基于邮轮火灾与路段容量限制的人员疏散仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种基于邮轮火灾与路段容量限制的人员疏散模型的构建方法及仿真方法，通过邮轮的模型数据将邮轮三维模型转换为疏散网络；疏散网络中包含节点集合、路段的集合、以及所有路段长度与宽度的集合；根据火灾时人员疏散特性，对各节点和路段添加属性；定义人员的属性和数值范围，其中人员标志位用于区分继续行走和停止前行；计算人员所在路段的危险程度，危险程度越高，人员疏散优先级越高；计算人员疏散路径；通过确定人群密度与人员移动速度关系，实时计算所有路段人员移动速度；设置路段的人员最大容量，根据人员疏散优先级来判断所有人员是否继续移动。本发明专利技术能够准确模拟火灾场景的应急疏散，为制定合理的疏散预案提供有力支撑。供有力支撑。供有力支撑。

Simulation method of personnel evacuation based on cruise fire and road section capacity limitation

【技术实现步骤摘要】
基于邮轮火灾与路段容量限制的人员疏散仿真方法


[0001]本专利技术涉及远洋邮轮火灾情形的人员疏散仿真领域，尤其涉及一种基于邮轮火灾与路段容量限制的人员疏散模型的构建方法及仿真方法。

技术介绍

[0002]人员疏散仿真模型的建立是确定应急疏散方案的基础，人员疏散模型是否与实际情况相符直接决定了仿真实验结果的正确性。面对大型建筑物发生火灾时，室内人员流量大、内部结构复杂、应急疏散通道拥堵以及不同路段的受灾程度各不一样等特点，传统的人员疏散模型都是基于人员个体细节或行人流来进行人员运动建模，这些人员疏散模型通常只能模拟人员正常情况下的人员疏散行为，然而对于存在路段拥堵和火灾的应急疏散仿真，其结果与实际疏散偏差较大，无法有效的确定合理的应急疏散预案。

技术实现思路

[0003]本专利技术主要目的在于：提供一种基于邮轮火灾与路段容量限制的人员疏散模型的构建方法及仿真方法，能够准确模拟火灾场景和制定合理的疏散预案。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：一种基于邮轮火灾与路段容量限制的人员疏散模型的构建方法，本方法包括以下步骤：
[0005]S1、构建疏散网络：
[0006]通过邮轮的模型数据将邮轮三维模型转换为疏散网络；疏散网络中包含节点集合、路段的集合、以及所有路段长度与宽度的集合；
[0007]根据火灾时人员疏散特性，对各节点和路段添加属性；节点的属性包括节点编号、邻接节点集合、邻接路段集合、节点种类、距出口节点的最短路径及长度，所述节点种类包括安全节点、危险节点、出口节点和火灾节点；路段的属性包括路段编号、首节点编号、尾节点编号、面积、人员数量、路段的危险程度和路段的人群密度；
[0008]S2、建立人员疏散模型：
[0009]在所述疏散网络基础上，定义人员的属性和数值范围，人员属性包括人员编号、人员所在路段编号、路段首节点编号、路段尾结点编号、人员移动速度、人员距路段节点的距离、人员标志位、人员疏散优先级、人员前往的下个路段编号、人员前往的节点编号、人员疏散路径；其中人员标志位用于区分继续行走和停止前行；
[0010]通过火灾区域与火灾产物浓度分析，计算人员所在路段的危险程度，危险程度越高，所述的人员疏散优先级越高；
[0011]S3、计算所有区域前往出口节点并避开火灾区域的最短路径，作为所述的人员疏散路径；
[0012]S4、通过确定人群密度与人员移动速度关系，实时计算所有路段所述的人员移动速度；
[0013]S5、设置路段的人员最大容量，并根据人员疏散优先级来判断所有人员是否继续
移动，当下一个前往的路段达到人员最大容量，则停止移动，从而赋值给所述人员标志位。
[0014]按上述方案，所述的S1中，通过邮轮的模型数据将邮轮三维模型转换为疏散网络，具体为：
[0015]读取邮轮数据，根据邮轮不同设施的功能，将邮轮划分区域；
[0016]对邮轮不同区域的中心设置节点；
[0017]判断不同区域之间是否相互连接，将相互连接的区域中心点相连；
[0018]然后生成疏散网络。
[0019]按上述方案，所述的S2中，人员受火灾产物的影响系数通过以下公式计算得到：
[0020]f
m
＝min(1,max(0.2,1
‑
0.34(3
‑
VIS)))
[0021][0022][0023]式中，f
m
、f
c
和f(θ
s
)分别为可见度、CO体积分数和温度对人员速度的影响系数，数值越小表示影响程度越严重；VIS为疏散人员的能见度，φ(CO)为CO体积分数，t为暴露时间，θ
s
为火场实际温度，v
max
为最大逃生速度，θ
cr1
为人员感到不适的温度，θ
cr2
为对人员造成伤害的温度，θ
d
为对人员造成重伤的温度；依据路段f
m
、f
c
和f(θ
s
)的数值大小，本专利技术定义路段的危险程度通过以下公式计算得到：
[0024][0025]按上述方案，所述的S3采用Dijkstra算法，具体为：
[0026]3.1、定义集合S与集合U；集合S中仅包含起点s及起点s到出口的距离构成的键值对，集合U包含除s外的其余节点，设与s相连的节点到节点s之间的距离为原始距离，与s不相连的节点到节点s之间的距离预设为无穷大，并定义节点i到节点j的距离为d
ij
，则有S＝{s:d
ss
},U＝{其余节点}，d
ss
为节点s到s的距离，d
ss
＝0；
[0027]3.2、从集合U中选出距离起点s最短的节点k，将节点k转移到集合S中，并在集合U中删除；
[0028]3.3、更新集合U中所有节点到节点s的距离；
[0029]3.4、重复3.2和3.3，直到遍历完所有节点结束，最后结果为S集合包含所有节点，U集合为空；S集合中的起点s到出口的距离即为起点s到出口的最短距离。
[0030]按上述方案，所述的S4具体为：
[0031]4.1、选择已有的若干学者速度模型，以预设的初始人流密度开始，以预设步长挑选平直路段时各个学者速度模型的人员移动速度值，生成平直路段的速度数据；
[0032]4.2、对平直路段时各个学者速度模型选取同一人流密度对应的人员移动速度数据，对这多个人员移动速度数据选取中位数，最终得到平直路段时的人员速度和人流密度数据；
[0033]4.3、利用指数函数拟合所述的人员速度和人流密度数据，得到人员在平直路段的人员移动速度值与人群密度之间的关系式。
[0034]按上述方案，所述的S5中，路段的人员最大容量通过以下公式得到：
[0035][0036]式中，N
max
表示路段的人员最大容量，D
max
表示路段的最大人群密度，S
ij
为路段面积；
[0037]通过对所有路段设置同一D
max
，再根据各个路段的面积来确定路段最大人员容量。
[0038]一种基于邮轮火灾与路段容量限制的人员疏散仿真方法，利用所述的构建方法得到的基于邮轮火灾与路段容量限制的人员疏散模型；
[0039]P1、输入所有路段最大允许人员容量或人流密度、人员数量、速度，以及火灾产物浓度；
[0040]P2、通过火灾产物浓度判断所有路段的危险程度，并为路段的人员设置人员的疏散优先级；
[0041]P3、根据生成的人员疏散路径，选择优先级为最高、或者距离下一个前往的路段节点大于预设距离的人员，设置人员标志位为1；进入步骤P6；
[0042]对于其它人员，则判断下一个前往的路段的人群密度是否超过阈值，若是，则进入步骤P4；若否，则进入步骤P5；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于邮轮火灾与路段容量限制的人员疏散模型的构建方法，其特征在于，本方法包括以下步骤：S1、构建疏散网络：通过邮轮的模型数据将邮轮三维模型转换为疏散网络；疏散网络中包含节点集合、路段的集合、以及所有路段长度与宽度的集合；根据火灾时人员疏散特性，对各节点和路段添加属性；节点的属性包括节点编号、邻接节点集合、邻接路段集合、节点种类、距出口节点的最短路径及长度，所述节点种类包括安全节点、危险节点、出口节点和火灾节点；路段的属性包括路段编号、首节点编号、尾节点编号、面积、人员数量、路段的危险程度和路段的人群密度；S2、建立人员疏散模型：在所述疏散网络基础上，定义人员的属性和数值范围，人员属性包括人员编号、人员所在路段编号、路段首节点编号、路段尾结点编号、人员移动速度、人员距路段节点的距离、人员标志位、人员疏散优先级、人员前往的下个路段编号、人员前往的节点编号、人员疏散路径；其中人员标志位用于区分继续行走和停止前行；通过火灾区域与火灾产物浓度分析，计算人员所在路段的危险程度，危险程度越高，所述的人员疏散优先级越高；S3、计算所有区域前往出口节点并避开火灾区域的最短路径，作为所述的人员疏散路径；S4、通过确定人群密度与人员移动速度关系，实时计算所有路段所述的人员移动速度；S5、设置路段的人员最大容量，并根据人员疏散优先级来判断所有人员是否继续移动，当下一个前往的路段达到人员最大容量，则停止移动，从而赋值给所述人员标志位。2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述的S1中，通过邮轮的模型数据将邮轮三维模型转换为疏散网络，具体为：读取邮轮数据，根据邮轮不同设施的功能，将邮轮划分区域；对邮轮不同区域的中心设置节点；判断不同区域之间是否相互连接，将相互连接的区域中心点相连；然后生成疏散网络。3.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述的S2中，人员受火灾产物的影响系数通过以下公式计算得到：f
m
＝min(1,max(0.2,1
‑
0.34(3
‑
VIS)))
式中，f
m
、f
c
和f(θ
s
)分别为可见度、CO体积分数和温度对人员速度的影响系数，数值越小表示影响程度越严重；VIS为疏散人员的能见度，φ(CO)为CO体积分数，t为暴露时间，θ
s
为火场实际温度，v
max
为最大逃生速度，θ
cr1
为人员感到不适的温度，θ
cr2
为对人员造成伤害的温度，θ
d
为对人员造成重伤的温度；依据路段f
m
、f
c
和f(θ
s
)的数值大小，本发明定义路段的危险程度通过以...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华军，刘洋，占宇，苏义鑫，张丹红，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：