CN102913276A - 生成紧急避险动态路线的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生成紧急避险动态路线的系统及方法。该系统能够根据环境的变化，实时更新传感器采集的各种环境，各种基础设施完好度的参数值，生成新的最优避险路径，使避险人员能够按照实时的安全路径指示，紧急避险逃生，最大程度上增加避险人员的逃生几率，减少人员伤亡。

Description

生成紧急避险动态路线的系统及方法

本发明涉及安全生产技术领域，尤其涉及一种生成紧急避险动态路线的系统及方法。 

背景技术

目前，我国每年都会发生多起矿难灾害事故，给人们的生命和财产造成了严重损失。灾害事故分析表明，事故造成的人员死亡绝大多数发生在逃离、避险和等待救援的过程中，事故发生时立即死亡的人员只占少数。煤矿井下生产工艺过程和环境特殊，目前尚不太可能完全杜绝灾害事故，故而井下发生突发紧急情况下保证人员安全逃离、安全避险和应急救援的设施、措施显得尤为重要。井下安全避险的基本理念应该是先撤离、后避险。只有在撤离路径被阻或撤退不能的情况下，遇险人员才进入紧急避险设施避险待救。 

参考文件1(专利申请号：201210095480.5)提供了一种固定避险路径与导航系统相结合的井下避险方法。该方法中，当灾难发生时，通过导航系统按照预先存储的避灾路线指导遇灾人员找到安全避险通道逃生。这种方法解决了工人自身的定位及导航问题，为矿难的预防、巷道导航及避难救灾提供了保证。在情况复杂的井下，灾害情况可能会随时变化，并无完全固定的模式，因此，预设逃生路径的方法未结合环境探测手段，不能实时反映当时的具体情况，虽然能够对逃生起到一定的指导作用，提高遇险人员逃生的概率，但是也存在一定的风险，严重时甚至可能导致让逃生人员误入险境。 

参考文件2(专利申请号：201210058327.5)提供了另外一种井下避险方法。该方法是使系统预先存储几条紧急避险路线，当灾情发生时，紧急避险系统通过对多种传感器检测的环境参数进行数据分析计算，根据计算分析结果从预先存储的多个避灾路线图中，选择一条最优避灾路线指示 遇险人员逃生。在很大程度上减少了人员伤亡。这种方法与之前的方法相比是有明显的提高，与之前的方法相比却确实增加了一些逃生机会。 

在实现本发明的过程中，申请人发现现有的紧急避险路线生成方式存在如下缺陷： 

(1)由于发生灾害时，井下环境存在不可知因素，随时都在不断的变化，各个路段的安全性也在实时发生变化，每条避险路径的综合安全性也会不断的发生改变，本来的安全路径也可能变得不安全，当选择的逃生路径上在选择之后出现危险情况时，遇险逃生人员继续沿这条路逃生就会遇到危险； 

(2)预存的几条避灾线路中很可能不包含真实情况下的真正最优避险路径，没能使遇险人员的逃生几率得到最大化，致使遇险人员逃生的机会大大降低。 

发明内容

(一)要解决的技术问题 

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种生成紧急避险动态路线的系统及方法，以克服现有技术中由于环境改变，遇灾人员选择的固定逃生路径有危险情况发生时，遇险人员无法及时获知无法及时改变逃生路径逃生的问题。 

(二)技术方案 

根据本发明的一个方面，提供了一种生成紧急避险动态路线的系统。该系统包括：传感器网络，由分布在井下的各种传感器组成，用于实时采集井下的环境参数及固定设施完好度参数；定位与初始化模块，用于预设目标安全位置，定位井下遇险人员的位置，并规划由遇险人员位置至预设目标安全位置的多条可能的逃生路径；路段危险度评估模块，与传感器网络与定位初始化模块相连接，用于对于每条路径的每一个路段，由井下传感器网络采集的环境参数及固定设施完好度参数得到多个相应的安全参考值，将该多个相应的安全参考值分别乘以各自的权重系数值后求和，获得该路段的危险度系数；动态路径生成模块，与路段危险度评估模块相连接，用于对于每一条可能的逃生路径L_k，由组成该路径的多个路段的危险 度系数求和，求取该逃生路径L_k的综合危险度系数w_k，并选取综合危险度系数最小的路径作为最优安全逃生路径；通信模块，与动态路径生成模块相连接，用于将该最优逃生路径发送至井下遇险人员。 

根据本发明的另一个方面，还提供了一种生成紧急避险动态路线的方法。该方法包括：步骤A，灾难发生时，启动紧急避险动态路线生成系统；步骤B，系统初始将目标安全位置设置为安全出口位置，定位井下遇险人员的位置，并规划由遇险人员位置至预设目标安全位置的多条可能的逃生路径。步骤C，由传感器网络实时采集井下的环境参数及固定设施完好度参数，并将其加上时间戳之后进行上报；步骤D，根据环境参数及固定设施完好度参数的时间戳，判断其是否为新数据，如果是，执行步骤E，否则，重新执行步骤C；步骤E，对于每条路径的每一个路段，由井下传感器网络采集的环境参数及固定设施完好度参数得到多个相应的安全参考值，将安全参考值分别乘以各自的权重系数值后求和，获得该路段的危险度系数；步骤F，判断是否组成每条路径均存在危险系数w_i＞2T的路段，如果是，则将目标位置设置为避难硐室或救生舱，重新执行步骤C，否则，执行步骤G；步骤G，动态路径生成方法对于每一条可能的逃生路径L_k，对组成该路径的多个路段的危险度系数进行求和，求取该逃生路径L_k的综合危险度系数w_k，并选取综合危险度系数最小的路径作为最优安全逃生路径w；步骤H，将该最优逃生路径发送至井下遇险人员，重新执行步骤C。 

(三)有益效果 

本发明紧急避险动态路线生成的系统及方法中，能够根据环境的变化，算法也会实时更新系数，生成新的最优避险路径，使避险人员能够按照实时的安全路径指示，紧急避险逃生，最大程度上增加避险人员的逃生几率，减少人员伤亡。 

附图说明

图1为根据本发明实施例紧急避险动态路线生成系统的结构示意图； 

图2为根据本发明实施例紧急避险动态路线生成方法的流程图； 

图3为本发明实施例应用场景的示意图。 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。 

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。 

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种生成紧急避险动态路线的系统。如图1所示，该系统包括：传感器网络、定位与初始化模块、路段危险度评估模块、动态路径生成模块和通信模块。其中，传感器网络，由分布在井下的各种传感器组成，用于实时采集井下的环境参数及固定设施完好度参数。定位与初始化模块，用于预设目标安全位置，定位井下遇险人员的位置，并规划由遇险人员位置至预设目标安全位置的多条可能的逃生路径。路段危险度评估模块，与传感器网络与定位初始化模块相连接，用于对于每条路径的每一个路段，根据井下传感器网络采集的环境参数及固定设施完好度参数分别乘以各自的权重系数值后求和，获得该路段的危险度系数。动态路径生成模块，与路段危险度评估模块相连接，用于对于每一条可能的逃生路径L_k，由组成该路径的多个路段的危险度系数求和，求取该逃生路径L_k的综合危险度系数w_k，并选取综合危险度系数最小的路径作为最优安全逃生路径w。通信模块，与动态路径生成模块相连接，用于将该最优逃生路径发送至井下遇险人员。 

下面将分别针对上述的传感器网络、危险度评估模块、动态路径生成模块对本实施例紧急避险动态路线生成系统进行详细介绍。 

传感器网络，由分布在井下的各种传感器组成，用于实时采集井下的环境参数及固定设施完好度参数。其中，由传感器网络采集的井下环境参数可以包括以下群组中的至少一项：温度，瓦斯，一氧化碳(CO)，压力和地质条件；固定设施完好度参数包括以下群组中的至少一项：通信设施完好度参数、排水设施完好度参数、灭火设施完好度参数等对逃生和避险有关键作用的设备信息。本实施例中，实时可以为按照预设周期更新，该 预设周期小于等于10min。 

定位与初始化模块，用于预设目标安全位置，定位井下遇险人员的位置，实时规划由遇险人员位置至预设目标安全位置的多条可能的逃生路径，该多条逃生路径中的每条都由一个或多个的路段组成。其中，规划逃生路径的方法可以为求图的生成树的方法。 

路段危险度评估模块，与传感器网络与定位初始化模块相连接，用于对于每条路径的每一个路段，由井下传感器网络采集的环境参数及固定设施完好度参数得到多个相应的安全参考值，将该多个相应的安全参考值分别乘以各自的权重系数值后求和，获得该路段的危险度系数。 

对于第i路段R_i，其由n个危险度系数w_i的计算公式如下： 

$w_i={\mathrm{\Σ}}_{j=1}^n{x}_{\mathrm{ij}}*q_{\mathrm{ij}}---\left(1\right)$

其中，x_ij为R_i路段上第j个因素的安全参考值；q_ij为R_i路段上第j个因素所占的权重系数值，其依据各自当前路段情况而各有不同，由用户预设。当w_i＜T时，这段路处于安全状态范围；当T＜w_i＜2T时，此路段处于亚安全状态；当w_i＞2T时，表示此路段危险，其中T为用户预设的综合危险度门限值。 

其中，上述安全参考值由获得的某一传感器值的范围进行分级计算获得，所在的级数即为安全参考值。 

动态路径生成模块，与路段危险度评估模块相连接，用于对于每一条可能的逃生路径L_k，由组成该路径的多个路段的危险度系数求和，求取该逃生路径L_k的综合危险度系数w_k，并选取综合危险度系数最小的路径作为最优安全逃生路径w。 

$w_k={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^m{w}_{\mathrm{ki}}---\left(2\right)$

w＝min(w₁，w₂，...w_k，...w_n)    (3) 

通信模块，与动态路径生成模块相连接，用于将该最优逃生路径发送至井下遇险人员。 

井下遇灾人员即可根据最优逃生路径，进行安全逃生。随着灾情变化，传感器网络数据会适时上传当前新的监测数据，各个路段的危险度系数也会实时更新，动态路径生成模块根据更新的各路段的危险度权值信息，重新生成新的当前此时段最优的安全避险路径，传递给井下遇灾人员，以使 其根据当前时段新的路径指示，得以安全逃生。 

在一般情况下，目标安全位置设置为安全出口位置，当特殊情况(灾情过重)，动态路径生成模块发现当每条通往安全出口位置的路径上都有至少一个路段的危险系数w_i＞2T，即所有通往安全出口的全部路径通过危险度评估预测都不安全时，这时指示定位与初始化模块可以切换安全出口位置，将其设定为避难硐室或救生舱的位置，避险系统再根据传感器网络更新上来的当前时段各路段的危险度权值信息通过动态路径生成算法实时地生成当前新的避险路径，并不断实时更新指示，使井下人员尽快安全到达避难硐室或救生舱避险，等待救援。 

基于上述的紧急避险动态路线生成系统，本发明还提供了一种生成紧急避险动态路线方法。如图2所示，该方法包括： 

步骤A，灾难发生时，启动紧急避险动态路线生成系统； 

步骤B，系统初始将目标安全位置设置为安全出口位置，定位井下遇险人员的位置，并规划由遇险人员位置至预设目标安全位置的多条可能的逃生路径； 

步骤C，由传感器网络实时采集井下的环境参数及固定设施完好度参数，并将其加上时间戳之后进行上报； 

步骤D，根据环境参数及固定设施完好度参数的时间戳，判断其是否为新数据，如果是，执行步骤E，否则，重新执行步骤C； 

步骤E，对于每条路径的每一个路段，由井下传感器网络采集的环境参数及固定设施完好度参数得到多个相应的安全参考值，将安全参考值分别乘以各自的权重系数值后求和，获得该路段的危险度系数； 

步骤F，判断是否组成每条路径均存在危险系数w_i＞2T的路段，如果是，则将目标位置设置为避难硐室或救生舱，重新执行步骤C，否则，执行步骤G； 

步骤G，动态路径生成算法，对于每一条可能的逃生路径L_k，对组成该路径的多个路段的危险度系数进行求和，求取该逃生路径L_k的综合危险度系数w_k，并选取综合危险度系数最小的路径作为最优安全逃生路径w； 

步骤H，将该最优逃生路径发送至井下遇险人员，重新执行步骤C。 

本实施例具有上述紧急避险动态路线生成系统实施例的全部有益效 果，此处不再重述。 

以下结合具体场景来描述本发明，如图3所示，图中A为安全出口，B，C，D，E，F表示遇险人员所处的位置。根据传感器网络上传的瓦斯，CO，温度，湿度，压力，地质等环境参数，以及通信畅通度和用于排水，灭火等固有设施完好度参数，通过危险度评估得到的各路段的危险系数和动态路径生成算法得到的某时段的最佳紧急避险路径如图绿色箭头所示。对于各类路段的危险度评估说明如下： 

假设井下某地方发生火灾时，各段路径需要考虑瓦斯，CO，温度，湿度，压力，地质，通信畅通度，灭火设施完好度，它们所占权重分别为0.15，0.15，0.3，0.1，0.05，0.05，0.05，0.15，再根据传感器上传的各路段各因素的定量系数值，假设某一时刻A-B段：1，1，4，1，2，2，3，3，A-C段：1，2，4，1，1，2，1，3，B-D段：2，2，3，1，2，1，2，4，D-E段：3，1，3，2，1，2，5，3，E-C段：2，2，4，3，1，1，1，5， 

A-F段：2，1，1，1，2，2，3，1，B-F段：1，2，1，1，2，2，1，1，C-F段：1，1，1，1，2，3，1，1，D-F段：2，1，1，1，2，2，2，1，E-F段：1，1，1，1，2，3，2，1，即可得到此时段各路段的危险度系数分别为：A-B段2.4，A-C段2.4，B-D段2.45，D-E段2.55，E-C段3.0，A-F段1.35，B-F段1.25，C-F段1.15，D-F段1.30，E-F段1.20，再根据动态路径生成方法即可得到当前此时段最优紧急避险路径(如图3所示)，使遇险人员可以顺利安全逃生。 

需要说明的是，上述对各元件的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构或形状，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换，例如： 

(1)危险度评估模型中的各路段各因素所占的比例系数还可以换成是统一固定值的形式； 

综上所述，本发明紧急避险动态路线生成系统与方法克服现有技术中由于固定避险线路的逃生效果不理想，和由于环境改变，遇灾人员选择的固定逃生路径危险时，人们无法及时获知及时改变逃生路径的问题，能够根据环境的变化，实时更新传感器采集的各种环境，各种基础设施完好度的参数值，生成新的最优避险路径，使避险人员能够按照实时的安全路径指示，紧急避险逃生，最大程度上增加避险人员的逃生几率，减少人员伤 亡。 

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种生成紧急避险动态路线的系统，其特征在于，包括： 

传感器网络，由分布在井下的各种传感器组成，用于实时采集井下的环境参数及固定设施完好度参数； 

定位与初始化模块，用于预设目标安全位置，定位井下遇险人员的位置，并规划由遇险人员位置至预设目标安全位置的多条可能的逃生路径； 

路段危险度评估模块，与传感器网络与定位初始化模块相连接，用于对于每条路径的每一个路段，由井下传感器网络采集的环境参数及固定设施完好度参数得到多个相应的安全参考值，将该多个相应的安全参考值分别乘以各自的权重系数值后求和，获得该路段的危险度系数； 

动态路径生成模块，与路段危险度评估模块相连接，用于对于每一条可能的逃生路径L _k ，由组成该路径的多个路段的危险度系数求和，求取该逃生路径L_k的综合危险度系数w_k，并选取综合危险度系数最小的路径作为最优安全逃生路径； 

通信模块，与动态路径生成模块相连接，用于将该最优逃生路径发送至井下遇险人员。 

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于： 

所述传感器网络，用于按照预设周期采集井下的环境参数及固定设施完好度参数，该预设周期小于等于10min。 

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，对于所述传感器网络： 

其采集的井下环境参数包括以下群组中的至少一项：温度，瓦斯，一氧化碳，压力和地质条件； 

其采集的固定设施完好度参数包括以下群组中的至少一项：通信设施完好度参数、排水设施完好度参数、灭火设施完好度参数。 

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述路段危险度评估模块中，对于第i路段R_i，按照以下公式计算该路段危险度系数： 

其中，x_ij 为R_i路段上第j个因素的实时传感器参数值；q_ij为R_i路段上第j个因素所占的权重系数值，其依据各自当前路段情况而各有不同，由用户预设。 

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述动态路径生成模块中，按照以下公式计算最优安全逃生路径： 

w＝min(w₁，w₂，...w_k，...w_n) 

其中，w_k为逃生路径L_k的综合危险度系数，w_ki为逃生路径L_k中第i个路段的危险度系数。 

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述定位与初始化模块中，所述预设目标安全位置为安全出口位置。 

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述动态路径生成模块还用于：判断是否组成每条路径均存在危险系数大于预设安全系数最大值的路段，如果是，则指示定位与初始化模块将预设目标安全位置切换至避难硐室或救生舱的位置。 

8.一种生成紧急避险动态路线的方法，其特征在于，包括： 

步骤A，灾难发生时，启动紧急避险动态路线生成系统； 

步骤B，系统初始将目标安全位置设置为安全出口位置，定位井下遇险人员的位置，并规划由遇险人员位置至预设目标安全位置的多条可能的逃生路径； 

步骤C，由传感器网络实时采集井下的环境参数及固定设施完好度参数，并将其加上时间戳之后进行上报； 

步骤D，根据环境参数及固定设施完好度参数的时间戳，判断其是否为新数据，如果是，执行步骤E，否则，重新执行步骤C； 

步骤E，对于每条路径的每一个路段，由井下传感器网络采集的环境参数及固定设施完好度参数得到多个相应的安全参考值，将安全参考值分别乘以各自的权重系数值后求和，获得该路段的危险度系数；

步骤G，对于每一条可能的逃生路径L_k，由组成该路径的多个路段的危险度系数求和，求取该逃生路径L_k的综合危险度系数w_k，并选取综合 危险度系数最小的路径作为最优安全逃生路径w； 

步骤H，将该最优逃生路径发送至井下遇险人员，重新执行步骤C。 

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤E之后还包括：

步骤F，判断是否组成每条路径均存在危险系数大于预设危险系数最大值的路段，如果是，则将目标位置设置为避难硐室或救生舱，重新执行步骤C，否则，执行步骤G。

10.根据权利要求8或9所述的方法其特征在于，所述井下环境参数包括以下群组中的至少一项：温度，瓦斯，一氧化碳，压力和地质条件； 

所述固定设施完好度参数包括以下群组中的至少一项：通信设施完好度参数、排水设施完好度参数、灭火设施完好度参数。 

Images