基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统及使用方法技术方案

本发明专利技术提出基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统及使用方法，包括：管理中心端、服务器端、中心网关端、固定式传感器端、用户端；管理中心端通过以太网与服务器端相连接，服务器端与中心网关端相连接，中心网关端分别与固定式传感器端和用户端相连接；能够实时采集疏散区域内的事故环境状态信息、待疏散人员定位和移动信息，实时上传数据库服务器，有助于应用服务器实时掌握疏散人员分布状态的即时变化，实时分析各疏散通道的可利用程度和拥堵程度；开发大规模人员疏散路径优化算法，使用手表终端，实时对大规模群集人员疏散进行智能诱导，实现疏散诱导设备无线灵活布置和移动，克服语音诱导或光诱导中的噪音和干扰问题，具有很好的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统及使用方法
本专利技术属于应急疏散领域，具体涉及基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统及使用方法。
技术介绍
当发生毒气扩散、火灾、爆炸等生产事故和水灾、地震等重大自然灾害时，应急现场往往具有环境复杂、强噪音、强干扰、人员规模大、分布广、人员状态和疏散能力不均等特点，对应急疏散诱导系统的智能化、性能化、设施布置的灵活性以及控制数据远距离传递的可靠性等提出了更高的要求。目前国内外的应急疏散诱导主要采用基于就近固定方向疏散理念的应急广播或疏散标识等方式，即使有部分人员密集公共场所设置了双向疏散标识，但缺乏疏散路径优化算法支撑，无法实现大规模人群疏散方案的全局优化，不能根据事故发展态势和疏散通道的可利用状态及人员的分布情况对复杂事故环境下大规模人群疏散实现动态的智能诱导，无法实现真正意义上的智能疏散。
技术实现思路
基于以上技术不足，本专利技术在多元信息融合的基础上，开发基于博弈论和蚁群算法的大规模人员疏散路径优化算法，构建基于疏散路径全局优化算法支撑的智能疏散无线诱导系统，实现适用于大范围、强噪音、强干扰等复杂典型事故环境下，大规模应急疏散优化算法和典型事故特性参数、疏散诱导技术和装备、应急疏散决策控制系统的数据传输和集成，对改变我国应急疏散和公共安全现状具有非常重要的意义。本专利技术提出基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统及使用方法，其中，基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统具体包括：管理中心端、服务器端、中心网关端、固定式传感器端、用户端；管理中心端通过太网与服务器端相连接，服务器端与中心网关端相连接，中心网关端分别与固定式传感器端和用户端相连接；所述管理中心端，为安装有应用服务器桌面管理端应用程序的计算机，管理中心端能够控制应用程序的运行以及读取和写入数据库数据；所述服务器端，包括应用服务器、数据库服务器和嵌入式Web服务器；所述应用服务器为JBoss应用服务器，获取数据库服务器传递来的数据信息，根据该数据信息，应用服务器利用大规模人员疏散路径优化算法计算出最优疏散诱导路径，将最优疏散诱导路径传递给嵌入式Web服务器，并同时上传给管理中心端。并且应用服务器监控用户端是否到达安全避难地点，若到达安全避难地点则删除该用户端信息；所述数据信息包括：环境温度传感器检测出的环境温度、烟气浓度传感器检测出的烟气浓度、风速传感器检测出的风速、风向传感器检测出的风向和用户端检测出的人员位置信息和速度信息；所述数据库服务器为MySQL数据库服务器，保存从嵌入式Web服务器传递过来的数据信息；所述嵌入式Web服务器，为嵌入式服务器，能够处理上下行数据程序的嵌入式Web服务器，接收从中心网关端传递过来的固定式传感器端中各传感器信息以及用户端信息，并将最优疏散诱导路径传递给中心网关端；所述中心网关端与嵌入式Web服务器通过UART接口进行数据传输，并将最优疏散诱导路径传递给用户端；所述固定式传感器端，由集成LoRa节点芯片、主控MCU、信号转换模块和传感器的固定位置的终端数据采集节点组成；LoRa节点芯片作为与LoRa网关通信模块，与主控MCU通过UART口连接，主控MCU与信号转换模块通过UART口连接并进行数据传输，传感器和信号转换模块通过RS485接口连接，并进行数据传输；所述传感器包括环境温度传感器、烟气浓度传感器、风速传感器和风向传感器；所述用户端为用户佩戴的集成LoRa芯片的手表终端，与所述LoRa中心网关端组成星型网络，因为需要实时上传监测数据，并且从网关获取疏散路径控制数据，故其通信模式采用CLASS-B模式；其中，在中心网关端与固定式传感器端和用户端之间安装LoRa中继网关，当事故现场建筑物结构遮挡，造成中心网关端与固定式传感器端和用户端之间的信号传递不畅通时，安装LoRa中继网关，保证中心网关端与固定式传感器端和用户端之间的信号顺畅；根据具体情况适当增加中继网关数目，减少每个中心网关连接的传感器和控制器的数量，以提高数据传输速度；所述用户端和固定式传感器端采用多级跳方式，通过所述LoRa中继网关与所述LoRa中心网关节点进行数据传递，保证中心网关端与固定式传感器端和用户端之间的信号顺畅；其中，数据传递方法如下：固定式传感器端将各种传感器数据传递给中心网关端，用户端将人员移动速度和人员位置信息传递给中心网关端，中心网关把从固定式传感器端和用户获取的信息传递给嵌入式Web服务器，嵌入式Web服务器端将获取的信息传递给数据库服务器，数据库服务器将获取的信息传递给应用服务器，应用服务器利用获取的信息进行智能疏散诱导路径优化分析，得出结果，并将最优疏散诱导路径指令传递给管理中心和嵌入式Web服务器；嵌入式Web服务器将诱导指令传递给中心网关端，中心网关端将诱导指令传递给用户端；所述诱导指令包括最优疏散诱导路径及安全避难地点；基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统的使用方法，采用基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统实现，包括以下步骤：步骤1：系统启动：开启管理中心和服务器端应用服务器、嵌入式Web服务器和数据库服务器；开启中心网关端各中心网关；部署在固定位置的配有LoRa通信模块的所述传感器，包括环境温度传感器、烟气浓度传感器、风速传感器和风向传感器，实时监测环境监测信息，环境监测信息包括环境温度、烟气浓度、风速和风向；步骤2：用户端佩戴手表并开机，手表开始实时监测人员移动速度及人员位置信息；步骤3：用户端自动将通过手表获取的人员移动速度和人员位置信息，及固定式传感器端获取的环境温度、烟气浓度、风速和风向信息，传递给中继网关，中继网关将从用户端与固定式传感器端获取到的信息传递给中心网关，中心网关将获取的数据信息进一步传递给嵌入式Web服务器；步骤4：嵌入式Web服务器将从中心网关获取到的信息传递给数据库服务器；步骤5：数据服务器将从嵌入式Web服务器获取到的信息和已知信息传递给应用服务器，应用服务器根据报警器报警位置划定的防火分区判断用户端是否需要疏散，若不需要疏散，应用服务器继续等待嵌入式服务器传递实时信息，并向管理中心发送系统正常，若需要疏散，则进行步骤6；步骤6：在应用服务器中，利用基于博弈论和蚁群算法进行智能疏散诱导路径优化算法对从实时数据库数据调取的数据进行分析，得出基于全局优化的各用户端所处当前位置下的最优疏散路径；步骤7：应用服务器将最优疏散路径的全局方案信息发送给管理中心端，并且同时将各个用户端的最优疏散路径和安全避难地点以文字的形式发送给嵌入式Web服务器，嵌入式Web服务器将最优疏散路径和安全避难地点传递给中心网关端，中心网关端将最优疏散路径和安全避难地点传递给各个用户端。步骤8：用户端佩戴的手表发出蜂鸣音，并显示嵌入式Web服务器端传递出的最优疏散路径和安全避难地点，待疏散人员根据所述用户端显示的最优疏散路径及安全避难地点进行逃生；步骤9：逃生过程中，固定式传感器端和用户端通过中心网关端实时上传环境监测信息、人员移动速度和位置信息到嵌入式Web服务器，嵌入式Web服务器将该信息实时传递到数据库服务器，数据库服务器将该信息实时传递给应用服务器，应用服务器实时调取数据库服务器信息并及时根据最新数据为逃生者规划出最新最优疏散路径，重复步骤7～步骤9；步骤10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统，其特征在于，具体包括：管理中心端、服务器端、中心网关端、固定式传感器端、用户端；管理中心端通过太网与服务器端相连接，服务器端与中心网关端相连接，中心网关端分别与固定式传感器端和用户端相连接；所述管理中心端，为安装有应用服务器桌面管理端应用程序的计算机，管理中心端能够控制应用程序的运行以及读取和写入数据库数据；所述服务器端，包括应用服务器、数据库服务器和嵌入式Web服务器；所述应用服务器为JBoss应用服务器，获取数据库服务器传递来的数据信息，根据该数据信息，应用服务器被编程计算出最优疏导路径，将最优疏导路径传递给嵌入式Web服务器，并同时上传给管理中心端，并且应用服务器监控用户端是否到达安全避难地点，若到达安全避难地点则删除该用户端信息；所述数据库服务器为MySQL数据库服务器，保存从嵌入式Web服务器传递过来的数据信息；所述嵌入式Web服务器，为嵌入式服务器，能够处理上下行数据程序的嵌入式Web服务器，接收从中心网关端传递过来的固定式传感器端中各传感器信息以及用户端信息，并将最优疏导路径传递给中心网关端；所述中心网关端与嵌入式Web服务器通过UART接口进行数据传输，并将最优疏导路径传递给用户端；所述固定式传感器端包括环境温度传感器、烟气浓度传感器、风速传感器和风向传感器；所述用户端为用户佩戴的集成LoRa芯片的手表终端，与所述LoRa中心网关端组成星型网络，其通信模式采用CLASS‑B模式。...

【技术特征摘要】
1.基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统，其特征在于，具体包括：管理中心端、服务器端、中心网关端、固定式传感器端、用户端；管理中心端通过太网与服务器端相连接，服务器端与中心网关端相连接，中心网关端分别与固定式传感器端和用户端相连接；所述管理中心端，为安装有应用服务器桌面管理端应用程序的计算机，管理中心端能够控制应用程序的运行以及读取和写入数据库数据；所述服务器端，包括应用服务器、数据库服务器和嵌入式Web服务器；所述应用服务器为JBoss应用服务器，获取数据库服务器传递来的数据信息，根据该数据信息，应用服务器被编程计算出最优疏导路径，将最优疏导路径传递给嵌入式Web服务器，并同时上传给管理中心端，并且应用服务器监控用户端是否到达安全避难地点，若到达安全避难地点则删除该用户端信息；所述数据库服务器为MySQL数据库服务器，保存从嵌入式Web服务器传递过来的数据信息；所述嵌入式Web服务器，为嵌入式服务器，能够处理上下行数据程序的嵌入式Web服务器，接收从中心网关端传递过来的固定式传感器端中各传感器信息以及用户端信息，并将最优疏导路径传递给中心网关端；所述中心网关端与嵌入式Web服务器通过UART接口进行数据传输，并将最优疏导路径传递给用户端；所述固定式传感器端包括环境温度传感器、烟气浓度传感器、风速传感器和风向传感器；所述用户端为用户佩戴的集成LoRa芯片的手表终端，与所述LoRa中心网关端组成星型网络，其通信模式采用CLASS-B模式。2.根据权利要求1所述基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统，其特征在于，所述应用服务器中数据信息包括：环境温度传感器检测出的环境温度、烟气浓度传感器检测出的烟气浓度、风速传感器检测出的风速、风向传感器检测出的风向和用户端检测出的人员位置信息。3.根据权利要求1所述基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统，其特征在于，在中心网关端与固定式传感器端和用户端之间安装中继网关，当事故现场建筑物结构遮挡，造成中心网关端与固定式传感器端和用户端之间的信号传递不畅通时，安装中继网关，即LoRa中继节点，保证中心网关端与固定式传感器端和用户端之间的信号顺畅。4.根据权利要求1所述基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统，其特征在于，所述用户端和固定式传感器端采用多级跳方式，通过所述LoRa中继节点与所述LoRa中心网关节点进行数据传递，保证中心网关端与固定式传感器端和用户端之间的信号顺畅。5.根据权利要求1所述基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统，其特征在于，所述固定式传感器端，由集成LoRa节点芯片、主控MCU、信号转换模块和传感器的固定位置的终端数据采集节点组成；LoRa节点芯片作为与LoRa网关通信模块，与主控MCU通过UART口连接，主控MCU与信号转换模块通过UART口连接并进行数据传输，传感器和信号转换模块通过RS485接口连接，并进行数据传输，所述主控MCU为单片机。6.根据权利要求1所述基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统，其特征在于，数据传递方法如下：固定式传感器端将各种传感器数据传递给中心网关端，用户端将人员移动速度和人员位置信息传递给中心网关端，中心网关端将从固定式传感器端和用户获取的信息传递给嵌入式Web服务器，嵌入式Web服务器端将获取的信息传递给数据库服务器，数据库服务器将获取的信息传递给应用服务器，应用服务器利用获取的信息进行智能疏散诱导路径优化分析，得出结果，并将最优疏散诱导路径指令传递给管理中心和嵌入式Web服务器；嵌入式Web服务器将诱导指令传递给中心网关端，中心网关端将诱导指令传递给用户端。7.根据权利要求6所述基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统，其特征在于，所述诱导指令包括最优疏导路径及安全避难地点。8.根据权利要求1所述基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统的使用方法，使用基于博弈论和蚁群算法的智能疏散诱导系统实现，其特征在于，包括如下流程：步骤1：系统启动：开启管理中心和服务器端应用服务器、嵌入式Web服务器和数据库服务器；开启中心网关端各中心网关；部署在固定位置的配有LoRa通信模块的所述传感器，包括环境温度传感器、烟气浓度传感器、风速传感器和风向传感器，实时监测环境监测信息，环境监测信息包括环境温度、烟气浓度、风速和风向；步骤2：用户端佩戴手表并开机，手表开始实时监测人员移动速度及人员位置信息；步骤3：将用户端通过手表获取的人员移动速度和人员位置信息，及固定式传感器端获取的环境温度、烟气浓度、风速和风向信息，传递给中继网关，中继网关将从用户端与固定式传感器端获取到的信息传递给嵌入式Web服务器；步骤4：嵌入式Web服务器将从中心网关端获取到的信息传递给数据库服务器；步骤5：数据服务器将从嵌入式Web服务器获取到的信息和已知信息传递给应用服务器，应用服务器根据报警器报警位置划定的防火分区判断用户端是否需要疏散，若不需要疏散，应用服务器继续等待嵌入式服务器传递实时信息，并向管理中心发送系统正常，若需要疏散，则进行步骤6；步骤6：在应用服务器中，利用博弈论和蚁群算法进行路径优化算法对从实时数据库调取的数据进行分析，得出基于全局优化的各用户端所处当前位置下的最优疏散路径；步骤7：应用服务器将最优疏散路径的全局方案信息发送给管理中心端，并且同时将各个用户端的最优疏散路径和安全避难地点以文字的形式发送给嵌入式Web服务器，嵌入式Web服务器将最优疏散路径和安全避难地点传递给中心网关端，中心网关端将最优疏散路径和安全避难地点传递给用户端；步骤8：用户端佩戴的手表发出蜂鸣音，并显示嵌入式Web服务器端传递出的最优疏散路径和安全避难地点，待疏散人员根据所述用户端显示的最优疏散路径及安全避难地点进行逃生；步骤9：逃生过程中，固定式传感器端和用户端通过中心网关...

【专利技术属性】
技术研发人员：张培红，张新伟，李新光，禹傲然，朱鑫，温睿，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21