CN108596812A - 一种人群紧急疏散路线的动态生成方法、系统、电子终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人群紧急疏散路线的动态生成方法、系统、电子终端，所述方法包括：步骤S1，利用场所中部署的分布式计算网络来收集环境、人群数据；步骤S2，采用去中心化的反向链方法决策最优路径；步骤S3，人员根据指示依次经过步骤S2确定的最优路线，并在人员执行过程中，根据人员实时位置与当前环境中灾害蔓延及波及范围、道路状况、人员密度实时修改、更新疏散路线，直至人员到达疏散目标区域；本发明解决现有技术实时性低，对中心节点的网络负载大的问题。

Description

一种人群紧急疏散路线的动态生成方法、系统、电子终端
技术领域
本发明涉及建筑物安防物联网领域，特别是涉及一种人群紧急疏散路线的动态生成方法、系统、电子终端。
背景技术
近些年，智能疏散系统的研究已经取得了一些成果，智能疏散系统能够为疏散人群提供安全快速撤离灾害区域的疏散方式，减少人员和物资的损失。最新的智能疏散方法中，选择疏散路线时，除了烟雾、有毒气体、热量等因素，还融入了人群密度、人群类别、人群的时空流动性模型等，这样的疏散方案可以给在人员密度较大的区域的人群提供另一条疏散路线，缓解了道路拥堵的情况。另外，当前基于云计算的消防疏散系统可通过移动电话检测RFID 标签以确定用户的位置，来确定每个人的最佳疏散路线。这种为每个人制定疏散路线的方式，可以防止人员盲目跟从群体向同一方向进行疏散，导致该路线的人员密度变大，发生拥堵。
然而，环境因素和人员密度对于疏散效率的影响很大。在疏散和灾害蔓延的过程中，结构复杂的建筑场所中道路的环境信息和人群密度等在不断变化的，各道路的危险性也在不断变化，静态的生成疏散路线的疏散方案不能满足当代人民对在紧急时刻的疏散方案具有高效的要求。
当前的动态疏散路线生成方法都是将现场传感数据集中到中心节点处的系统终端进行处理，之后将结果反馈给疏散人员。例如专利CN103830855B只考虑距离的疏散方式，在人群比较密集区域有可能发生拥堵从而延长疏散时间，造成更大的损失。专利CN106408807A中工作人员制定疏散路线反应较慢时间较长导致系统效率较低。这种融合所有节点搜集的信息汇聚在主控制器端的中心化节点布置，在火灾过程中，当中心节点的损毁，整个系统可能失效。在《智能疏散指示系统的疏散路线生成技术》中记载了使用Floy算法寻找最短路径的方法来生成最佳疏散路线。该方法没有根据人员疏散和灾情蔓延的情况而进行实时路线更新，在疏散后期可能会出现拥堵的情况。
现有技术中这种中心化的系统在大量数据处理时，可能会出现数据传输的延时、数据计算时间较长等问题；以及在灾情蔓延的过程中，中心节点受到波及从而损坏或者发生故障不能正常运行，使得整个疏散系统失效。因此，中心化的疏散方式还需进一步的改进以提高疏散方式的可靠性。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种人群紧急疏散路线的动态生成方法、系统、电子终端，根据建筑物设计、现场环境、人员信息实时规划安全可靠的疏散路线，解决现有技术方案实时性低，对中心节点的网络负载大的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种人群紧急疏散路线的动态生成方法，所述人群紧急疏散路线的动态生成方法包括以下步骤：步骤S1，环境信息收集，利用场所中部署的分布式计算网络来收集环境、人群数据；步骤S2，采用去中心化的反向链方法决策最优路径，即采用反向链的方式从疏散目标区域倒推至起点位置来确定最优疏散路线；步骤S3，人员执行与路径更新，人员根据指示依次经过步骤S2确定的最优路线，并在人员执行过程中，根据人员实时位置与当前环境中灾害蔓延及波及范围、道路状况、人员密度实时修改、更新疏散路线。
于本发明的一实施例中，在所述步骤S1中，雾节点通过连接的传感器对环境数据进行采集，并通过对该数据的处理分析得出当前所覆盖路段的环境信息。
于本发明的一实施例中，所述环境数据包括灾害蔓延及波及范围相关传感数据、照明传感数据、人员密度、楼道容量、出口位置、烟雾、有毒气体、热量、人群密度。
于本发明的一实施例中，所述火灾探测器、红外摄像机、音频采集卡上均设置有无线通信模块。
于本发明的一实施例中，所述火灾探测器包括感烟探测器、感温探测器、感光探测器、视频探测器以及复合式探测器中的一种或多种。
于本发明的一实施例中，在所述步骤S2中，雾节点在确定疏散目标区域的前提下，寻找安全到达目标区域的上一个区域所代表的雾节点，依次往前推直至找到人员所在位置区域的雾节点，即可得出所有从当前人员位置到疏散目标区域的所有通路。
于本发明的一实施例中，人员定位方法包括RFID标签、WiFi三边定位法等。
于本发明的一实施例中，在所述步骤S3中，人员通过雾节点的方向指示依次经过所有区域，并且在人员行动的过程中，还未经过的区域的雾节点将持续监测余下通路的道路质量，并据此实时更新余下道路，直至人员到达疏散目标区域。
于本发明的一实施例中，所述的人群紧急疏散路线的动态生成方法，将室内道路按区域划分，并在每个划分区域布设至少一个区域计算节点设备，由所述区域计算节点设备收集、处理部署于该区域的传感器产生的现场数据，并计算出所覆盖路段的道路质量、人员密度信息，再由此计算出所覆盖路段的可通行度，最后由汇总产生的从待疏散人员当前所处位置到安全目标区域的所有路径中实时选取可通行度最高的路径作为该组人员的疏散路线。
于本发明的一实施例中，所述的区域计算节点设备数目可以选择为1个、2个、3个。
于本发明的一实施例中，所述区域计算节点部署在靠近数据源或终端用户的地方，具备计算与网络通信功能，通过与传感器通信来获取环境信息的计算节点，包括雾计算节点、边缘计算节点。
于本发明的一实施例中，所述雾节点的方向指示分为安装在墙面和地面两种。
本发明还公开了一种人群紧急疏散路线的动态生成系统，所述系统包括定位识别端、疏散决策指示端和监控调度端，所述定位识别端用于将待疏散实体信息发送至距离最近的所述疏散决策指示端，所述疏散决策指示端采用本发明的人群紧急疏散路线的去中心化动态生成方法，通过所述监控调度端实时监测疏散情况。
于本发明的一实施例中，所述疏散决策指示端包括定位模块、信息汇聚模块、决策模块、信息过滤上传模块和路线指示模块，所述定位模块用于采用无线信号定位方法实时定位待疏散实体的定位识别端，获得待疏散实体位置；所述信息汇聚模块用于接收待疏散实体信息以及汇集建筑物内环境数据构成决策信息；所述决策模块用于融合处理决策信息和疏散实体位置，获得从疏散实体位置至目的地的最佳疏散路线；所述信息过滤上传模块用于过滤嘈杂信息，将待疏散实体信息和最佳疏散路线发送至监控调度端；所述路线指示模块用于将最佳疏散路线定向发送至选定的定向识别终端，待疏散实体根据最佳疏散路线进行转移。
于本发明的一实施例中，所述系统还可包括救援终端，所述救援终端用于接收来自所述监控调度端的救援指令，所述救援终端将救援信息无线发送至所述疏散决策指示端，所述疏散决策指示端制定救援路线发送给所述救援终端。
于本发明的一实施例中，所述监控调度端包括监控模块、救援判定模块和救援指示模块，所述监控模块用于调用安装于建筑物内的监控摄像头沿最佳疏散路线监测待疏散情况；所述救援判定模块用于根据待疏散实体信息判断待疏散实体是否需要救援。
本发明还公开了一种电子终端，包括处理器和存储器，所述存储器存储有程序指令，所述处理器运行程序指令实现本发明所述的人群紧急疏散路线的动态生成方法。
本发明所公开的反向链决策方法如图3所示：
其中字母A、B、C等表示区域计算节点，F区域为安全目标区域，A->B表示A区域到 B区域的安全可达路线。那么节点A附近人员的疏散路线生成过程如下：
1.A节点收集人员信息并发送给疏散路线生成请求给安全目标区域节点；
2.F收集所覆盖区域(后文简称F区域)的环境信息，如果该区域安全可用，则F自发加入该请求任务作为潜在目标节点，并将疏散请求在该节点处转化为对生成A区域到F区域的疏散路线的请求；
3.F节点寻找可安全到达的F区域的上一级区域，在该例中为E区域，则节点 E自发加入该请求任务处理，并生成潜在路线E->F，在该节点处，A到F的路线规划请求，变为A到E的路线规划请求。
4.递归步骤3，直至路线规划请求变为区域A直接可达的区域为止。
5.节点A获知可选的路线，在本例中如下所示：
L1：A->B->D->E->F
L2：A->B->E->F
L3：A->C->E->F
并从中选取最优路线代表的疏散方向(或路线)返回给待疏散人员。
6.A节点附近人员依据A节点给出的方向(或路线)指示，前往目标区域。在此过程中，该方向(或路线)上的后续节点将继续监控当前区域路段的实时状况，并更新可通行度参数，依据更新后的参数给予人员指示。
7.如果出现新待疏散人员，各个区域计算节点利用已有的路线数据直接为新的待疏散人员选择疏散路线。
该方法在返回最优路线时可有两种选择方式：预选路线和后选路线。采用预选路线方式的方法时，节点A从所有可选路线中选取最优的一条(例如，A->B->E->F)返回给待疏散人员，该路线上的区域计算节点持续监控该区域路段的状况直至人员离开该节点所覆盖区域，如果该条路线状态发生改变，则自动判断是否需要更新路线，如果该路线的余下部分已不可达或不是最优路线，则选择可从该路线最快切换的备选路线(例如，B->D->E->F)并指示给待疏散人员。采用后选路线方式的方法时，节点A从所有从A区域到目标区域的可达方向上为待疏散人群选择一个疏散方向(例如，A->B方向)，该方向上所有后续区域计算节点(例如，方向A->B上的节点B、D、E、F)持续监控该区域路段的状况，当人员到达其覆盖区域时，依据实时路段信息，为人员提供当前最优路径(例如，当人员在区域A处时，节点A给出最优方向A->B，当人员行进至B处时，节点B给出当前最优方向B->E)。总体而言，预选路线的方式对于区域计算节点的占用率较低，但由于仅对所选最优路径进行监控，故实时性较低，较为适合环境动态性较低，或环境态势改变不具危害性的应用场景；而后选路线的方式由于占用该方向所有未途径的区域计算节点进行计算与态势监控，可保证在每个区域的路线选择均为当前最优路线。
如上所述，本发明的一种人群紧急疏散路线的动态生成方法、系统、电子终端，具有以下有益效果：根据建筑物设计、现场环境、人员信息实时规划安全可靠的疏散路线，解决现有技术方案实时性低，对中心节点的网络负载大的问题。
附图说明
图1显示为本发明一种人群紧急疏散路线的动态生成方法的示意图。
图2显示为本发明实施例中的室内疏散场景平面图。
图3显示为本发明反向链决策方法的示意图。
图4显示为本发明实施例中的各个区域计算节点生成的实时路径图。
元件标号说明
S1～S3 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明涉及一种人群紧急疏散路线的动态生成方法、系统、电子终端，用于建筑物安防物联网领域。
请参阅图1，显示为本发明一种人群紧急疏散路线的动态生成方法的示意图，所述方法包括步骤S1，环境信息收集；步骤S2，采用去中心化的反向链方法决策最优路径：步骤S3，人员执行与路径更新。
所述步骤S1，环境信息收集，利用场所中部署的分布式计算网络来收集环境、人群数据，雾节点通过连接的传感器对环境数据进行采集，并通过对该数据的处理分析得出当前所覆盖路段的环境信息。
所述步骤S2，采用去中心化的反向链方法决策最优路径，即采用反向链的方式从疏散目标区域倒推至起点位置来确定最优疏散路线；雾节点在确定疏散目标区域的前提下，寻找安全到达目标区域的上一个区域所代表的雾节点，依次往前推直至找到人员所在位置区域的雾节点，即可得出所有从当前人员位置到疏散目标区域的所有通路。
所述步骤S3，人员执行与路径更新，人员根据指示依次经过步骤S2确定的最优路线，并在人员执行过程中，根据人员实时位置与当前环境中灾害蔓延及波及范围、道路状况、人员密度实时修改、更新疏散路线。人员通过雾节点的方向指示依次经过所有区域，并且在人员行动的过程中，还未经过的区域的雾节点将持续监测余下通路的道路质量，并据此实时更新余下道路，直至人员到达疏散目标区域。
本实例的场景平面图，如图2所示。图2中，字母A、B、C等表示的是区域计算节点。此场景是四层楼的建筑物，共有两个出口，在区域计算节点J和节点L处，火灾发生在二楼，那么节点G到节点H和节点H到节点I是不能通达的。假设在火灾发生时，节点A处有人员需要疏散，那么使用反向链的方式生成疏散路线的过程如下：
(1)节点A监测到待疏散人员，之后发布疏散请求
(2)节点为J和L收到该疏散请求，收集安全出口区域数据，判断是否可用，如安全出口可用，则各自更新疏散请求为：即发现A到J(A->J)的安全路线，和发现A到 L(A->L)的安全路线。
(3)对于节点J，更新后的疏散请求将传至J的上一个节点，即节点G，G判断G区域安全可达J区域，则，A到J(A->J)的安全可达路线，转变为A到G的安全可达路线(A->(G，J))。
(4)搜寻到G的安全可达的上一节点，寻找到节点H和节点D。通过判断可知节点H到节点G不安全，此路不通，该条路线搜寻停止。通过判断节点D安全可达节点G，此时搜寻A->J路线转变为节点A到节点D的疏散路线即A->(D，G，J)。
(5)循环步骤(4)直至疏散请求返回到A节点为止。可得到A到J的路线有两条分别为L1：A->C->D->G->J和路线L2:A->B->E->F->D->G->J。
(6)A到L的可能的疏散路线寻找方法按照节点A到节点L路线寻找方法照来搜索。可得到节点A到节点L的可能的疏散路线为：L3:A->B->E->I->L和路线 L4:A->C->D->F->E->I->L。
在该实施例中，所有节点处理生成的到达疏散目标区域的路径表示为有向图结构，如图4 所示。每一步获取的传感数据(包括但不限于人员数量、灾害蔓延及波及范围、楼道容量、出口位置与数量等)在对应区域计算节点处将被处理获得该段路线的可通行度，该值将被保存为图的对应有向边的路径权值。
(7)采取后选路线方式，区域计算节点根据每个分支路径权值决策出最佳逃生路线。
(8)逃生人员按照区域计算节点给定的疏散方向进行疏散，在逃生过程中每到一个区域计算节点覆盖区域，该节点都会在余下可选方向中选取最佳疏散方向。
(9)当新的待疏散人员被监测到时，该区域的计算节点将重复步骤(1)请求疏散路线，其他节点如果已在前序步骤中生成实时路径，则直接利用实时路径进行决策，如还未生成任何路径，则重复以上(2)至(6)步生成实时路径。
通过以上步骤，本方法将实现在灾情蔓延和人员疏散进行中的情况下去中心化地实时决策与更新疏散路线。
综上所述，本发明采用完全去中心化的决策网络系统；采用反向链的方式从目标区域逆推至起点位置来确定所有可能的疏散路线，并实时为疏散人员决策出最优疏散路线。避免现有技术的问题。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种人群紧急疏散路线的动态生成方法，其特征在于，所述人群紧急疏散路线的动态生成方法包括以下步骤：
步骤S1，环境信息收集，利用场所中部署的分布式计算网络来收集环境、人群数据；
步骤S2，采用去中心化的反向链方法决策最优路径：采用反向链的方式从疏散目标区域倒推至起点位置来确定最优疏散路线；
步骤S3，人员执行与路径更新，人员根据指示依次经过步骤S2确定的最优路线，并在人员执行过程中，根据人员实时位置与当前环境中灾害蔓延及波及范围、道路状况、人员密度实时修改、更新疏散路线。
2.根据权利要求1所述的人群紧急疏散路线的动态生成方法，其特征在于：在所述步骤S1中，雾节点通过连接的传感器对环境数据进行采集，并通过对该数据的处理分析得出当前所覆盖路段的环境信息。
3.根据权利要求1所述的人群紧急疏散路线的动态生成方法，其特征在于：在所述步骤S2中，雾节点在确定所述疏散目标区域的前提下，寻找安全到达目标区域的上一个区域所代表的雾节点，依次往前推直至找到人员所在位置区域的雾节点，获得所有从当前人员位置到所述疏散目标区域的所有通路。
4.根据权利要求1所述的人群紧急疏散路线的动态生成方法，其特征在于：在所述步骤S3中，人员通过雾节点的方向指示依次经过所有区域，并且在人员行动的过程中，还未经过的区域的雾节点将持续监测余下通路的道路质量，并据此实时更新余下道路，直至人员到达所述疏散目标区域。
5.根据权利要求2-4所述的人群紧急疏散路线的动态生成方法，其特征在于：将室内道路按区域划分，并在每个划分区域布设至少一个区域计算节点设备，由所述区域计算节点设备收集、处理部署于该区域的传感器产生的现场数据。
6.根据权利要求5所述的人群紧急疏散路线的动态生成方法，其特征在于：所述区域计算节点部署在靠近数据源或终端用户的地方，具备计算与网络通信功能，通过与传感器通信来获取环境信息的计算节点，包括所述雾计算节点、边缘计算节点。
7.根据权利要求4所述的人群紧急疏散路线的动态生成方法，其特征在于：所述雾节点的方向指示分为安装在墙面和地面两种。
8.一种人群紧急疏散路线的动态生成系统，其特征在于：所述系统包括定位识别端、疏散决策指示端和监控调度端，所述定位识别端用于将待疏散实体信息发送至距离最近的所述疏散决策指示端，所述疏散决策指示端采用如权利要求1-7任一项所述的人群紧急疏散路线的动态生成方法，通过所述监控调度端实时监测疏散情况。
9.根据权利要求8所述的人群紧急疏散路线的动态生成系统，其特征在于：所述系统还可包括救援终端，所述救援终端用于接收来自所述监控调度端的救援指令，所述救援终端将救援信息无线发送至所述疏散决策指示端，所述疏散决策指示端制定救援路线发送给所述救援终端。
10.一种电子终端，包括处理器和存储器，所述存储器存储有程序指令，其特征在于：所述处理器运行程序指令实现如权利要求1-7任一项所述的人群紧急疏散路线的动态生成方法。
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