CN101776460B - 人员疏散中的导航方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人员疏散中的导航方法，包括：获取建筑图中每个网格到出口的导航路径；获得疏散对象在建筑图中所处位置的对应网格，根据该网格的导航路径指令所述疏散对象更新其位置；判断是否所有疏散对象完成疏散，如果是，则结束本流程；否则执行上一步。该导航方法通过为每个疏散对象提供导航路径，能够自动指引其在建筑物中的疏散。其导航路径算法基于建筑图的网格化，把对疏散人的导航近似为对网格的导航，在几乎不影响路径精确性的前提下，大大提高了导航算法的运行效率，具有简单精确高效的特点。由于对特定的建筑图，其网格化是确定不变的，故导航路径也确定，在运行中只需要一次计算即可。本发明还公开了一种人员疏散中的导航装置。

Description

人员疏散中的导航方法及装置

技术领域

本发明涉及导航技术，特别是遇到火灾等灾害时，对建筑物中的人员进行疏散过程中的导航方法及装置。

背景技术

在遇到火灾等灾害时，需要对建筑物中的人员进行疏散。进行人员疏散的第一步，就是要明确疏散的路径。不管疏散对象处于建筑物的何种位置，都应该有对应的导航路径来指引其行走的方向，导航路径都对疏散的决策起着至关重要的作用。对疏散对象来说，导航路径是一种规范，是一种期望，在理想的情况下(即不受环境各因素影响)，疏散对象将严格沿着导航路径行进。

从整体来看，疏散导航的目标在于提出一个(或数个)从起点到终点的最佳行走路径。对“最佳”的理解可以有很多，在本发明中等同于“距离最短”，也就是说，导航算法提供了一条(或数条)从起点到终点的、绕过各种障碍物的最短行走路径。

然而，目前还不存在一种根据疏散对象在建筑物中的位置，自动获得对其疏散的最佳行走路径，从而对其进行导航的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供人员疏散中的导航方法及装置，用于对建筑物中的待疏散对象完成自动导航。

本发明的实施例提供了一种人员疏散中的导航方法，包括：

A、获取建筑图中每个网格到出口的导航矢量路径，具体包括：

A1、初始化所述建筑图中所有建筑物出口所处的网格为基本拐点，设置该基本拐点到出口的距离为0；初始化所有其他网格到出口所处网格的距离为正无穷大；创建中心网格队列，并将所有的基本拐点加入中心网格队列；

A2、对所述中心网格队列队首的第一个中心网格进行出队列操作，获得该中心网格周围与之相邻的全部网格的导航矢量路径，并更新所述相邻网格到出口的距离；将所述更新距离的网格，加入到所述中心网格队列的队尾；

A3、如果所述中心网格队列为空，则结束本流程；否则从所述中心网格队列的队首中获取一网格，返回步骤A2；

B、获得疏散对象在建筑图中所处位置的对应网格，根据该网格的导航矢量路径指令所述疏散对象更新其位置；

C、判断是否所有疏散对象完成疏散，如果是，则结束本流程；否则执行上一步。

本发明的实施例还提供了一种人员疏散中的导航装置，包括：

路径获取单元，用于获取建筑图中每个网格到出口的导航矢量路径，具体包括：A1、初始化所述建筑图中所有建筑物出口所处的网格为基本拐点，设置该基本拐点到出口的距离为0；初始化所有其他网格到出口所处网格的距离为正无穷大；创建中心网格队列，并将所有的基本拐点加入中心网格队列；A2、对所述中心网格队列队首的第一个中心网格进行出队列操作，获得该中心网格周围与之相邻的全部网格的导航矢量路径，并更新所述相邻网格到出口的距离；将所述更新距离的网格，加入到所述中心网格队列的队尾；A3、如果所述中心网格队列为空，则结束本流程；否则从所述中心网格队列的队首中获取一网格，返回步骤A2；

导航单元，用于获得疏散对象在建筑图中所处位置的对应网格，并根据该网格的导航矢量路径指令所述疏散对象更新其位置；

控制单元，用于判断是否所有疏散对象完成疏散，如果是，则结束导航；否则控制导航单元对未完成疏散的疏散对象继续提供导航路径。

本发明提供的导航方法，通过为每个疏散对象提供导航矢量路径，能够自动指引其在建筑物中的疏散。本发明提供的导航路径算法基于建筑图的网格化，把对疏散人的导航近似为对网格的导航，在几乎不影响路径精确性的前提下，大大提高了导航算法的运行效率，具有实现简单，精确高效的特点。由于对特定的建筑图，其网格化是确定不变的，因此导航路径也具有确定性，在运行中只需要一次计算即可。

附图说明

图1为本发明实施例提供的导航方法流程图；

图2为本发明实施例中的导航方法示意图；

图3为本发明实施例提供的一种人员疏散中的导航装置的结构示意图。

具体实施方式

导航的目标是回答“下一步往哪走”。由于建筑物中各种障碍物的存在，导航路径往往是由一条条线段连接而成的折线。因此只要每一条线段确定了，就能够确定整个导航路径。本实施例把两条线段的交点称作“拐点”，本实施例的核心就在于寻找拐点。

具体到建筑图上，导航需要获得图上每一点到出口的导航路径。显然，每一个不同的点，到出口的导航路径均不相同，因此每个图均存在无数多个导航路径。如果直接对每个点求各自的导航路径，显然是一种极其消耗时间和资源的做法。为此，本实施例采用了对建筑图的网格化方法，用一个个边长为D(一般取200mm)的正方形网格覆盖整个建筑图，每个网格内的所有点，均用该网格的中心坐标来表示。这样，建筑图的导航路径就仅与网格相关了，而且个数也是有限的，这大大提高了计算效率。同时，只要D取得足够小，对计算精度的影响就可以忽略不计。

在建筑图的导航路径算法中，需要针对每一个网格，计算其到出口的导航路径。对一个特定的网格，无需保存全部的导航路径信息，而只需要保存其下一个拐点即可。当确认了该网格的下一个拐点之后，从该网格到拐点网格形成的直线段即作为导航路径的一部分；当拐点为出口时，就获得了整个导航路径。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

图1为本发明实施例提供的导航方法流程图，包括以下步骤：

步骤101、获得建筑图中每一网格到建筑物出口的导航路径。疏散对象处于建筑物中，他位于建筑图上的某个网格中，只需计算该网格到出口的导航路径即可。在获取某个网格的导航路径前，本实施例提供了一种方法，用于获取建筑图中所有网格到出口的导航路径，该方法包括：

步骤1011、初始化所有建筑物出口所处的网格为基本拐点，该拐点到出口的距离为0；初始化所有其他网格到出口网格的距离为正无穷大，可以以一个极大的正数近似；创建一个中心网格队列，并将所有的基本拐点加入中心网格队列。

步骤1012、对中心网格队列队首的第一个中心网格进行出队列操作，计算其周围与之相邻的8个网格(网格1)的导航路径(参见图2)，并更新所述相邻网格到出口的距离；将更新了距离的网格，加入到中心网格队列的队尾。对这8个网格中的任一网格，首先假定其下一拐点为中心网格的下一拐点(基本拐点)。以图2为例，分两种情况进行说明：

A、该网格能够直达它假定的下一拐点，则计算该网格到出口的距离：等于该网格到假定的下一拐点的距离加上该拐点到出口的距离。如果这个距离比原来的距离小(在步骤1021中，已经初始化所有非基本拐点的网格到出口网格的距离为正无穷大)，则更新该网格的下一拐点为前述假定的拐点，同时更新距离值；否则不更新。这里所说的直达，指的是该网格与下一拐点间没有障碍物，可以直线到达。

B、该网格不能直达它假定的下一拐点，则计算该网格到出口的距离：等于它到中心网格的距离加上中心网格到出口的距离。如果这个距离比原来的距离小，则更新下一拐点为中心网格，同时更新距离；否则不更新。如果一网格不能直达其中心网格的下一拐点，表明其与出口间有障碍物，其导航路线应该是绕过障碍物，先到达其中心网格，再由中心网格到下一拐点。

步骤1013、如果中心网格队列为空，则结束本流程；否则从中心网格队列的队首中获取一网格，返回步骤1012。

图2是导航路径的算法示意图，在图2中，按照前述方法，经过3步的计算，可以得到网格A的下一拐点即为基本拐点E，它可以直达出口。第4步计算中，网格B是以A为中心的8个网格之一，首先假设其下一拐点为A的下一拐点E，但是B和E不能直接连通，所以把中心网格A作为B的下一拐点，然后计算B到出口的距离(等于B到A的距离加上A到出口的距离)，这个距离是小于原来的距离(B到出口的原始距离为初始化距离，为正无穷大)的，故确定其下一拐点为A，并且保存B通过A到出口的距离。导航路线如图2中带箭头实线所示。当然，网格B还处于除A以外的、以其他网格为中心的8个网格中，这个时候只需要进行距离的比较就可以确定网格B的最佳导航路线了。同理，按以上方法还可以获取图中带实线箭头的网格5的导航路线，它是以网格B为中心网格的8个网格之一，先假定其下一拐点为网格B的下一拐点A，但不能直达，所以中心网格B是其下一拐点，导航路径如图所示，为5→B→A→E，计算机中只需保存其下一拐点B，无需保存整个导航路径。

对一个特定的网格化后的建筑图来说，经过上述操作，已经能获得该建筑图中所有区域的导航路径了：对于那些与出口相连接的区域，任一点(对应于唯一的网格)都有一个明确的前进目标网格，这个目标可能是出口，也可能是另一个离出口更近的网格；而对那些根本不能到达出口的区域，则自动设置为不可达区域。

获得了建筑图的导航路径后，就能方便的对疏散对象进行导航了。在对火灾中的疏散人进行疏散模拟时，计算机将按以下步骤对疏散人实施导航：

步骤102、对某一个特定的疏散对象A，获得其在建筑图中的坐标，并得到该坐标对应的唯一网格G。

步骤103、若网格G是连接网格(连接指的是楼梯和楼层的交界线)或出口网格，则疏散对象A将根据规则决定进入下一个疏散单元(比如从楼层进入楼梯等，一个楼梯和一个楼层均被当作一个基本的疏散单元)或者通过出口(表示疏散成功)；若网格G是不可达网格，则该疏散对象将无法成功疏散，于是自动删除该对象并给出相关警告信息。

步骤104、若网格G既不是连接网格和出口网格，也不是不可达网格，则读取网格G的导航路径信息，根据该网格的导航路线，得到网格G的下个拐点N。依照规则，在理想情况下，疏散人A将沿直线从G行进到N。

步骤105、疏散对象A在导航路径影响下(需要强调的是，导航路径只是对疏散人的疏散决策产生影响的因素之一)更新其位置。

步骤106、若所有可疏散对象疏散完毕，则结束；否则，返回步骤102。对所有疏散对象重复执行上述操作，直到所有对象按照导航路线完成疏散。

导航路径矢量能够指导疏散对象的行动，尽管有时候疏散对象不一定能严格按照导航路径的折线段行走(因为还有其他因素会影响其行动方向和速度大小，比如人员的密集程度等)，但是导航路径能给予疏散对象一个驱动，使得其能不断的(或许是曲折的)接近疏散出口。可以说，导航路径是使得疏散对象最终得以成功疏散的基本的原驱动。

本实施例提供的导航路径算法是一种精细网格矢量化路径导航方法，基于建筑图的网格化，把对疏散人的导航近似为对网格的导航，在几乎不影响路径精确性的前提下，大大提高了导航算法的运行效率，具有实现简单，精确高效的特点。由于对特定的建筑图，其网格化是确定不变的，因此导航路径也具有确定性，在运行中只需要一次计算即可。该方法在疏散人的疏散路径确定上有着很好的应用效果。

所谓精细网格矢量化路径导航，包含了以下两层意思：(1)建筑图被足够精细的网格所覆盖(如边长为200mm的网格)，网格的精细程度保证了一定的路径导航精确度；(2)路径是矢量化的，即本实施例不关心路线的具体走势与长度，而只需考虑当疏散对象位于某一具体网格时，其前进的方向。

这上述两点中，第一点的思想与目前被广泛使用的针对建筑图的网格化技术很类似。一个小的区别是，在元胞自动机模型中，由于每一个疏散对象与一个网格对应，即人就是网格，网格也是人，所以网格的大小一般与人的大小相匹配(典型边长为400mm或500mm)；但在本实施例中，网格和人是相互独立开来的，所以在选择网格大小时比较灵活，最后选择200mm为边长，主要是基于数据复杂度与运算精确度之间的折中来考虑的。

第二点则是本实施例所独具的特点。与元胞自动机模型相比，虽然两者其网格化的思想类似(除了网格大小)，但疏散路径的实质是完全不同的。元胞自动机模型的疏散路径是由距离来指示的，而且具有局部性和可变性。这是因为对于每一个疏散人来说，其只能从当前网格以不同的概率走向与之相邻的8个网格之一，而优先往哪个网格行进，则是根据网格的距离来确定的。因此，当前网格仅与周围网格相关联，具有局部性；而具体行进路径可以为周围8个网格的任何一个，故具有可变性。

而在本实施例提供的矢量化路径导航方法中，路径的具体距离对导航是无关紧要的。唯一决定导航结果的，是该网格的导航矢量，该矢量以该网格中心为起点，直接指向疏散出口，或者是走向出口所必经的、可直达的、距离最远的某个网格，这往往就超出了周围8个网格的范围，从而具有更好的全局指导性。而由于疏散人与网格相互独立，其行走规则由社会力模型来决定，所以矢量化导航路径一旦确定，就不再变化。相对于元胞自动机导航的局部性和可变性，矢量化的路径导航具有全局性和稳定性。

本实施例还进一步提供了导航路径算法的代码实现方式，用dist(i)表示网格i疏散路径的距离，用dist(i，j)表示网格i到网格j的距离，并且规定，当j＝-1时，dist(i，-1)表示网格i到出口网格的距离。

其中，如果j能够直接到达出口，那导航路径就是从j指向出口，如果j不能够直接到达出口，那导航路径就首先从j指向i，然后加上从i到达出口的路径。这里i是从出口的网格算起，也就是一开始i是出口，j是出口附近的八个网格，这样循环计算出所有网格的导航路径。

该导航路径算法的实现方式，使得针对特定出口的导航路径能够方便的获取，这为疏散导航中的指定出口功能提供了方便。

本发明的实施例还提供了一种人员疏散中的导航装置，如图3所示，具体包括：

路径获取单元11，用于获取建筑图中每个网格到出口的导航路径具体包括：A1、初始化所述建筑图中所有建筑物出口所处的网格为基本拐点，设置该基本拐点到出口的距离为0；初始化所有其他网格到出口所处网格的距离为正无穷大；创建中心网格队列，并将所有的基本拐点加入中心网格队列；A2、对所述中心网格队列队首的第一个中心网格进行出队列操作，获得该中心网格周围与之相邻的全部网格的导航矢量路径，并更新所述相邻网格到出口的距离；将所述更新距离的网格，加入到所述中心网格队列的队尾；A3、如果所述中心网格队列为空，则结束本流程；否则从所述中心网格队列的队首中获取一网格，返回步骤A2；

导航单元12，用于获得疏散对象在建筑图中所处位置的对应网格，并根据该网格的导航路径指令所述疏散对象更新其位置；

控制单元13，用于判断是否所有疏散对象完成疏散，如果是，则结束导航；否则控制导航单元对未完成疏散的疏散对象继续提供导航路径。

本装置实现了为每个疏散对象提供导航路径，自动指引其在建筑物中的疏散。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种人员疏散中的导航方法，其特征在于，包括：

A、获取建筑图中每个网格到出口的导航矢量路径，具体包括：

A1、初始化所述建筑图中所有建筑物出口所处的网格为基本拐点，设置该基本拐点到出口的距离为0；初始化所有其他网格到出口所处网格的距离为正无穷大；创建中心网格队列，并将所有的基本拐点加入中心网格队列；

A2、对所述中心网格队列队首的第一个中心网格进行出队列操作，获得该中心网格周围与之相邻的全部网格的导航矢量路径，并更新所述相邻网格到出口的距离；将所述更新距离的网格，加入到所述中心网格队列的队尾；

A3、如果所述中心网格队列为空，则结束本流程；否则从所述中心网格队列的队首中获取一网格，返回步骤A2；

B、获得疏散对象在建筑图中所处位置的对应网格，根据该网格的导航矢量路径指令所述疏散对象更新其位置；

C、判断是否所有疏散对象完成疏散，如果是，则结束本流程；否则执行上一步。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，该方法进一步包括：

针对建筑物的建筑图，用一个个边长为固定常数的正方形网格覆盖整个建筑图，每个网格内的所有点，均用该网格的中心坐标来表示。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述获得相邻网格的导航矢量路径的方法具体包括：

对于所述相邻网格，预设定其下一拐点为中心网格的下一拐点；

如果该相邻网格能够直达所述下一拐点，则设置该网格到出口的距离为该网格到所述下一拐点的距离加上所述下一拐点到出口的距离；如果该距离比原来距离小，则更新该网格的下一拐点为所述下一拐点，并更新距离值；否则不更新；

如果该相邻网格不能直达所述下一拐点，则设置该网格到出口的距离为该网格到所述中心网格的距离加上所述中心网格到出口的距离；如果该距离比原来距离小，则更新该网格的下一拐点为所述中心网格，同时更新距离；否则不更新。

4.根据权利要求1、2或3所述方法，其特征在于，所述指令疏散对象更新位置的方法具体包括：

读取所述疏散对象所处网格G的导航路径信息，根据该网格的导航路线，得到该网格的下个拐点N，指令疏散对象从G行进到N。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

如果所述疏散对象所处网格是连接网格，则该疏散对象进入下一个疏散单元；如果所述疏散对象所处网格为出口网格，则直接通过出口完成疏散；如果所述疏散对象所处网格是不可达网格，则删除该疏散对象并上报告警信息。

6.一种人员疏散中的导航装置，其特征在于，包括：

路径获取单元，用于获取建筑图中每个网格到出口的导航矢量路径，具体包括：A1、初始化所述建筑图中所有建筑物出口所处的网格为基本拐点，设置该基本拐点到出口的距离为0；初始化所有其他网格到出口所处网格的距离为正无穷大；创建中心网格队列，并将所有的基本拐点加入中心网格队列；A2、对所述中心网格队列队首的第一个中心网格进行出队列操作，获得该中心网格周围与之相邻的全部网格的导航矢量路径，并更新所述相邻网格到出口的距离；将所述更新距离的网格，加入到所述中心网格队列的队尾；A3、如果所述中心网格队列为空，则结束本流程；否则从所述中心网格队列的队首中获取一网格，返回步骤A2；导航单元，用于获得疏散对象在建筑图中所处位置的对应网格，并根据该网格的导航矢量路径指令所述疏散对象更新其位置；

控制单元，用于判断是否所有疏散对象完成疏散，如果是，则结束导航；否则控制导航单元对未完成疏散的疏散对象继续提供导航路径。

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