CN110503257A - 一种基于msc的海上人员应急逃生路径规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于船舶人员撤离能力评估领域，具体涉及一种基于MSC的海上人员应急逃生路径规划方法。本发明在最短路径基础上，综合考虑路径上人员数量，即拥挤度问题，校核判断撤离时间因素，并最终规划出最优撤离路线，可在设计早期对船舶人员的撤离能力进行评估，规划人员应急逃生最优撤离路线，对于船舶设计、应急情景设置、疏散预案的制定乃至推动航运业安全性的提升都具有重大的理论价值和社会意义。

Description

一种基于MSC的海上人员应急逃生路径规划方法

技术领域

本发明属于船舶人员撤离能力评估领域，具体涉及一种基于MSC的海上人员应急逃生路径规划方法。

背景技术

随着造船技术的不断发展，船舶设计与建造呈现大型化、复杂化、智能化发展趋势，船舶载重量、载客量不断增大，一旦发生倾覆、火灾等灾难时，往往造成更为巨大的生命财产损失。因此，如何实现大量人员在复杂、狭小的船体空间内有序、迅速地撤离成为船舶设计中的重点问题，即在设计早期对船舶人员的撤离能力进行评估，规划人员应急逃生最优撤离路线，对于船舶设计、应急情景设置、疏散预案的制定乃至推动航运业安全性的提升都具有重大的理论价值和社会意义。

对于船舶人员疏散模型的研究相对较少，在现有对于船舶疏散模型研究中，沈继红等通过改进蚁群算法对船舶人员疏散问题进行了研究；刘红等在模型中引入当量长度，选用最短路径法来实现疏散路径的最优化；陈淼等将Agent理论引入船舶疏散模型中，同时对物理空间进行了建模，并在元胞自动机理论基础上结合舱室布局特点建立了CAEE模型。

现有研究大多针对疏散过程，缺乏整体性，对于人员疏散过程皆运用国际先进的软件模拟，对于海上建筑的撤离能力仅有指导意义，很难针对特定案例进行详细分析。

发明内容

本发明的目的在于基于国际海事组织导则要求下，考虑最短路径以及人员应急逃生时拥挤度问题，基于最短路径基础上，综合考虑拥挤度问题，校核判断撤离时间因素，并最终构建海上建筑人员应急逃生疏散的最优撤离路线的一种基于MSC的海上人员应急逃生路径规划方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：

步骤一：获取从起点到集合点的所有撤离路线；

步骤二：获取每条撤离路线上的每分枝路径上的人数N；

步骤三：根据分枝路径属性，计算撤离路线上人员的速度V和具体流量F_S；所述的具体流量F_S为每单位时间内每个单位面积内撤离路线中撤离路线的数量；

步骤四：分别计算每条撤离路线的撤离时间T；

其中，L_j为路径方案，i为疏散人流，该条撤离路线中共含有j条分支路径；L_y为该条撤离路线中第y条分支路径的长度；v_y为该条撤离路线中第y条分支路径中的人员速度；N_y为该条撤离路线中第y条分支路径中的总人数；F_sy为该条撤离路线中第y条分支路径中的具体流量；W_cy为该条撤离路线中第y条分支路径中的静宽度；γ为修正因子，取值为2；

步骤五：判断每条撤离路线的撤离时间T是否符合MSC规定，并判断每条撤离路线是否拥挤，在不拥挤且撤离时间T符合MSC规定的撤离路线中选取撤离时间最短的路径为海上人员应急逃生的最优路径。

本发明还可以包括：

所述的步骤五中判断每条撤离路线是否拥挤的方法具体为：满足下式的撤离路线为不拥挤：

所述的步骤三中人员速度V的计算方法为：

其中，N为路径中的总人数；L为路径长度；W_c为路径的静宽度。

所述的步骤三中人员具体流量F_S的计算方法为：

其中，N为路径中的总人数；L为路径长度；W_c为路径的静宽度。

本发明的有益效果在于：

本发明提出了一种基于国际海事组织(MSC)导则要求下，考虑最短路径以及人员应急逃生时拥挤度问题，构建海上建筑人员应急逃生疏散的应急逃生路径规划方法。本发明在最短路径基础上，综合考虑路径上人员数量——即拥挤度问题，校核判断撤离时间因素，并最终规划出最优撤离路线，可在设计早期对船舶人员的撤离能力进行评估，规划人员应急逃生最优撤离路线，对于船舶设计、应急情景设置、疏散预案的制定乃至推动航运业安全性的提升都具有重大的理论价值和社会意义。

附图说明

图1为人员总疏散时间构成示意图。

图2为某海上建筑住舱区域示图。

图3为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明提出了一种基于国际海事组织(MSC)导则要求下，考虑最短路径以及人员应急逃生时拥挤度问题，构建海上建筑人员应急逃生疏散的优化算法。此解决方法基于最短路径基础上，综合考虑路径上人员数量——即拥挤度问题，校核判断撤离时间因素，并最终规划出最优撤离路线。

本发明结合疏散理论与实际疏散过程，基于Msc.1/Circ.1533通函框架内建立撤离能力评估体系构建人员应急逃生优化算法，并以此应用于客船最优路径规划。

一种基于MSC的海上人员应急逃生路径规划方法，包括以下步骤：

步骤一：获取从起点到集合点的所有撤离路线；

步骤二：获取每条撤离路线上的每分枝路径上的人数N；

步骤三：根据分枝路径属性，计算撤离路线上人员的速度V和具体流量F_S；所述的具体流量F_S为每单位时间内每个单位面积内撤离路线中撤离路线的数量；

步骤四：分别计算每条撤离路线的撤离时间T；

其中，L_j为路径方案，i为疏散人流，该条撤离路线中共含有j条分支路径；L_y为该条撤离路线中第y条分支路径的长度；v_y为该条撤离路线中第y条分支路径中的人员速度；N_y为该条撤离路线中第y条分支路径中的总人数；F_sy为该条撤离路线中第y条分支路径中的具体流量；W_cy为该条撤离路线中第y条分支路径中的静宽度；γ为修正因子，取值为2；

步骤五：判断每条撤离路线的撤离时间T是否符合MSC规定，并判断每条撤离路线是否拥挤，在不拥挤且撤离时间T符合MSC规定的撤离路线中选取撤离时间最短的路径为海上人员应急逃生的最优路径。

如图1所示为基于MSC人员总疏散时间构成示意图。疏散安全性指通函规定的从灾难发生到人员全部安全疏散的理论最大允许疏散时间，是整个撤离能力评估体系的关键。可按式计算：

式中R为人员疏散反应时间，根据情景的不同选择5或10min，n为最大允许疏散时间，若海上建筑防火主竖区不超过3个，n取60；若主竖区超过3个，n取80。E和La分别是登上救生艇和救生艇发射到海里的时间，一般情况下默认取其两者最大值为30min。

T＝γt₁ (2)

静宽度(W_c)：从走廊和楼梯的扶手上测量的宽度，以及门处于开启状态的通道宽度。

路径长度(L)：人员应急逃生时，通过走廊、梯道以及其他设施的距离长度(m)。

初始密度(D)：撤离路线上人员数(p)除以可用撤离路线面积(p/㎡)。

人员速度(V)：撤离路线上人员的速度(m/s)取决于人员的具体流量和撤离系统设施的类型。

具体流量(F_s)：具体流量(p/m/s)是指每单位时间内每个单位面积内撤离路线中撤离路线的数量。

计算的人员流量(F_c，p/s)是指每单位时间通过单位面积的预期人员数。它可由下式算得：

F_c＝F_s·W_c

流动时间(t_F，s)是指N个人通过撤离系统单位面积时的总时间，它由下式算得：

t_F＝N/F_c

总撤离时间为T；γ为修正因子，取值为2；t₁为在理想条件下最高行进时间；t_F为流动时间；F_c为计算人员流量；F_s为初始规定流量；W_c为通道宽度。

本发明提出的优化算法考虑到达等成结点的最短路径和拥挤度，校核以撤离时间的约束选择，设定目标函数：

式中，L_j为路径方案；j为安全区域块；i为疏散人流，即i个人群；t_ij为第i个人到第j块安全区域的时间；n_j为第j个安全区域上的实际疏散人数，A_j为第j个安全区域的面积；F_sj为第条路径上的人流密度单位人/m·s，拥挤度用人流密度限定F_sj∈[f_min，f_max]。

此数学模型定义求解每一段路程上，对于每个人流的时间。其中，对于人员容纳性判断0.35m²/人，借此以判断此区域拥挤度。

如图3所示为本发明的总流程图。对于不考虑其他因素(例如：人员数量、通道信息、拥挤度等)情况下，人员应急逃生最短路径可由基础量取、算法攫取、软件仿真等方法获取。并基于获取的最短路线，开展对人员应急逃生情况模拟，并校核此路线是否为最优路径。

实施例1：

以图2中某海上建筑住舱区域示图为例，某房间内N₁人群最短逃生路径集为{L₁,L₂,L₃,L₄,L₅......}，通道{L₁}段人数为N₁，净宽度取门宽；通道{L₂}段人数为N₁+N₂+N₃+N₄，净宽度取走廊宽W_c1；通道L₃段人数依次为N₅+N₆/N₁+N₂+N₃+N₄，净宽度取走廊防火门宽；通道{L₄}段人数依次为N₇+N₈/N₅+N₆/N₁+N₂+N₃+N₄，净宽度取走廊宽W_c1；通道{L₅}段人数依次为N₇+N₈/N₅+N₆/N₁+N₂+N₃+N₄，净宽度为走廊宽W_c2；

对于房间内N₁人群，基于最短路径下的路上撤离时间由公式(4)得出：

其中，i为通道元素序号，V_i和F_si可由公式(6)、(7)得出。

拥挤度由下两项公式得出，务必满足以下两条要求，否则将按照拥挤进行分析。

其中针对不同设施其f_min为0，f_max如下表中可得：

根据最短路径下的人员应急逃生分析，校核其拥挤度分析：

1)若不出现拥挤且时间满足其海事组织规定则认定为该路径为人员应急逃生优选路径，若只有一条优选路径，则其为最优路径；若出现多条优选路径，则所有优选路径中撤离时间最短的路径为最优路径；

2)若出现拥挤但撤离时间满足其海事组织规定，则认定该路径是可选路径，此时需要验证其他路径，若其他路径中有优选路径，则按照1)方案实施；若皆为可选路径，则撤离时间最短的为最优路径；

3)若出现拥挤且撤离时间不能满足其海事组织规定时，尚需验证其他路径下撤离能力分析，若出现优选路径按照1)方案实施；若出现可选路径按照2)方案实施；若任何路径皆出现拥挤且撤离时间不能满足其海事组织规定，则需根据人员分布、设施布置等要素，对海上建筑布局重新规划。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于MSC的海上人员应急逃生路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：获取从起点到集合点的所有撤离路线；

步骤二：获取每条撤离路线上的每分枝路径上的人数N；

步骤三：根据分枝路径属性，计算撤离路线上人员的速度V和具体流量F_S；所述的具体流量F_S为每单位时间内每个单位面积内撤离路线中撤离路线的数量；

步骤四：分别计算每条撤离路线的撤离时间T；

其中，L_j为路径方案，i为疏散人流，该条撤离路线中共含有j条分支路径；L_y为该条撤离路线中第y条分支路径的长度；v_y为该条撤离路线中第y条分支路径中的人员速度；N_y为该条撤离路线中第y条分支路径中的总人数；F_sy为该条撤离路线中第y条分支路径中的具体流量；W_cy为该条撤离路线中第y条分支路径中的静宽度；γ为修正因子，取值为2；

步骤五：判断每条撤离路线的撤离时间T是否符合MSC规定，并判断每条撤离路线是否拥挤，在不拥挤且撤离时间T符合MSC规定的撤离路线中选取撤离时间最短的路径为海上人员应急逃生的最优路径。

2.根据权利要求1所述的一种基于MSC的海上人员应急逃生路径规划方法，其特征在于：所述的步骤五中判断每条撤离路线是否拥挤的方法具体为：满足下式的撤离路线为不拥挤：

3.根据权利要求1或2所述的一种基于MSC的海上人员应急逃生路径规划方法，其特征在于：所述的步骤三中人员速度V的计算方法为：

其中，N为路径中的总人数；L为路径长度；W_c为路径的静宽度。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于MSC的海上人员应急逃生路径规划方法，其特征在于：所述的步骤三中人员具体流量F_S的计算方法为：

其中，N为路径中的总人数；L为路径长度；W_c为路径的静宽度。

5.根据权利要求3所述的一种基于MSC的海上人员应急逃生路径规划方法，其特征在于：所述的步骤三中人员具体流量F_S的计算方法为：

其中，N为路径中的总人数；L为路径长度；W_c为路径的静宽度。