一种火灾救援路线规划方法技术

本发明专利技术公开了一种火灾救援路线规划方法，包括如下内容：一、出警路线规划：在最短路径算法的基础上，根据实际路况，采用层次分析法对不同道路属性赋予不同的权值，并采用堆排序法对最短路径算法进行优化，规划出一条从消防局到火灾现场的最优路线；二、楼宇内救援路线规划：首先采用最短路径算法计算得到从大楼入口至火灾地点的最短路径，然后根据构建好的3D楼宇模型将最短路径对应的点及路径连接起来，直观地显示在救援设备上。本发明专利技术使消防人员能够清晰直观的查看火灾地所在楼宇内部的构造，为消防人员规划最快的救援路线；且大大提高了算法的运算效率，提高了消防人员的出警速度。

A Fire Rescue Route Planning Method

【技术实现步骤摘要】
一种火灾救援路线规划方法
本专利技术涉及一种火灾救援路线规划方法。
技术介绍
随着城市化进程的提速，城市道路系统像张网将城市的各个角落联通在一起。但同时道路拥堵状况也变的非常严重，这对火灾救援工作造成了很大的困扰，很大程度上影响了延误了火灾最佳救援时间；另一方面，各种现代化建筑的不断涌现，高层建筑以及大型商场内部走廊过道设计复杂，火灾发生后，烟雾及有害气体填满了走廊，给消防人员的救援工作造成了很大的困扰。火灾事故的突发性和救援工作的紧迫性要求消防部门具有快速、准确和高效的指挥决策能力。传统人工火警接警处理，主要依靠指挥员个人的经验，这样就有可能耽误火灾救援的最佳时间，造成更多人员伤亡和财产损失。因此，为了提高消防指挥调度的效率，减少反应时间，降低决策偏差，就迫切需要一个能提供备选调度方案和规划快速出警路线的智能决策系统，以最大限度减少人民生命和财产损失。目前国内的一些火灾救援规划方法，忽略了对高层楼宇内救援路线的规划；在出警路线规划上仅仅利用道路的拥堵状况而不全面考虑路况；且对于一个中等城市的道路规模，算法计算时间很长，严重影响了出警速度。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点，本专利技术提供了一种火灾救援路线规划方法，能够依据防控中心收到的火灾发生地址，结合当时路况，制定出一套详细的出警路线及楼宇内3D救援路线。本专利技术所采用的技术方案是：一种火灾救援路线规划方法，包括如下内容：一、出警路线规划：在最短路径算法的基础上，根据实际路况，采用层次分析法对不同道路属性赋予不同的权值，并采用堆排序法对最短路径算法进行优化，规划出一条从消防局到火灾现场的最优路线；二、楼宇内救援路线规划：首先采用最短路径算法计算得到从大楼入口至火灾地点的最短路径，然后根据构建好的3D楼宇模型将最短路径对应的点及路径连接起来，直观地显示在救援设备上。与现有技术相比，本专利技术的积极效果是：本专利技术提出了基于最短路径算法(Dijkstra算法)的出警路线规划以及基于Iconics的楼宇救援路线规划。与现有规划方法相比，具有如下明显优势：其一，本方法将路线规划与3D建模软件Iconics相结合，使消防人员能够清晰直观的查看火灾地所在楼宇内部的构造，为消防人员规划最快的救援路线；其二，本方法使用堆排序法对算法进行排序优化，使用层次分析法综合考虑路况的各种因素并确定道路权值，大大提高了算法的运算效率，提高了消防人员的出警速度。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为本专利技术的技术路线图；图2为路径优化方法与ICONICS系统交互示意图；图3为道路权值的层次结构模型。具体实施方式为实现核心功能，提高规划效率，本专利技术使用Dijkstra算法解决城市道路的规划问题，并使用堆排序以及层次分析法分别优化算法计算时间及道路的赋权问题；使用基于Iconics的3D楼宇模型清晰明了地展示楼宇内部结构，依据Dijkstra算法构建救援路线。本专利技术的技术路线如图1所示。本专利技术共包含两个步骤：出警路线规划、楼宇救援路线规划。即设计可靠方案使消防人员可以以最快速度到达火灾现场实施救援。既然要对出警的路线进行规划，那么首先需要找到一条从消防局到火灾现场的最优路线。现有的路线规划方案大多采用最短路径算法，由于没有考虑具体路况，路径分析和消防车实际运行存在很大差异，而且由于迪杰斯特拉算法(Dijkstra算法)的时间复杂度较高(O(n^2)),传统路径规划方法的运算效率较低。本专利技术在最短路径算法的基础上，充分根据不同的实际路况，使用层次分析法对不同道路属性科学的赋予不同的权值，并使用堆排序的方式优化了迪杰斯特拉算法的运行效率，使得算法的时间复杂度大大减小，通常能根据火灾发生时城市的实时路况，在几秒内得出一个中型城市的最优出警路线规划。楼宇救援路线规划依据构建好的3D楼宇模型，依据最短路径算法构建出从大楼入口至火灾现场的最优路线，并直观的显示在救援设备上。使得救生员能够最快速度到达火灾现场。楼宇救援路线还会沿途标注出楼宇内部的安全防火设备。路线规划方法与ICONICS系统交互示意图如图2所示。以下对本专利技术方法详细说明如下：一、出警路线规划设：a点代表消防局，b点代表发生火灾的楼宇所在地。从a→b必存在一条最短路径，且必经过若干条道路才能到达。首先建立两个集合S＝{}：表示已经找到最短路径的结点；U＝{}：表示尚未找到最短路径的结点。步骤一：初始时，S只包含源点，即S＝{a}，a的距离为0。U包含除a外的其他顶点，即:U＝{其余顶点}，若a与U中顶点u有边，则<u,a>正常有权值，若u不是a的出边邻接点，则<u,a>权值为∞。步骤二：从U中选取一个距离a点最小的顶点k，把k加入S中(该选定的距离就是a到k的最短路径长度)。步骤三：以k为新考虑的中间点，修改U中各顶点的距离；若从源点a到顶点u的距离(经过顶点k)比原来距离(不经过顶点k)短，则修改顶点u的距离值，修改后的距离值为顶点k的距离加边的权值。步骤四：重复步骤二和三直到所有顶点都包含在S中。将最短路径所经过的点连接起来，即为a→b的最短路径，最短路径的长度为其中各路径的权值之和，也就意味着延这条路线出警耗时最短。该算法经过MATLAB实现后，可以按要求实现最短路径的选择问题。但从该算法中可以看出，算法执行过程中需要执行三个循环，第一个循环时间复杂度为O(n)，而其余两个循环是循环嵌套，其时间复杂度为O(n^2)。当n较大时，Dijkstra算法的时间复杂度急剧增加，即时间复杂度随网络节点数增加而急剧增长。二、道路赋权问题的优化在出警路线规划时，没有考虑道路赋权的问题，下面应用层次分析法对道路赋权的优化方法做详细说明。应用层次分析法分析决策问题时，首先要把问题条理化、层次化，构造出一个有层次的结构模型。在这个模型下，复杂问题被分解为元素组成部分。这些元素又按其属性及关系形成若干层次。上一层次的元素作为准则对下一层次有关元素起支配作用。这些层次可以分为三类：(1)最高层：这一层次中只有一个元素，一般它是分析问题的预定目标或理想结果，因此也称为目标层。(2)中间层：这一层次中包含了为实现目标所涉及的中间环节，它可以由若干个层次组成，包括所需考虑的准则、子准则，因此也称为准则层。(3)最底层：这一层次包括了为实现目标可供选择的各种措施和决策方案等，因此也称为措施层或方案层。首先构建道路网权值计算的层次结构模型。其中最高层含1项指标，中间层含2项指标，最底层含6项指标。影响道路权重的因素受到多种因素影响，可以分为固定的和实时的两个部分。固定因素是指在一个较长时间里恒态存在的因素，包括路段宽度、道路等级、路段长度等，在地理信息系统中有详细的资料可供查询；实时因素是指动态变化的，需要实时测量的因素，包括交通流量、平均车速、交通管制等，实时因素可通过交警部门实时查询。道路权值的层次结构模型如图3所示：其中：O层：道路网权值。C1层：实时代价C11；固定代价C12。C2层：交通流量C21；平均车速C22；交通管制C23；路段宽度C24；道路等级C25；路段长度C26。道路权值计算过程的具体步骤如下(以下数据为举例说明)：步骤一：构造O层对C1层的判断矩阵并进行权重计算；层次结构反映了因素之间的关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种火灾救援路线规划方法，其特征在于：包括如下内容：一、出警路线规划：在最短路径算法的基础上，根据实际路况，采用层次分析法对不同道路属性赋予不同的权值，并采用堆排序法对最短路径算法进行优化，规划出一条从消防局到火灾现场的最优路线；二、楼宇内救援路线规划：首先采用最短路径算法计算得到从大楼入口至火灾地点的最短路径，然后根据构建好的3D楼宇模型将最短路径对应的点及路径连接起来，直观地显示在救援设备上。

【技术特征摘要】
1.一种火灾救援路线规划方法，其特征在于：包括如下内容：一、出警路线规划：在最短路径算法的基础上，根据实际路况，采用层次分析法对不同道路属性赋予不同的权值，并采用堆排序法对最短路径算法进行优化，规划出一条从消防局到火灾现场的最优路线；二、楼宇内救援路线规划：首先采用最短路径算法计算得到从大楼入口至火灾地点的最短路径，然后根据构建好的3D楼宇模型将最短路径对应的点及路径连接起来，直观地显示在救援设备上。2.根据权利要求1所述的一种火灾救援路线规划方法，其特征在于：所述最短路径算法包括如下步骤：设：a点代表路径起点，b点代表路径终点，首先建立两个集合S＝{}：表示已经找到最短路径的结点；U＝{}：表示尚未找到最短路径的结点；步骤一、初始时，S＝{a}，a的距离为0，U包含除a外的其他顶点，U＝{其余顶点}，若a与U中顶点u有边，则<u,a>正常有权值，若u不是a的出边邻接点，则<u,a>权值为∞；步骤二、从U中选取一个距离a点最小的顶点k，把k加入S中，选定的距离为a到k的最短路径长度；步骤三、以k为新的中间点，修改U中各顶点的距离；若从源点a经过顶点k到顶点u的距离比不经过顶点k的距离短，则修改顶点u的距离值，修改后的距离值为顶点k的距离加上边的权值；步骤四、重复步骤二和步骤三直到所有顶点都包含在S中；步骤五、将最短路径所经过的点连接起来，即得到a→b的最短路径，最短路径的长度为其中各路径的权值之和。3.根据权利要求2所述的一种火灾救援路线规划方法，其特征在于：采用层次分析法对不同道路属性赋予不同权值的方法为：(1)构建道路网权值计算的层次结构模型：O层：道路网权值；C1层：实时代价C11；固定代价C12；C2层：交通流量C21；平均车速C22；交通管制C23；路段宽度C24；道路等级C25...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉小军，
申请(专利权)人：四川三秦电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51