一种用于公共场所最短逃生路线的快速生成系统及方法
阅读说明：本技术 一种用于公共场所最短逃生路线的快速生成系统及方法 (Rapid generation system and method for shortest escape route in public place ) 是由 蒋辉 周有 蔡彦坡 冯悦兵 裴伟 吕东成 于 2021-07-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于公共场所最短逃生路线的快速生成系统及方法,包括：可逃生路径规划模块、逃生路线库、逃生环境监测模块、灯具指示控制模块和逃生路线生成模块,通过可逃生路径规划模块将逃生通道进行分割再重新连接,获取有一个安全出口的逃生路线,通过比较逃生路径长度生成最短逃生路线至逃生路线库中,节省了逃生时间、减轻了编制疏散预案的工作量,模拟火灾现场,提取最短逃生路线,获取该路线上所有烟雾传感器探测到的烟雾浓度,分析烟雾扩散方向,通过灯具指示控制模块判断烟雾扩散方向是否与灯具指示方向一致,调整灯具指示方向以改变逃生路线,避免将人员疏散至烟雾大的地方,减少了人员因烟雾造成身体损伤甚至死亡的概率。(The invention discloses a system and a method for quickly generating the shortest escape route in public places, which comprises the following steps: an escape route planning module, an escape route library, an escape environment monitoring module, a lamp indication control module and an escape route generation module, the escape passage is divided and reconnected by the escape path planning module to obtain an escape route with a safety exit, the shortest escape route is generated by comparing the lengths of the escape routes and is sent to an escape route library, so that the escape time is saved, the workload of compiling evacuation plans is reduced, a fire scene is simulated, the shortest escape route is extracted, the smoke concentration detected by all smoke sensors on the route is obtained, the smoke diffusion direction is analyzed, whether the smoke diffusion direction is consistent with the indication direction of the lamp or not is judged through the lamp indication control module, the indication direction of the lamp is adjusted to change an escape route, people are prevented from being evacuated to a place with large smoke, and the probability that the people are damaged and even die due to the smoke is reduced.)
技术领域
本发明涉及消防逃生导航
技术领域
，具体为一种用于公共场所最短逃生路线的快速生成系统及方法。背景技术
疏散工程在施工时，为了能在火灾发生时，启动相应的疏散预案，需要工程人员预先根据公共场所建筑内的逃生通道指示灯具位置、方向、安全出口的位置编制相应的疏散预案，对于有多个安全出口的公共场所，逃生路线复杂多样，一个工程人员需要编辑上万条疏散预案，工作量大且需要重复工作，人员编制疏散预案的难度大，自动生成逃生路线能够减少人员操作，降低了难度和出错的可能性，在每个疏散预案中，由于着火点不同，对应的疏散预案需要调整，传统方式中会预先选择可能起火的位置，根据起火位置获取逃生路线，再比较逃生路线长度以生成最短逃生路线，这种方式生成的逃生路线虽然能够准确筛选出不同地方着火时的最短逃生路线，但在实际应用场所中却不是最适合的，一是在火灾现场火势蔓延不可控，最短逃生路线上的火势可能是最大的，虽然逃生时间简短，却无法最大程度保证人员的安全，依据预先生成的最短逃生路线疏散人员可能无形中使人员处于危险之中；其次，火灾事故中造成人员伤亡的主要因素是火场内可燃物产生的烟雾，最短逃生路线的逃生方向可能是烟雾扩散方向，在逃生时提取通过大数据采集公共场所信息生成的最短逃生路线，依据路线上的烟雾传感器探测到的烟雾浓度大小判断烟雾扩散的方向，再与灯具指示方向进行一致性比较，实时地调整指示灯具的指示方向，能够在快速生成最短逃生路线以节省逃生时间的前提下最大程度上减少人员的伤亡率。
所以，人们需要一种用于公共场所最短逃生路线的快速生成系统及方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于公共场所最短逃生路线的快速生成系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于公共场所最短逃生路线的快速生成系统及方法，其特征在于：所述系统包括：可逃生路径规划模块、逃生路线库、逃生环境监测模块、灯具指示控制模块和逃生路线生成模块；
所述可逃生路径规划模块对公共场所进行建模，将公共场所中的逃生通道进行区域分割：将一直线上的指示灯具分割到一个区域中，在指示灯具全亮的情况下，生成每个分割区域的可逃生路径，依据测量灯具间的距离以及灯具与安全出口间的距离总和得到对应分割区域的可通行距离，将分割后的区域中可连接的逃生路径进行连接，得到完整的能逃生的路径长度，比较逃生路径长度，生成有一个安全出口的最短逃生路线，将生成的逃生路线存储到所述逃生路线库；
通过所述逃生环境监测模块模拟火灾现场，定位火灾发生时所有人员位置，提取从离人员最近的一个灯具开始的最短逃生路线，感应着火点的位置，获取逃生路线上各个烟雾传感器探测到的烟雾浓度，所述灯具指示控制模块依据各烟雾传感器探测到的烟雾浓度大小判断当前烟雾扩散的方向，确认探测到烟雾浓度最大的烟雾传感器与浓度最小的烟雾传感器位置，将浓度最小的烟雾传感器指向浓度最大的烟雾传感器方向作为烟雾扩散方向，分析烟雾扩散方向与灯具指示方向夹角，设置夹角阈值，与夹角阈值进行比较，判断灯具指示方向与烟雾扩散方向是否一致：若不一致，不改变灯具的指示方向；若一致，将对应灯具作为关联灯具，确认灯具位置，关闭关联灯具指向烟雾扩散方向的指示，通过所述逃生路线生成模块排除无法通行的逃生路线。
进一步的，所述可逃生路径规划模块包括公共场所建模单元、安全出口定位单元、灯具区域分割单元、分区域路径生成单元、逃生路径连接单元、可通行距离测量单元和最短路线生成单元，所述公共场所建模单元以场所中心为原点建模，通过所述安全出口定位单元确认所有安全出口的位置，通过所述灯具区域分割单元对逃生通道中的所有指示灯具进行分割：将一直线上的指示灯具分割到一个区域中，在指示灯具全亮的情况下，通过所述分区域路径生成单元生成每个分割区域的可逃生路径，所述可通行距离测量单元测量灯具间的距离以及灯具与安全出口间的距离，距离总和为对应区域的可通行距离，通过所述逃生路径连接单元将分割后的区域中可连接的逃生路径进行连接，得到连接后的逃生路径长度，通过所述最短路线生成单元比较逃生路径长度，生成最短的逃生路线，将生成的逃生路线存储在所述逃生路线库中。
进一步的，所述逃生环境监测模块包括火灾现场模拟单元、人员实时定位单元、逃生路线提取单元、着火点感应单元和烟雾浓度感应单元，通过所述火灾现场模拟单元模拟火灾现场，通过所述人员实时定位单元定位火灾发生时所有人的位置，所述逃生路线提取单元在所述逃生路线库中提取从离人员最近一个灯具开始的最短逃生路线，通过所述着火点感应单元获取着火点的位置，通过所述烟雾浓度感应单元获取提取到的逃生路线上的各个烟雾传感器探测到的烟雾浓度。
进一步的，所述灯具指示控制模块包括烟雾扩散方向分析单元、关联方向测试单元、关联灯具确认单元和指示方向调整单元，所述烟雾扩散方向分析单元依据烟雾传感器探测到的烟雾浓度判断当前烟雾扩散的方向，通过所述关联方向测试单元测试灯具指示方向与烟雾扩散方向是否一致，若一致，将对应灯具作为关联灯具，通过所述关联灯具确认烟雾扩散方向上关联灯具的位置，通过所述指示方向调整单元关闭关联灯具指向烟雾扩散方向的指示，排除无法通行的逃生路线，生成新的最短逃生路线。
一种用于公共场所最短逃生路线的快速生成方法，包括以下步骤：
S11：公共场所建模，分割逃生通道：把一直线上的指示灯具分割到一个区域中；
S12：测量各区域灯具间及灯具与安全出口间的距离作为可通行距离，连接逃生路径；
S13：模拟火灾现场，提取最短逃生路线，探测分析当前烟雾扩散方向；
S14：判断烟雾扩散方向与灯具指示方向的一致性：若不一致，不改变灯具指示方向；若一致，调整灯具指示方向，生成新的逃生路线。
进一步的，在步骤S11-S12中：对公共场所进行降维处理，以公共场所中心为原点建立二维坐标系，定位到安全出口的位置坐标集合为(X，Y)＝{(X1，Y1)，(X2，Y2)，...，(Xm，Ym)}，对逃生通道进行分割：将一直线的指示灯具分割到同一个区域内，在指示灯具全亮时，生成所有分割区域的可逃生路径集合为L＝{L1，L2，...，Ln}，其中，m表示安全出口数量，n表示逃生路径数量，测量到随机一个有安全出口的区域中安全出口到最近的一个灯具的距离为di，灯具间的距离为Di，该区域内有k个灯具，根据下列公式计算该区域的可通行距离D总i：
D总i＝di+(k-1)*Di；
若分割区域中没有安全出口，将灯具间的距离总和作为可通行距离，根据相同方式计算所有可连接的分割区域可通行距离，得到有安全出口的区域有N个，可与对应区域连接的没有安全出口的区域分别有M＝{M1，M2，...，MN}个，连接逃生区域，得到逃生路径长度集合d总＝{d1，d2，...，dMN}，比较逃生路径长度，得到拥有安全出口的最短逃生路径长度集合为dmin＝{dmin1，dmin2，...，dminN}，将得到的最短逃生路线存储到逃生路线库中，依据分割区域的灯具间距以及灯具与安全出口的间距计算该区域的可通行距离的目的在于将该区域与无安全出口的区域进行连接，筛选出有一个安全出口的逃生路线并计算连接的逃生路径长度，通过比较路径长度生成有一个安全出口的最短逃生路线，在节省逃生时间的前提下减轻了编制疏散预案的工作量。
进一步的，在步骤S13中：模拟火灾现场，定位火灾发生时随机一个人员的位置，提取到该位置最近的一个安全出口所在的最短逃生路线，利用该路线上的烟雾传感器探测烟雾浓度，探测到浓度最小的烟雾传感器的位置坐标为(xmin，ymin)，浓度最大的烟雾传感器的位置坐标为(xmax，ymax)，得到烟雾扩散向量为烟雾扩散向量指向的方向为烟雾扩散方向。
进一步的，在步骤S14中：提取的最短逃生路线上，定位到随机一个灯具指示起点坐标为(x起，y起)，灯具指示终点坐标为(x终，y终)，得到该灯具的指示向量根据下列公式计算烟雾扩散向量与该灯具的指示向量夹角θ：
设置夹角阈值θmin，比较θ与θmin：若θ＞θmin，说明烟雾扩散方向与灯具指示方向一致性低，不改变灯具指示方向；若θ≤θmin，说明烟雾扩散方向与灯具指示方向一致性高，关闭该灯具指示方向，禁止从该灯具指示方向逃生，在调整好所有指示灯具判断该逃生路线是否通行，若不可通行，提取新的逃生路线进行测试，直至路线可通行，分析烟雾扩散整体方向，依据探测到的烟雾浓度最小和最大的烟雾传感器的相对位置组成烟雾扩散向量，计算与提取的最短逃生路线上的灯具指示向量夹角的目的在于判断烟雾扩散方向是否与灯具指示方向一致以灵活调整灯具指示方向，避免将人员疏散至烟雾大的地方，减少了人员因烟雾造成身体损伤甚至死亡的概率。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1.本发明通过大数据采集逃生场所的灯具与安全出口数据，通过可逃生路径规划模块将逃生通道进行分割再重新连接，获取有一个安全出口的逃生路线，通过比较逃生路径长度生成最短逃生路线，将最短逃生路线存储至逃生路线库中，预先规划最短逃生路线，在节省逃生时间的前提下减轻了编制疏散预案的复杂性；通过逃生环境监测模块模拟火灾现场，依据人员的实时位置提取最短逃生路线，获取该路线上所有烟雾传感器探测到的烟雾浓度，依据烟雾浓度大小分析烟雾大致的扩散方向，通过灯具指示控制模块判断烟雾扩散方向是否与灯具指示方向一致，灵活调整灯具指示方向、改变逃生路线，避免将人员疏散至烟雾大的地方，减少了人员因烟雾造成身体损伤甚至死亡的概率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种用于公共场所最短逃生路线的快速生成系统的结构图；
图2是本发明一种用于公共场所最短逃生路线的快速生成方法的流程图；
图3是判断烟雾扩散方向与灯具指示方向一致性的方法示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1-3，本发明提供技术方案：一种用于公共场所最短逃生路线的快速生成系统及方法，其特征在于：系统包括：可逃生路径规划模块S1、逃生路线库S2、逃生环境监测模块S3、灯具指示控制模块S4和逃生路线生成模块S5；
可逃生路径规划模块S1对公共场所进行建模，将公共场所中的逃生通道进行区域分割：将一直线上的指示灯具分割到一个区域中，在指示灯具全亮的情况下，生成每个分割区域的可逃生路径，依据测量灯具间的距离以及灯具与安全出口间的距离总和得到对应分割区域的可通行距离，将分割后的区域中可连接的逃生路径进行连接，得到完整的能逃生的路径长度，比较逃生路径长度，生成有一个安全出口的最短逃生路线，将生成的逃生路线存储到逃生路线库S2；
通过逃生环境监测模块S3模拟火灾现场，定位火灾发生时所有人员位置，提取从离人员最近的一个灯具开始的最短逃生路线，感应着火点的位置，获取逃生路线上各个烟雾传感器探测到的烟雾浓度，灯具指示控制模块S4依据各烟雾传感器探测到的烟雾浓度大小判断当前烟雾扩散的方向，确认探测到烟雾浓度最大的烟雾传感器与浓度最小的烟雾传感器位置，将浓度最小的烟雾传感器指向浓度最大的烟雾传感器方向作为烟雾扩散方向，分析烟雾扩散方向与灯具指示方向夹角，设置夹角阈值，与夹角阈值进行比较，判断灯具指示方向与烟雾扩散方向是否一致：若不一致，不改变灯具的指示方向；若一致，将对应灯具作为关联灯具，确认灯具位置，关闭关联灯具指向烟雾扩散方向的指示，通过逃生路线生成模块S5排除无法通行的逃生路线。
可逃生路径规划模块S1包括公共场所建模单元、安全出口定位单元、灯具区域分割单元、分区域路径生成单元、逃生路径连接单元、可通行距离测量单元和最短路线生成单元，公共场所建模单元以场所中心为原点建模，通过安全出口定位单元确认所有安全出口的位置，通过灯具区域分割单元对逃生通道中的所有指示灯具进行分割：将一直线上的指示灯具分割到一个区域中，在指示灯具全亮的情况下，通过分区域路径生成单元生成每个分割区域的可逃生路径，可通行距离测量单元测量灯具间的距离以及灯具与安全出口间的距离，距离总和为对应区域的可通行距离，通过逃生路径连接单元将分割后的区域中可连接的逃生路径进行连接，得到连接后的逃生路径长度，通过最短路线生成单元比较逃生路径长度，生成最短的逃生路线，将生成的逃生路线存储在逃生路线库S2中。
逃生环境监测模块S3包括火灾现场模拟单元、人员实时定位单元、逃生路线提取单元、着火点感应单元和烟雾浓度感应单元，通过火灾现场模拟单元模拟火灾现场，通过人员实时定位单元定位火灾发生时所有人的位置，逃生路线提取单元在逃生路线库S2中提取从离人员最近一个灯具开始的最短逃生路线，通过着火点感应单元获取着火点的位置，通过烟雾浓度感应单元获取提取到的逃生路线上的各个烟雾传感器探测到的烟雾浓度。
灯具指示控制模块S4包括烟雾扩散方向分析单元、关联方向测试单元、关联灯具确认单元和指示方向调整单元，烟雾扩散方向分析单元依据烟雾传感器探测到的烟雾浓度判断当前烟雾扩散的方向，通过关联方向测试单元测试灯具指示方向与烟雾扩散方向是否一致，若一致，将对应灯具作为关联灯具，通过关联灯具确认烟雾扩散方向上关联灯具的位置，通过指示方向调整单元关闭关联灯具指向烟雾扩散方向的指示，排除无法通行的逃生路线，生成新的最短逃生路线。
一种用于公共场所最短逃生路线的快速生成方法，包括以下步骤：
S11：公共场所建模，分割逃生通道：把一直线上的指示灯具分割到一个区域中；
S12：测量各区域灯具间及灯具与安全出口间的距离作为可通行距离，连接逃生路径；
S13：模拟火灾现场，提取最短逃生路线，探测分析当前烟雾扩散方向；
S14：判断烟雾扩散方向与灯具指示方向的一致性：若不一致，不改变灯具指示方向；若一致，调整灯具指示方向，生成新的逃生路线。
在步骤S11-S12中：对公共场所进行降维处理，以公共场所中心为原点建立二维坐标系，定位到安全出口的位置坐标集合为(X，Y)＝{(X1，Y1)，(X2，Y2)，...，(Xm，Ym)}，对逃生通道进行分割：将一直线的指示灯具分割到同一个区域内，在指示灯具全亮时，生成所有分割区域的可逃生路径集合为L＝{L1，L2，...，Ln}，其中，m表示安全出口数量，n表示逃生路径数量，测量到随机一个有安全出口的区域中安全出口到最近的一个灯具的距离为di，灯具间的距离为Di，该区域内有k个灯具，根据下列公式计算该区域的可通行距离D总i：
D总i＝di+(k-1)*Di；
若分割区域中没有安全出口，将灯具间的距离总和作为可通行距离，根据相同方式计算所有可连接的分割区域可通行距离，得到有安全出口的区域有N个，可与对应区域连接的没有安全出口的区域分别有M＝{M1，M2，...，MN}个，连接逃生区域，得到逃生路径长度集合d总＝{d1，d2，...，dMN}，比较逃生路径长度，得到拥有安全出口的最短逃生路径长度集合为dmin＝{dmin1，dmin2，...，dminN}，将得到的最短逃生路线存储到逃生路线库S2中，依据分割区域的灯具间距以及灯具与安全出口的间距计算该区域的可通行距离的目的在于将该区域与无安全出口的区域进行连接，筛选出有一个安全出口的逃生路线并计算连接的逃生路径长度，通过比较路径长度生成有一个安全出口的最短逃生路线，便于在节省逃生时间的同时减轻编制疏散预案的工作量。
在步骤S13中：模拟火灾现场，定位火灾发生时随机一个人员的位置，提取到该位置最近的一个安全出口所在的最短逃生路线，利用该路线上的烟雾传感器探测烟雾浓度，探测到浓度最小的烟雾传感器的位置坐标为(xmin，ymin)，浓度最大的烟雾传感器的位置坐标为(xmax，ymax)，得到烟雾扩散向量为烟雾扩散向量指向的方向为烟雾扩散方向。
在步骤S14中：提取的最短逃生路线上，定位到随机一个灯具指示起点坐标为(x起，y起)，灯具指示终点坐标为(x终，y终)，得到该灯具的指示向量根据下列公式计算烟雾扩散向量与该灯具的指示向量夹角θ：
设置夹角阈值θmin，比较θ与θmin：若θ＞θmin，说明烟雾扩散方向与灯具指示方向一致性低，不改变灯具指示方向；若θ≤θmin，说明烟雾扩散方向与灯具指示方向一致性高，关闭该灯具指示方向，禁止从该灯具指示方向逃生，在调整好所有指示灯具判断该逃生路线是否通行，若不可通行，提取新的逃生路线进行测试，直至路线可通行，分析烟雾扩散整体方向，依据探测到的烟雾浓度最小和最大的烟雾传感器的相对位置组成烟雾扩散向量，计算与提取的最短逃生路线上的灯具指示向量夹角的目的在于判断烟雾扩散方向是否与灯具指示方向一致以灵活调整灯具指示方向，避免将人员疏散至烟雾大的地方，能够有效减少人员因烟雾造成身体损伤甚至死亡的概率。
实施例一：模拟火灾现场，定位火灾发生时随机一个人员的位置，提取到该位置最近的一个安全出口所在的最短逃生路线，利用该路线上的烟雾传感器探测烟雾浓度，探测到浓度最小的烟雾传感器的位置坐标为(xmin，ymin)＝(5，1)，浓度最大的烟雾传感器的位置坐标为(xmax，ymax)＝(1，5)，得到烟雾扩散向量为烟雾扩散向量指向的方向为烟雾扩散方向，提取的最短逃生路线上，定位到随机一个灯具指示起点坐标为(x起，y起)＝(1，1)，灯具指示终点坐标为(x终，y终)＝(1，4)，得到该灯具的指示向量根据公式计算烟雾扩散向量与该灯具的指示向量夹角θ＝45°，设置夹角阈值θmin＝90°，比较θ与θmin：θ≤θmin，说明烟雾扩散方向与灯具指示方向一致性高，关闭该灯具指示方向，禁止从该灯具指示方向逃生，在调整好所有指示灯具判断该逃生路线是否通行，若不可通行，提取新的逃生路线进行测试，直至路线可通行。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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