CN109903490B

CN109903490B - 一种火灾撤离路径的计算方法和指示系统

Info

Publication number: CN109903490B
Application number: CN201910225771.3A
Authority: CN
Inventors: 邹高万; 霍岩; 董惠; 陈淼; 李树声; 郜冶
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2020-12-01
Anticipated expiration: 2039-03-25
Also published as: CN109903490A

Abstract

本发明涉及一种火灾撤离路径计算方法、指示系统，以及一种火灾模拟系统，包括区域的电子地图和若干烟感报警器，计算步骤为：1)记录各烟感报警器的报警时刻；2)计算各方向烟气扩散速度和加速度，得到实际的烟气扩散趋势；3)基于实际的烟气扩散模型，确定最佳的火灾撤离路径。本发明根据烟感传感器的位置分布和报警时刻，可以快速计算火势发展趋势，并基于该趋势规划最佳的撤离路线；指示系统根据火势，动态的示出撤离路径，有效的提高撤离速度，避免慌乱。

Description

一种火灾撤离路径的计算方法和指示系统

技术领域

本发明涉及消防领域，尤其涉及一种火灾撤离路径的计算方法和指示系统、火灾模拟系统。

背景技术

随着现在科技的发展，人们聚集区各个地方的用火力量、用电量增加，火灾发生的频率越来越高。一旦发生火灾，很容易出现在场人员惊慌失措，造成逃生迟缓，出现重大人员伤亡的事故，及时发现火灾中火灾蔓延趋势，合理规划处火灾现场人员撤离路线，对于减少火灾中人员伤亡有着现实意义。

大多数火灾发生的情况下，烟气的扩散速度比火势的蔓延更快，因此可根据烟气扩散的情况来计算火灾蔓延的速度和趋势，根据火灾发生的实际地形图，合理规划处最佳的撤离路径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速预测火势发展趋势，并根据火势的发展趋势准确选择并指示撤离路径的方法和系统，以及基于该其的火灾模拟系统。为实现以上目的，本发明采用的方案为：

一种火灾撤离路径计算方法，包括区域的电子地图和若干烟感报警器，计算步骤为：

1)记录各烟感报警器的报警时刻，

2)计算各方向烟气扩散速度和加速度，得到实际的烟气扩散趋势

3)基于实际的烟气扩散模型，确定最佳的火灾撤离路径；

其中，步骤3)包括：

3.1)根据实际的烟气扩散趋势，预测未报警的各烟感报警器所在位置的烟气到达时间，

3.2)计算从各位置处撤离至安全出口的所有路径，结合人群移动速度和预测的烟气到达时间，选择不途径烟气区域且总路线短的路径作为最佳撤离路径。

进一步地，所述步骤2)具体为：

2.1)预先建立无风时该区域的烟气扩散趋势模型；

2.2)根据电子地图，基于同一路径上相邻两个烟感报警器的距离S以及报警的时间间隔Δt，计算烟气扩散速度v，v＝S/Δt，并根据同一路径上的计算得到的多个烟气扩散速度，计算扩散加速度a；

2.3)将各路径的烟气扩散加速度与无风时的烟气扩散趋势模型相乘，得到实际的烟气扩散趋势。

进一步地，所述烟感报警器，包括两个阈值，其中第一阈值低于第二阈值，当烟气浓度超过第一阈值时进行烟气报警，超过第二阈值时进行高浓度报警；当发生高浓度报警时，确认发生火情，根据第一阈值的报警时刻计算火灾撤离路径。

进一步地，持续采集各烟感报警器的状态，定时更新实际的烟气扩散趋势。

一种火灾撤离路径指示系统，包括若干烟感报警器、路径指示器，所述烟感报警器和路径指示器均通过网络与中央控制设备连接，当发生报警时，中央控制设备根据上述火灾撤离路径计算方法进行计算，并控制各路径指示器进行相应的路径指示。

进一步地，在烟气扩散的方向上，预先开启排气系统，引导烟气扩散。

进一步地，所述路径指示器为地面、墙面的撤离标识，所述撤离标识根据中央控制设备的控制指示不同的撤离方向。

进一步地，所述撤离标识为箭头指示的形式；或采用不同颜色来区分可通行以及不可通行的路线；或采用全息显示的方式立体的显示撤离路径，或撤离方向。

一种火灾模拟系统，在区域内任一位置形成烟雾模拟起火，根据上述的火灾撤离路径指示系统的指示，组织人员撤离。

与现有技术相比，本发明的优点为：通过烟感传感器的报警时刻，可以快速计算火势发展趋势，并基于该趋势规划最佳的撤离路线，也可以在火势的主要扩散方向上，有针对性的采取应急措施，防止火势或烟气蔓延过快。本发明的撤离指示系统，可以根据火势，动态的示出撤离路径，有效的提高撤离速度，避免慌乱。

附图说明

图1是区域内烟感报警器布设示意图。

图2是烟感报警时刻示意图。

图3是最佳撤离路径选择示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

实施例1

一种火灾撤离路径计算方法，获得区域的电子地图，并在区域内布设若干烟感报警器，如图1所示。各烟感报警器具有唯一编号，图1中，各烟感报警器均匀分布，左上方的烟感报警器编号为(1，1)，向右依次为(1，2)，(1，3)……，向下依次为(2，1)，(3，1)……，以此类推，形成对所有烟感报警器的编号。同时，预先测定该区域内无风条件下的烟气扩散模型。

当发生火情时，首先起火位置的烟感报警器发出报警信号，随着火情的发展和烟气的扩散，火源附近的烟感报警器陆续发出报警信号，如图2所示，假设烟感报警器(m，n)首先发出报警信号，然后附近的各烟感报警器(m-1，n)，(m，n-1)，(m，n+1)，(m+1，n)，(m-1，n+1)陆续报警，记录各烟感报警器的报警时刻t_(m,n)，根据地图中烟感报警器的位置，计算火源附近各路径的烟气扩散趋势。计算方法为，以最先报警点为原点，根据同一路径上各烟感报警器的报警时间间隔计算烟气扩散的速度和加速度。

其中同一路径，是指自原点位置至可扩散方向的路径，图2中，烟感报警器(m，n)为原点，其向左、右、上、下、左上、左下、右上、右下均各为一个路径，也就是说，若无遮挡，原点应有至少8个扩散路径。但如果是有遮挡的情况，例如原点位置在一个直线型的通道环境内，由于通道只延两个方向延伸，因此只有2个扩散路径。如果原点在一个小空间内，例如房间内，烟气仅通过房门向楼道扩散，此时可以将楼道内最先报警的点作为虚拟原点处理。

根据同一路径上相邻两个烟感报警器的距离S以及报警的时间间隔Δt，计算烟气扩散速度v，v＝S/Δt，再根据同一路径上的计算得到的多个烟气扩散速度v，计算扩散加速度a。最后将各路径的烟气扩散加速度与无风时的烟气扩散趋势模型相乘，得到当前烟气的实际扩散趋势。

对于路径上仅有一个烟感报警器报警的情况，可根据各个路径扩散的平均速度，计算各路径烟气扩散趋势，进而修正无风状态的烟气扩散模型，得到实际的烟气扩散趋势。图2中，烟感报警器(m，n)处无风状态的烟气扩散模型为各方向均匀扩散，而在当前情况下，烟气扩散呈向右上方加速的趋势。

然后，根据得到的实际扩散趋势，计算各未报警的烟感报警器所在位置的烟气到达时间；根据该烟气到达时间，以及地图中的出口位置1a，1b，规划各个位置的最佳撤离路线。计算从各位置处撤离至安全出口的所有路径，结合人群移动速度和预测的烟气到达时间，选择不途径烟气区域且总路线短的路径作为最佳撤离路径。

如图3所示，区域内有若干阻挡建筑2a、2b、2c、2d、2e，对于P点位置的人群，有31、32、33三条路径可通往安全出口1a或1b。其中路径31是最直接的撤离路径，但其在烟气扩散方向上，需根据人的移动速度和烟气的扩散速度，估算是否沿途都能在烟气扩散到达前完成撤离。通常烟气扩散的速度快于人群移动的速度，经测算，路径31不安全。路径32的撤离路线最长，但避开了烟气扩散方向，可以安全的由出口1b撤离。路径33虽然较路径32所用的时间短，需要穿过烟气密集的区域，不安全。因此，选择路径32为最佳撤离路径。如果火情发生区域人员较多，还需考虑人员移动速度、人员数量、通道宽度等进行综合评估。

在计算最佳撤离路径时，可先寻找最短路径，判断路径各点是否安全，若安全则直接推荐为最佳撤离路线；若不安全，则计算次短路径，逐渐寻找安全的最佳撤离路径。

实施例2

火灾撤离路径计算方法与实施例1相同。区别在于，将烟感报警器设置为二段式烟感报警器，即包括低阈值报警和高阈值报警，在计算时采用低阈值报警的时刻进行计算。但只有当出现高阈值报警时，系统才计算并指示撤离路径。这是由于烟感报警器较为灵敏，因此在火势不很大或容易控制时即会产生报警，有时也会产生误报。而每次报警后，灭火系统采取喷淋、喷粉等手段灭火，在火势较小或误报的情况下，会造成灭火资源的浪费，或导致不必要的损失。因此仅在确认发生火情，且需要人员进行及时撤离的情况下，才进行计算并指示。

实施例3

一种火灾撤离路径指示系统，包括若干烟感报警器，和若干路径指示器，所述路径指示器布设在区域内各通道、路口等需要提示行动方向的位置。所述烟感报警器和路径指示器均通过网络与中央控制设备连接，当发生报警时，中央控制设备根据实施例1或2的火灾撤离路径计算方法进行计算，并控制各路径指示器进行相应的路径指示。

还包括排气系统，在预测的烟气扩散的方向上，预先开启排气系统，引导烟气扩散，避免烟气过浓或扩散过快，为人员撤离和救援创造条件。

计算出的最佳撤离路径，可以通过地面、墙面的撤离标识来指示，撤离标识可以根据系统的控制指示不同的撤离方向，可以为箭头指示的形式，或采用不同颜色来区分可通行以及不可通行的路线，还可采用全息显示的方式立体的显示撤离路径，或撤离方向。

实施例4

将实施例3的系统用于火灾消防模拟，通过人为产生烟气，来模拟火灾发生的情况。

所属领域的普通技术人员应当理解，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

1.一种火灾撤离路径计算方法，其特征在于，包括区域的电子地图和若干烟感报警器，计算步骤为：

1)记录各烟感报警器的报警时刻，

2)计算各方向烟气扩散速度和加速度，得到实际的烟气扩散趋势，

3)基于实际的烟气扩散趋势，确定最佳的火灾撤离路径；

所述步骤2)具体为：

2.1)预先建立无风时该区域的烟气扩散趋势模型；

2.2)根据电子地图，基于同一路径上相邻两个烟感报警器的距离S以及报警的时间间隔Δt，计算烟气扩散速度v，v＝S/Δt，并根据同一路径上的计算得到的多个烟气扩散速度，计算该路径上的扩散加速度a；

2.3)将各路径的烟气扩散加速度a与无风时的烟气扩散趋势模型相乘，得到实际的烟气扩散趋势；

其中，步骤3)包括：

3.1)根据实际的烟气扩散趋势，预测未报警的各烟感报警器位置的烟气到达时间，

3.2)计算从各位置处撤离至安全出口的所有路径，结合人群移动速度和预测的烟气到达时间，选择不途径烟气区域且总路线短的路径作为最佳撤离路径，在计算最佳撤离路径时，先寻找最短路径，判断路径各点是否安全，若安全则直接推荐为最佳撤离路线；若不安全，则计算次短路径，逐渐寻找安全的最佳撤离路径。

2.如权利要求1所述的火灾撤离路径计算方法，其特征在于，所述烟感报警器，包括两个阈值，其中第一阈值低于第二阈值，当烟气浓度超过第一阈值时进行烟气报警，超过第二阈值时进行高浓度报警；当发生高浓度报警时，确认发生火情，根据第一阈值的报警时刻计算火灾撤离路径。

3.如权利要求1或2所述的火灾撤离路径计算方法，其特征在于，持续采集各烟感报警器的状态，定时更新实际的烟气扩散趋势。

4.一种火灾撤离路径指示系统，其特征在于，包括若干烟感报警器、路径指示器，所述烟感报警器和路径指示器均通过网络与中央控制设备连接，当发生报警时，中央控制设备根据权利要求1-3任一项所述的火灾撤离路径计算方法进行计算，并控制各路径指示器进行相应的路径指示；在烟气扩散的方向上，预先开启排气系统，引导烟气扩散。

5.如权利要求4所述的火灾撤离路径指示系统，其特征在于，所述路径指示器包括地面、墙面的撤离标识，所述撤离标识根据中央控制设备的控制指示不同的撤离方向。

6.如权利要求5所述的火灾撤离路径指示系统，其特征在于，所述撤离标识为箭头指示的形式；或采用不同颜色来区分可通行以及不可通行的路线；或采用全息显示的方式立体的显示撤离路径或撤离方向。

7.一种火灾模拟系统，其特征在于，在区域内任一位置形成烟雾模拟起火，根据权利要求4-6任一项所述的火灾撤离路径指示系统的指示，组织人员撤离。