的救援指令，所述救援终端将救援信息无线发送至所述疏散决策指示端的信息汇聚模块，所述疏散决策指示端制定救援路线发送给所述救援终端。
于本发明的一实施例中，所述救援终端包含救援信息接收模块和救援路径指向模块，所述救援接收模块用于接收所述救援指示模块发送的救援指令，当救援接收模块接收到救援指令后；所述救援路径指向模块用于接收所述疏散决策指示端的救援路线，救援实体根据救援路线进入建筑物内。
于本发明的一实施例中，所述监控调度端包括监控模块、救援判定模块和救援指示模块；所述监控模块用于调用安装于建筑物内的监控摄像头沿最佳疏散路线监测待疏散情况；所述救援判定模块用于根据待疏散实体信息判断待疏散实体是否需要救援；所述救援指示模块用于接收所述救援判定模块的救援信息，向所述救援终端发送救援指令。
本发明还提供了一种紧急疏散方法，用于建筑物内人员紧急疏散过程，建筑物内部不同区域分别安装有疏散决策指示端，所述紧急疏散方法具体包括以下步骤：
步骤s1，待疏散实体通过定位识别端向距离最近的疏散决策指示端发送待疏散实体信息，疏散决策指示端根据定位识别端定位待疏散实体位置；
步骤s2，根据待疏散实体信息和建筑物内环境数据制定待疏散实体位置至目的地的最佳疏散路线；
步骤s3，监控调度模块接收来自疏散决策指示端的待疏散实体信息和最佳疏散路线，监控疏散情况；
步骤s4，待疏散实体根据当前指定的最佳路线转移至下一个安全区域，若下一个安全区域为目的安全区域，则疏散完成；当下一个安全区域不是目的区域，则返回步骤s2。
于本发明的一实施例中，在所述步骤s3中，所述监控调度监控疏散情况具体为：
步骤s31，根据待疏散实体信息判断待疏散实体是否需要救援；若需要救援，则执行步骤s32，当不需要救援，则执行步骤s4；
步骤s32，监控调度模块向救援终端发送救援指令；
步骤s33，救援终端执行救援行动。
于本发明的一实施例中，所述步骤s33，救援终端执行救援行动具体包括：
s331，疏散决策指示端根据定位识别端id，确定被救援的待疏散实体位置；
s332，疏散决策指示端通过救援终端定位救援实体位置；
s333，根据疏散决策指示端间协同获得建筑物内部环境数据制定从待疏散实体位置至救援实体位置的救援路线，救援路线不同于最佳疏散路线；
s334，通过距离救援实体位置最近的疏散决策指示端发送救援路线至救援终端；
s335，救援实体根据救援路线达到被救援的待疏散实体位置后，完成救援行动，可按照被救援待疏散实体的最佳疏散路线进行步骤s4。
如上所述，本发明的基于分层雾计算的智能疏散系统及紧急疏散方法，具有以下有益效果：
本发明在建筑物内不同区域分别安装疏散决策指示端，完全去中心化，不存在延时，在疏散过程中可针对个人制定最佳疏散路线，同时根据建筑物内环境数据及时调整，保证待疏散人员的疏散安全；当在疏散人员出现没有行动能力时，可及时向救援人员发送救援任务，制定以及及时调整救援路线，保证救援快速完成。
附图说明
图1显示为本发明的智能疏散系统于一实施例中的结构示意图。
图2显示为本发明的紧急疏散方法的流程示意图。
图3显示为本发明的紧急疏散方法中判断救援的流程示意图。
图4显示为本发明的救援实体进行救援的流程示意图。
元件标号说明
1定位识别端
2救援终端
3疏散决策指示端
31定位模块
32信息汇聚模块
33决策模块
34信息过滤上传模块
35路线指示模块
4监控调度端
41监控模块
42救援判定模块
43救援指示模块
s1～s2步骤
s31～s33步骤
s331～s335步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。在本发明中，待疏散实体：指系统中需要被疏散至它处的实体，包括但不限于人员、物资等。雾计算节点：部署在网络边缘侧，即靠近数据源或终端用户的地方，具备计算、存储、网络通信等功能，且可将其能力对外开放的计算节点，包含但不限于智能网关，边缘基站，边缘云节点等。救援实体：进入疏散区域将带疏散实体转移到疏散目的地的实体，包括但不限于救援实体、消防官兵、救援机器人等。
第一实施例
请参阅图1，本实施例提供一种基于分层雾计算的智能疏散系统，所述智能疏散系统包括定位识别端1、疏散决策指示端3和监控调度端4；所述定位识别端1为待疏散实体佩带的通讯设备，每个定位识别端1就有自身id，比如手机，所述定位识别端1用于将待疏散实体信息(例如，人员数目、人员疏散行动能力等数据)发送至距离最近的所述疏散决策指示端3，例如待疏散实体可通过手机登录设在手机上的疏散系统，将待疏散实体的人员数目以及自身疏散行动能力填写至疏散系统，经疏散系统将该待疏散实体信息发送至距离最近的疏散决策指示端3。
一建筑物内安装有多个所述疏散决策指示端3，分散在建筑物的不同区域，每个疏散决策指示端3具有自身的监测区域，覆盖整个建筑物内部环境，例如，建筑物的每个楼层安装有一疏散决策指示端3，该疏散决策指示端3可采集当前楼层内的环境数据和可接收待疏散实体信息。所述疏散决策指示端3是一个雾计算节点，疏散决策指示端3通过无线定位方法实时定位待疏散实体位置；获得当一疏散决策指示端3收到待疏散实体信息时，通过待疏散实体信息和建筑物内环境数据(包括但不限于：灾害蔓延及波及范围相关传感数据、照明传感数据、人员密度、楼道容量、出口位置与数量)获得从疏散实体位置至目的地的最佳疏散路线，所述待疏散实体根据最佳疏散路线进行疏散。所述疏散决策指示端3将最佳疏散路线和待疏散实体信息发送至所述监控调度端4，通过监控调度端4实时监测疏散情况，由监控调度端4通过待疏散实体信息判断待疏散实体是否需要救援。其中环境数据由安装在建筑物内部的传感器获取，传感器将获得环境数据传输至距离最近的疏散决策指示端3。
进一步的，所述疏散决策指示端3包括定位模块31、信息汇聚模块32、决策模块33、信息过滤上传模块34和路线指示模块35，所述定位模块31用于采用无线信号定位方法实时定位待疏散实体的定位识别端1，获得待疏散实体位置，其中，所述定位方法包含但不限于wifi三边定位法；所述信息汇聚模块32用于接收待疏散实体信息以及汇集现场环境数据构成决策信息；所述决策模块33用于融合处理决策信息和疏散实体位置，获得从疏散实体位置至目的地的最佳疏散路线，其中目的地可以为建筑物的出口，也可以是方便最后救援的窗口。所述信息过滤上传模块34用于过滤所述定位模块31和信息汇聚模块32中的嘈杂信息，将待疏散实体信息和最佳疏散路线发送至监控调度端4；所述路线指示模块35用于将最佳疏散路线定向发送至选定的定向识别终端，待疏散实体根据最佳疏散路线进行转移，其中定向发送是路线指示模块35选择定位识别端1的id，向其发送最佳疏散路线。另外，最佳疏散路线是由多个安全区域构成，安全区域是根据疏散决策指示端3间协同计算后获得的相对安全区域，安全区域是既不易受到灾情影响，又便于逃生和救援的区域，例如建筑物内每楼层间的逃生楼梯。
可选的，所述智能疏散系统还可包括救援终端2，所述救援终端2用于接收来自所述监控调度端4的救援指令，所述救援终端2将救援信息无线发送至所述疏散决策指示端3的信息汇聚模块32，所述疏散决策指示端3制定救援路线发送给所述救援终端2。所述救援终端2为佩带在救援实体上的救援设备，该疏散决策指示端3通过定位模块31定位所述救援实体位置。所述疏散决策指示端3的决策模块33通过信息汇聚模块32针对被救援的待疏散实体制定救援路线，所述救援路线与所述最佳疏散路线不一致，避免救援实体与大批疏散人员相遇，从而发生拥堵。
具体的，所述监控调度端4根据待疏散实体信息判断是否需要救援，所述监控调度端4包括监控模块41、救援判定模块42和救援指示模块43，所述监控模块41用于调用安装于建筑物内的监控摄像头沿最佳疏散路线监测待疏散情况；所述救援判定模块42用于根据待疏散实体信息判断待疏散实体是否需要救援，当待疏散实体需要救援时，所述救援判定模块42箱所述救援指示模块43发送救援信息；所述救援指示模块43用于接收所述救援判定模块42的救援信息，向所述救援终端2发送救援指令。
另外，所述救援终端2包含救援信息接收模块和救援路径指向模块，所述救援接收模块用于接收所述救援指示模块43发送的救援指令，当救援接收模块接收到救援指令后，救援实体出发进行救援行动；所述救援路径指向模块用于接收所述疏散决策指示端3的救援路线，救援实体根据救援路线进入建筑物内。
第二实施例
本实施例提供了一种采用第一实施例中的智能疏散系统获得的紧急疏散方法，用于建筑物内人员紧急疏散过程，建筑物内部不同区域分别安装有疏散决策指示端3，所述紧急疏散方法具体包括以下步骤，如图2-3所示：
步骤s1，待疏散实体通过定位识别端1向距离最近的疏散决策指示端3发送待疏散实体信息，疏散决策指示端3根据定位识别端1定位待疏散实体位置。
其中，所述定位识别端1为佩带在待疏散实体上的通讯设备，通讯设备可以为手机、平板电脑等，每个定位识别端1就有自身id，所述定位识别端1用于将待疏散实体信息发送至距离最近的所述疏散决策指示端3，例如待疏散实体可通过手机登录设在手机上的疏散系统，将待疏散实体的人员数目以及自身疏散行动能力填写至疏散系统，经疏散系统将该待疏散实体信息发送至距离最近的疏散决策指示端3。其中，所述待疏散实体信息包括但不限于人员数目和人员疏散行动能力；所述疏散决策指示端3通过无线定位方法获得待疏散实体实时位置，无线定位方法包含但不限于wifi三边定位法。
步骤s2，根据待疏散实体信息和建筑物内环境数据制定待疏散实体位置至目的地的最佳疏散路线。
所述建筑物内环境数据包含但不限于：灾害蔓延及波及范围相关传感数据、照明传感数据、人员密度、楼道容量、出口位置与数量；这些环境数据可通过对应传感器进行采集。建筑物内环境数据获得过程是：首先，传感器采集有效监测区域内的环境数据；然后将获得环境数据发送至距离最近的疏散决策指示端3的信息汇聚模块32；最后，通过疏散决策指示端3间协同获得建筑物内部环境数据。由于，在不同时间段内，建筑物内的环境处于多变状态，影响建筑物内部环境数据，使得最佳疏散路线发生改变。
另外，目的地可以是建筑物的出口，也可以是便于最后救援的逃生口。
步骤s3，监控调度模块接收来自疏散决策指示端3的待疏散实体信息和最佳疏散路线，监控疏散情况。
其中，所述监控调度监控疏散情况具体为：
步骤s31，根据待疏散实体信息判断待疏散实体是否需要救援；若需要救援，则执行步骤s32，当不需要救援，则执行步骤s4；
其中判断待疏散实体是否需要救援具体为：预先设定人员疏散行动能力等级，当员疏散行动能力等级达到需要救援等级时，判断为需救援。例如，将人员疏散行动能力分为3等，一等为具备快速行动能力，二等为具备缓慢行动能力，三等为无行动能力。根据接收到的实体信息中人员疏散行动能力等级是否为三等，当人员疏散行动能力等级为三等时，则判断需要救援。
步骤s32，监控调度模块向救援终端2发送救援指令；
步骤s33，救援终端2执行救援行动。
所述救援终端2为佩带在救援实体上的救援设备，所述步骤s33，救援终端2执行救援行动具体包括，如图4所示：
s331，疏散决策指示端3根据定位识别端1id，确定被救援的待疏散实体位置；
s332，疏散决策指示端3通过救援终端2定位救援实体位置；
s333，根据疏散决策指示端3间协同获得建筑物内部环境数据制定从待疏散实体位置至救援实体位置的救援路线，救援路线不同于最佳疏散路线；
s334，通过距离救援实体位置最近的疏散决策指示端3发送救援路线至救援终端2；
s335，救援实体根据救援路线达到被救援的待疏散实体位置后，完成救援行动，可按照被救援待疏散实体的最佳疏散路线进行步骤s4。
步骤s4，待疏散实体根据当前指定的最佳路线转移至下一个安全区域，若下一个安全区域为目的安全区域，则疏散完成；当下一个安全区域不是目的区域，则返回步骤s2。
举例说明：
本实施例以建筑物火灾为例，待疏散实体分别为待疏散人员a和b，以及消防救援人员c，分别持有定位识别端1设备与救援终端2设备，待疏散人员a的定位识别端1为id1定位识别端，待疏散人员b的定位识别端1为id2定位识别端，待疏散人员a的人员行动能力等级为一等或二等，待疏散人员b的人员行动能力等级为三等，需要被救援；疏散决策指示端3存在5台，分布于建筑物的不同区域，并与该区域各类传感器通过无线信道连通；存在监控调度端4一台，与疏散决策指示端3通过以太网连接。
a的救援情况：
步骤s1，待疏散人员a通过id1定位识别端向距离最近的疏散决策指示端3发送待疏散人员a信息，疏散决策指示端3根据id1定位识别端定位待疏散人员a位置。
步骤s2，根据待疏散人员a信息和建筑物内环境数据制定待疏散实体位置至目的地的最佳疏散路线。疏散决策指示端3接收待疏散人员a的信息，疏散决策指示端3通过当前灾情蔓延态势与建筑出口情况确定出口目标区域(目的地)当前的疏散路线。在待疏散人员a疏散过程中，疏散决策指示端3实时监测建筑物内环境数据，当疏散决策指示端3为待疏散人员a实时制定从当前位置至出口目标区域的最佳疏散路线。
步骤s3，监控调度模块接收根据最佳疏散路线实时监控待疏散人员a的疏散情况。确定待疏散人员a能自行疏散以及位置，并将其上传给监控调度端4。
步骤4：如果待疏散人员a位置还没有到达出口目标区域，人员a继续按照步骤s2进行疏散疏散。直到，待疏散人员a到达出口目标区域，疏散成功。疏散决策指示端3将人员a疏散任务完成的信息上传到监控调度端4。
b的救援情况：
步骤1：待疏散人员b通过id2定位识别端向距离最近的疏散决策指示端3发送待疏散人员b信息，疏散决策指示端3根据id2定位识别端定位待疏散人员b位置。
步骤s2，根据待疏散人员b信息和建筑物内环境数据制定待疏散实体位置至目的地的最佳疏散路线。疏散决策指示端3接收待疏散人员b的信息，疏散决策指示端3通过当前灾情蔓延态势与建筑出口情况确定出口目标区域(目的地)当前的最佳疏散路线。
步骤s3，监控调度模块接收根据最佳疏散路线实时监控待疏散人员b的疏散情况。确定待疏散人员b无法自行疏散以及位置，并将其上传给监控调度端4。待疏散人员b按照最佳疏散路线达到安全区域内，等到被救援。
监控调度模块向持有救援终端2的消防救援人员c发送救援指令，消防救援人员c接收到救援信息，进入建筑内。
1)疏散决策指示端3根据id2定位识别端，确定待疏散人员b位置；
2)疏散决策指示端3通过救援终端2定位消防救援人员c位置；
3)根据疏散决策指示端3制定从消防救援人员c位置至待疏散人员b位置的救援路线，救援路线不同于最佳疏散路线；
4)通过距离救援实体位置最近的疏散决策指示端3发送救援路线至救援终端2；
5)救援实体根据救援路线达到被救援的待疏散实体位置后，完成救援行动。
当消防救援人员c达到待疏散人员b位置后，消防救援人员c与待疏散人员b此时可以按照待疏散人员b的步骤进行疏散逃离，直至到达出口位置。救援与疏散任务完成，上传信息到监控调度端4。
综上所述，本发明在建筑物内不同区域分别安装疏散决策指示端3，完全去中心化，不存在延时，同时在疏散过程中可根据建筑物内环境数据及时调整最佳疏散路线，保证待疏散人员的疏散安全；同时可在疏散人员出现没有行动能力时，可及时向救援人员发送救援任务，制定以及及时调整救援路线，保证救援快速完成。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。