CN106792894B - 一种基于协同感知的毒气泄漏事故人员紧急疏散方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于协同感知的毒气泄漏事故人员紧急疏散方法，在石油化工厂的安全出口门上安装无线传感器节点，在石油化工厂内部布置若干静态节点，将现场工作人员定义为移动节点，毒气泄漏时，无线传感器节点发出信号包{exitID,坐标（x,y）,毒气浓度}给通信范围内的邻居节点，收到信息包的邻居节点再把接收到的信息包和自身的信息包{节点ID，坐标（x,y）,毒气浓度}向其通信范围以内的邻居节点广播，现场工作人员根据接收到的信息包判断毒气浓度以及离安全出口门的距离采取疏散措施。本发明使用静态节点和移动节点来保持整个传感器网络的连通性，降低节点通讯成本，同时在有毒气体危害分类的基础上来确保覆盖程度需求。

Description

一种基于协同感知的毒气泄漏事故人员紧急疏散方法

技术领域

本发明涉及一种基于协同感知的毒气泄漏事故人员紧急疏散方法，属于紧急人员疏散领域。

背景技术

危险化学品行业在生产、运输和存储过程中存在着火灾、爆炸及有毒物质泄漏、渗透等安全隐患问题，稍有不慎就会危及人员生命安全，造成恶劣的社会影响。同时由于危化品的危害大、破坏大和范围广等特点导致灾前预防、灾后应急处理和灾后重建等工作都难以快速实施。发生在我国的多次危化品爆炸事故以及事后采取的施救措施暴露了危化品的安全生产监测不到位，发生事故时应急措施和疏散救援存在不足，基本依靠传统的人工监测以及消防救援，在员工自救及自动化监测方面表现严重不足，具体体现在没有有效的整合利用现代通信监测及救援，从而造成巨大的人员伤亡和经济损失。

现有技术中存在以下不足：1.分布式紧急网络通信，解决传统网络通信在毒气泄漏后，存在节点死亡，无法传输数据的缺陷；2.传统网络通信在毒气泄漏后，数据传输负担大，时间长，不稳定等问题。

因此，迫切需要研究针对危化品的监测预警和灾后应急处置的关键技术，研究利用无线传感器网络技术运用基于协同感知的毒气泄漏事故人员紧急疏散算法，为工作人员现场逃生提供了更大的帮助，提高安全生产系数和保障生命财产安全。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于协同感知的毒气泄漏事故人员紧急疏散算法，使用静态工作节点和移动节点来保持整个传感器网络的连通性，降低节点通讯成本，同时在有毒气体危害分类的基础上来确保覆盖程度需求。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于协同感知的毒气泄漏事故人员紧急疏散方法，包括以下步骤：

1)在石油化工厂的安全出口门上安装无线传感器节点；在石油化工厂内部布置若干静态节点；将佩戴有安全预警信息头盔或特殊救援设备的现场工作人员定义为移动节点，所述现场工作人员佩戴的安全预警信息头盔或特殊救援设备中安装无线网络通信传感器，可与无线传感器节点、静态节点相互通信；

2)静态节点在传感器网络中以泛洪的方式向其邻居节点广播包含自身坐标信息的数据分组，包括{节点号ID，坐标(x,y)}；

3)移动节点位置坐标确定：由步骤2)中静态节点的坐标，通过三角形重心公式计算出三角形重心的位置，用重心的位置坐标来代替现场工作人员的位置坐标，即移动节点位置坐标；

4)当发生毒气泄漏时，安全出口门无线传感器节点不断发出信号包给通信范围内的邻居节点，信息包包括{exitID,坐标(x,y),毒气浓度}，收到信息包的邻居节点再把接收到的无线传感器节点发出的信息包和自身的信息包{节点ID，坐标(x,y),毒气浓度}在传感器网络中以泛洪的方式向其通信范围以内的邻居节点广播；所述邻居节点包括静态节点和移动节点；

5)移动节点根据接收到的信息包采取疏散措施：

a现场工作人员首先会向毒气浓度最低、离门口最近的节点方向疏散；

b当没有接收到离安全出口门两跳范围内的信息包的时候，优先向靠近门口的方向疏散；

c在人数允许的情况下，当同时接收到两个安全出口门无线传感器节点的信息包的时候，优先向两个安全出口中毒气浓度低的方向疏散，并给想撤离的那个安全出口门无线传感器节点发flog＝1信息包。

设三个静态节点的坐标分别为：(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)，则移动节点位置坐标为：

安全出口门无线传感器节点在广播两跳范围内就终止信息包的广播。

当移动节点接收到安全出口门无线传感器节点广播的信息包时，给相应的安全出口门无线传感器节点发送一个flog＝1的信息包，并统计在一定时间T内发送给同一安全出口门无线传感器节点信息包的移动节点数量。

安全出口门无线传感器节点当在一定时间T内接收到的移动节点数量小于阈值X值时，返回信息包flog＝1,则可从此门逃生，否则，不能选择此门逃生。

前述X为100。

本发明的有益效果为：

本发明使用静态工作节点和移动节点来保持整个传感器网络的连通性，降低节点通讯成本，同时在有毒气体危害分类的基础上来确保覆盖程度需求，本发明适合在特殊的有毒气体泄露后人员紧急疏散。

附图说明

图1为包含静态节点和移动节点的石油化工厂示例；

图2为移动节点位置坐标确定示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，假设图中是一个大型的石油化工厂，此工厂东西南北各有一个安全出口，分别为exit1、exit2、exit3和exit4，里面的实心圆圈为分布在工厂内部的静态节点；安装在安全出口门上的为无线传感器节点，它可以不断地向它通信范围内的节点发出信息包，包括{exitID,坐标(x,y),毒气浓度}；图中的小人A、B、C等是佩戴有安全预警信息头盔或特殊救援设备的现场工作人员，把它称为移动节点，移动节点具有与静态节点一样的功能且可相互通信。

针对上述石油化工厂，采用本发明的基于协同感知的毒气泄漏事故人员紧急疏散方法，步骤如下：

步骤一：广播静态节点信息包：

静态节点在传感器网络中以泛洪的方式向其邻居节点广播包含自身坐标信息的数据分组，包括{节点号ID，坐标(x,y)}；如图1中的分布在工厂内部的静态节点向其邻居节点广播包含自身坐标信息的数据分组。

步骤二：计算移动节点位置：

2-1)让工作人员佩戴安全预警信息头盔或佩戴特殊救援设备，这些设备中装有无线网络通信传感器，可与步骤一所布置的无线传感器进行相互通信；

2-2)移动节点位置坐标确定：由步骤一中静态节点的坐标，通过三角形重心公式计算出重心的位置，用重心的位置坐标来代替人员的位置坐标，由此得出人员的位置坐标。如图2所示，

在三角形ABC中，A点坐标为(x₁,y₁),B点坐标为(x₂,y₂),C点坐标为(x₃,y₃),A、B、C三点就是静态节点，O点是A、B、C三点所构成的三角形的重心，由初等数学可得出O点坐标为:

2-3)显示移动节点的相对位置(或把坐标代入楼层平面布置图：在2-2)中已经对现场人员的位置进行定位，得到了移动节点相对于静态节点的坐标，也得到移动节点之间的相对坐标；或者把坐标代入楼层平面图，也可以显示出移动节点具体位置信息。

步骤三：广播静态节点的信息包和移动节点的信息包给通信范围以内的节点：

静态节点和移动节点把自身的信息包在传感器网络中以泛洪的方式向其通信范围以内的其他节点广播包含自身坐标信息的数据分组，包括{节点ID，坐标(x,y),毒气浓度}。

这里值得注意的是静态节点刚开始广播的是{节点号ID，坐标(x,y)}，此时并不需要广播毒气浓度，这是为了节省内存，让信息更好地传递。当有毒气泄漏时，就要广播{节点ID，坐标(x,y),毒气浓度}，因为此时毒气浓度是必须广播出来的。此时静态节点和移动节点广播的信息包是一样类型的，都是{节点号ID，坐标(x,y),毒气浓度}。

步骤四：采用分布式紧急网络，对人员进行紧急疏散，解决传统网络通信在毒气泄漏后，数据传输过大、时间太长的缺陷。

每一个门口(即exit)都有一个无线传感器节点，当毒气泄漏的时候，该节点会不断发出信号包给附近通信范围内的节点，信息包包括{exitID,坐标(x,y),毒气浓度}，附近的邻居节点再把接收到的门口信息包和自己本身所需要广播的信息包{节点ID，坐标(x,y),毒气浓度}广播给其邻居节点，为了避免门口节点信息包过时，在广播两跳范围内就终止门口信息包的广播；当移动节点接收到门口信息包的时候，给接收到信息的门口发送一个信息包，信息包包含flog＝1，此时统计在一定时间T内发送给同一门口信息包的移动节点数量为X,如X＝100，当在一定时间T内接收到的移动节点数量小于X值时，返回信息包flog＝1,则可以从此门逃生，否则，不可以选择此门逃生，此处避免节点数过多，造成门口拥堵。

人员疏散包括以下几种情况：

常规疏散：当毒气泄漏的时候，工作人员会向毒气浓度比较低、离门口比较近的节点方向疏散。如图1所示，当毒气泄漏的时候，移动节点B接收到移动节点C的信息包，信息包中包含出口信息，若毒气信息安全，移动节点B向exit1疏散。

一些特殊情况疏散：

a、当没有接收到离门口两跳范围内的信息包的时候，优先向靠近门口的节点方向疏散；如图1所示：移动节点A接收到来自移动节点B、E和静态节点1的信息，移动节点A直接向B方向疏散，因为B方向比较靠近出口。

b、在人数允许的情况下，当同时接收到两个门口节点的信息包的时候，优先向毒气浓度比较低的方向疏散，此处要给想撤离的那个门口发信息包；如图1所示：移动节点I同时接收到来自exit2和exit3两个门口的信息包，若exit2的毒气浓度比exit3的毒气浓度大的时候，选择从exit3逃生；若exit2的毒气浓度比exit3的毒气浓度小的时候，选择从exit2疏散。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于协同感知的毒气泄漏事故人员紧急疏散方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在石油化工厂的安全出口门上安装无线传感器节点；在石油化工厂内部布置至少一个静态节点；将佩戴有安全预警信息头盔或特殊救援设备的现场工作人员定义为移动节点，所述现场工作人员佩戴的安全预警信息头盔或特殊救援设备中安装无线网络通信传感器，可与无线传感器节点、静态节点相互通信；

2)静态节点在传感器网络中以泛洪的方式向其邻居节点广播包含自身坐标信息的数据分组，包括{节点号ID，坐标(x,y)}；

3)移动节点位置坐标确定：由步骤2)中静态节点的坐标，通过三角形重心公式计算出三角形重心的位置，用重心的位置坐标来代替现场工作人员的位置坐标，即移动节点位置坐标；包括：

设三个静态节点的坐标分别为：(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)，则移动节点位置坐标为：

4)当发生毒气泄漏时，安全出口门无线传感器节点不断发出信息包给通信范围内的邻居节点，信息包包括{exitID,坐标(x,y),毒气浓度}，收到信息包的邻居节点再把接收到的无线传感器节点发出的信息包和自身的信息包{节点ID，坐标(x,y),毒气浓度}在传感器网络中以泛洪的方式向其通信范围以内的邻居节点广播；所述邻居节点包括静态节点和移动节点；

5)移动节点根据接收到的信息包采取疏散措施：

a现场工作人员首先会向毒气浓度最低、离门口最近的节点方向疏散；

b当没有接收到离安全出口门两跳范围内的信息包的时候，优先向靠近门口的方向疏散；

c在人数允许的情况下，当同时接收到两个安全出口门无线传感器节点的信息包的时候，优先向两个安全出口中毒气浓度低的方向疏散，并给想撤离的那个安全出口门无线传感器节点发flog＝1信息包。

2.根据权利要求1所述的一种基于协同感知的毒气泄漏事故人员紧急疏散方法，其特征在于，安全出口门无线传感器节点在广播两跳范围内就终止信息包的广播。

3.根据权利要求1所述的一种基于协同感知的毒气泄漏事故人员紧急疏散方法，其特征在于，当移动节点接收到安全出口门无线传感器节点广播的信息包时，给相应的安全出口门无线传感器节点发送一个flog＝1的信息包，并统计在一定时间T内发送给同一安全出口门无线传感器节点信息包的移动节点数量。

4.根据权利要求3所述的一种基于协同感知的毒气泄漏事故人员紧急疏散方法，其特征在于，安全出口门无线传感器节点当在一定时间T内接收到的移动节点数量小于X值时，返回信息包flog＝1，则可从此门逃生，否则，不能选择此门逃生。

5.根据权利要求4所述的一种基于协同感知的毒气泄漏事故人员紧急疏散方法，其特征在于，所述X为100。

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