基于人员特征的火灾疏散路径导航方法

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基于人员特征的火灾疏散路径导航方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及救生和消防技术，尤其涉及一种基于人员特征的火灾疏散路径导航方法。\n技术背景\n[0002] 长久以来，火灾一直是威胁人类生命财产安全的主要灾害之一。在火灾发生时，需要快速有效地对建筑物内的人群进行疏散，以减小火灾造成的人员伤亡。相比过去，现今的建筑物其结构更复杂，规模更大，建筑物内的通道往往纵横交错，数量众多。在这种复杂环境下，如何为待疏散人员选择一条优化的逃生路径成为疏散能否成功的关键。\n[0003] 当前，已有不少疏散路径选择方法被提出并投入使用。这些方法基于优化或图论的有关理论，可找到优化的疏散路径，比如，最短路径等。然而，大部分现有疏散路径选择方法具有两个缺点。首先，这些方法往往考虑静态的疏散环境，忽视了火灾蔓延对逃生的影响。其次，这些方法对所有位于相同位置的待疏散人员不加区分地给出相同逃生路径。上述缺点使得待疏散人员可能无法有效地执行疏散指示，在火情加剧前无法成功逃生。面对相同的逃生路径，移动速度快的年轻人可以顺利逃生，而速度慢的人员（如老人和小孩）则可能在尚未抵达逃生路径出口时就已经被火灾吞没。因此，在进行火灾疏散时，需要考虑火势的蔓延情况，并基于人员的特征进行区分的疏散路径计算和选择。\n发明内容\n[0004] 针对现有技术的不足，本发明提出一种基于人员特征的火灾疏散路径导航方法，通过考虑人员特征以及路径的有效时间范围，实现区分疏散。\n[0005] 为实现以上发明目的，本发明采用以下技术方案：\n[0006] 一种基于人员特征的火灾疏散路径导航方法，包括以下步骤：\n[0007] 步骤一、通过火灾探测器获取火势信息，计算每条路径可用于逃生的有效时间范围；\n[0008] 步骤二、利用RFID读写器读取人员标签信息，定位人员位置信息，并根据获取到的人员标签信息和人员位置信息进行人员疏散速度分类；\n[0009] 步骤三、对于不同速度的人员，通过最短路径优先算法来为其计算疏散路径信息，包括从初始位置到出口结点D的最短路径长度值以及路径上的所有结点；\n[0010] 步骤四、将所述最短路径长度值以及该路径上的所有结点发送给待疏散人员。\n[0011] 本发明的有益效果体现在：\n[0012] 1.所述方法选择的路径对待疏散人员而言是有效的，能确保人员在路径失效之前顺利逃离现场，提高了逃生率。\n[0013] 2.所述方法针对不同速度的人群选择相应的逃生路径，避免了所有人选择相同的疏散路径而忽略其他路径，有效地提高了路径的利用率，避免了路径使用不均衡的现象。\n附图说明\n[0014] 图1为本发明实施例中的建筑物内部路径示意图；\n[0015] 图2为本发明实施例中某个人员的疏散路径示意图。\n具体实施方式\n[0016] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。\n[0017] 本发明的导航方法的实施基于以下硬件环境。\n[0018] 1、每个人员携带RFID标签，内部存放唯一的人员ID。以此为索引，可以从服务器获取有关人员的特征信息。\n[0019] 2、建筑物内的重要位置安装有RFID读写器和天线。\n[0020] 人员能否从火灾中顺利逃生，要考虑两个时间，即可用安全疏散时间（ASET，Available Safety Egress Time）和必须安全疏散时间（RSET，Required Safety Egress Time）。可用安全疏散时间指的是火灾发展到危险状态的时间，必须安全疏散时间指的是起火时刻起人员到达安全区域所需要的时间。当ASET>RSET时人员可以安全逃生，否则将不能。\n[0021] 在本发明中，考虑到了每段不同路径可用安全时间不一样，因此赋予每段路径一个路径有效时间的概念，即，该路径上火灾发展到危险状态的时间。而且对于不同特征的个人，由于其逃生速度不一样，对于不同特征的人其必须安全疏散时间也不同，本发明中将考虑到这些不同，进行有区分的疏散。\n[0022] 本发明的基本思想如下。首先，根据人员特征对位于相同位置的待疏散人群进行分类，具有相同或相近移动速度的人员被归为同一类。其次，针对每一类别的人群独立地计算其相应的疏散路径。需要指出的是，为找出切实可行的路径，需考虑人员的速度与路径的有效时间范围，确保待疏散人员能在疏散路径失效之前走完全程。路径的有效时间范围指的是在该时间范围内路径对于某类人员可以使用，也就是说，该类人员能够在路径由于火灾蔓延而变得失效之前顺利走完全程并逃离现场。\n[0023] 具体而言，本发明实施例的基于人员特征的火灾疏散路径导航方法，包括以下步骤：\n[0024] 步骤一、通过火灾探测器获取火势信息，计算每条路径可用于逃生的有效时间范围。\n[0025] 其中，疏散指示系统通过火灾探测器获取火势信息，使用火灾模拟软件计算火灾建筑物内温度，烟层面高度以及各类有毒气体体积分数等随时间的变化情况，进而估计出火灾对人员构成的威胁到来时间，从而得到路径的有效时间。\n[0026] 如图1所示，其中各条路径上的数字为有效时间，单位是秒。\n[0027] 步骤二、利用RFID读写器读取人员标签信息，定位人员位置信息，并根据获取到的人员标签信息和人员位置信息进行人员疏散速度分类。\n[0028] 其中，所述人员标签信息包括人员身份和其他特征，例如年龄、性别、职业和健康状况等。作为示例，可将青年男性归为第一类，速度为V1；青年女性人员归为第二类，速度为V2；老人、小孩或特殊人群（如腿脚残疾的人）归为第三类，速度为V3（V1>V2>V3）。在特定实施例中，可以取V1=1.25m/s，V2=0.9m/s，V3=0.6m/s。当然，人员分类可以根据实际情况适当调整。\n[0029] 步骤三、对于不同速度的人员，通过最短路径优先算法为其计算疏散路径信息，包括从初始位置到出口结点D的最短路径长度值以及路径上的所有结点。\n[0030] 在本实施例中，采用一种改进的最短路径优先算法来计算疏散路径，其可以找到从初始位置到所有结点（包括出口结点）的最短路径。其中，将路径中端点、路径之间的连接点（拐点）、交叉点统称为结点。针对某待疏散人员，设该人员的当前位置设为初始结点S，出口位置所对应的结点为D，人员速度记为V，则改进的最短路径优先算法的主要步骤如下。\n[0031] ①初始化：P表示结点集合，用于容纳所有已找到最优路径的结点。在初始阶段，集合P仅仅包含结点S。使用如下方法定义初始结点S到其他结点的最短距离：与初始结点S不相邻的结点的最短距离定为无穷大；对于相邻结点，如果其与初始结点S之间路径的长度为L，两者间路径的有效时间为T，如果TL/V成立，那么两者间的距离为路径的长度。随后，将距离最短的结点放入集合P中（表明从S去往该结点的最短路径一经发现），并记录相应的最短路径长度值以及路径上的所有结点信息。\n[0032] ②假定新加入集合P的结点记为w，对所有还未加入集合P的结点u，将初始结点S到w的距离与w到u的距离之和记为X，逐一完成以下更新操作：\n[0033] 如果X小于原来u与初始结点S的距离，且X/V小于w到u间路径有效时间T，那么用X替代u与初始结点S的距离；\n[0034] 从所有尚未加入集合P的结点中选出与初始结点S的距离最短的结点加入集合P，并记录相应的最短路径长度值以及路径上的所有结点信息。\n[0035] ③重复步骤②，直到D结点加入到集合P中后，算法停止。\n[0036] 算法停止后，从初始位置到出口结点D的最短路径长度值以及路径上的所有结点已经被记录。\n[0037] 在特定实施例中，某个速度为V1=1.25m/s的人员，火灾发生时其处在图1所示的S点。假设每段路径的长度都是十米，算法开始，与S不相邻的节点距离定义为无穷，相邻节点A、B、C对于速度为1.25m/s的人员都可以在路径有效时间内达到，于是距离定义为路径长度。A、B、C的距离都是10，随便选择一个（不会对结果产生影响）比如B加入到集合P中。加入后，继续第二步，B相邻节点中，由于有效时间的限制，从S经B到A、D、E都不能再有效时间内到达。所以A、D、E与B的距离定义为无穷大。C可以在BC段路径有效时间内通过，BC间距离定义为路径长度。将C加入到集合P。在进行下一步，将D加入到集合P中。最终得到的速度为V1的人员疏散路径为SBCD，如图2所示。\n[0038] 步骤四、将所述最短路径长度值以及该路径上的所有结点发送给待疏散人员。\n[0039] 其中，发送方式可以为手机短信等方式。\n[0040] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。