CN110705071A - 一种融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及消防数字化技术领域，提供了一种融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法，依据建筑结构图纸建立建筑结构的三维可视化模型，提取建筑结构的内部分层结构信息、消防信息；室内全景图像生成：通过全景相机或摄像头采集室内信息，获取室内的材料属性、材料参数；将三维可视化模型的建筑结构内部分层结构信息、发生火灾的室内的材料属性、材料参数信息、火灾发生时的天气信息输入火势预测模型，得到火势蔓延趋势分析结果。本发明借助三维可视化、室内全景以及火势预测模型技术，可实时应用于各类火灾场景，根据实时火场动态变化，三维数字化与预测模型相应做出调整，符合消防实战需求。灵活方便，精准高效，智慧消防，科技消防。
Description
技术领域
本发明涉及消防数字化技术领域，特别涉及一种融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法。
背景技术
随着我国经济的飞速发展，加上我国正处于经济改革，逐步转型的关键时期，城市大型建筑、地下交通枢纽、医院、化工企业等复杂场所不断增多，建筑物火灾等灾害事故时有发生。由于火灾等自然灾害发生地的复杂性和无法预知性，消防人员的人身安全面临着极大的威胁，如何科学指挥决策，高效灭火救援的同时，保障消防人员生命安全，是摆在消防官兵面前十分紧迫而现实的课题。
火灾动力学模拟FDS(Fire Dynamics Simulation)软件是由美国国家标准局NIST(National Institute of Standards and Technology)建筑火灾研究实验室开发的一种场模拟程序，它是一种以火灾中流体运动为主要模拟对象的计算流体动力学软件，进行火灾模拟时均选用大涡模拟。该软件通过数值方法求解Navier-Stokes方程来分析燃烧过程中烟气和热传导的过程。目前，有提出采用FDS烟气模拟数据为依托，利用粒子系统网格实现火灾烟气的真实感可视化，在一定程度上实现了准确、真实感的烟气可视化场景，但是未跟实际的多变应用场景相结合，缺乏一定的实战性；有提出利用FDS实现真实场景的应用，在地铁内利用计算机模拟和全尺寸实地实验，给出了不同风速和倾角下地铁车站敞开楼梯利用空气风幕挡烟的效果，并确定了空气风幕挡烟的临界速度、风向要求，为地铁车站空气风幕挡烟的应用提供技术支持，此方法虽然实现了在地下交通枢纽中的场景应用，并且提升了一定的预测准确度，但只是给出特定场景的预测结果，对于发生意外事故时，如何结合建筑结构合理的引导、疏散和指挥受困人员，未给出相应的对策，在实际应用中存在一定的局限性；又提出大型高层建筑室内火灾紧急疏散指示逃生方法及系统，根据大型高层建筑发生火灾时采集到的火灾具体情况，建立火势蔓延的动态模型，针对火势和烟气传播特性的预测，结合大型高层建筑的构造，对不同楼层的人群建立最优消防逃生路线，能够快速的给予所有人员疏散路线，规避现有的烟雾等有毒气体以及火势扩散区域，保障了人员安全，但是火灾具有突发性，此方法也是依托现有的结构和状态给以预测，缺乏一定的灵活性，面对复杂多变的火场环境，再次建立模型计算分析，时间周期长，对于争分夺秒的火场灭火救援，该方法无法满足实战的需求。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法，借助三维可视化、室内全景以及火势预测模型，快速掌握事故单位的基本信息，有助于消防应急辅助决策。
本发明的技术方案如下：
一种融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法，包括如下步骤：
步骤一、依据建筑结构图纸建立建筑结构的三维可视化模型，提取所述建筑结构的内部分层结构信息、消防信息；
步骤二、室内全景图像生成：通过全景相机或摄像头采集室内信息，获取室内的材料属性、材料参数；所述室内全景图像与步骤一的三维可视化模型匹配并显示于三维可视化模型中；
步骤三、将三维可视化模型的建筑结构内部分层结构信息、发生火灾的室内的材料属性、材料参数信息、火灾发生时的天气信息输入火势预测模型，得到火势蔓延趋势分析结果。
进一步的，还包括步骤四：根据步骤三中得到的火势蔓延趋势分析结果，确定火势在不同阶段的影响区域，进而确定火势处于不同阶段的消防內攻线路。
进一步的，步骤一中的消防信息包括防火分区、防火门、消防通道、消防设施、消防控制室、水泵房；从步骤二中的室内全景图像中，分析得到室内物品种类(易燃程度)、摆放位置、状态信息，进而得到室内的材料属性、材料参数。
进一步的，步骤三中的天气信息包括建筑结构所在地的即时风向、空气湿度。
进一步的，步骤三中所得到的火势蔓延趋势分析结果显示于步骤一得到的三维可视化模型中，显示结果包括不同时间段的过火区域、火场区域的温度分布、瓦斯和烟气浓度及分布。
进一步的，步骤三中的火势预测模型采用美国国家标准局NIST的火灾动力学模拟FDS软件。
进一步的，步骤一中，建筑结构的图纸储存于互联网云端或数据中心，火灾发生时快速从互联网云端或数据中心获取建筑结构的图纸数据；
步骤二中，室内全景图像为建筑的全部室内全景图像，或火灾发生处的室内全景图像。
本发明还提供了一种实现如权利要求1-7任一项所的融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法的计算机程序。
一种实现上所的融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法的信息数据处理终端。
一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法。
本发明的有益效果为：借助三维可视化、室内全景以及火势预测模型等技术，实现在接到火警电话时，快速掌握事故单位的基本信息、内部分层结构、消防水源与消防设施分布情况、现场的整体情景、火情动态变化趋势等，有助于消防应急辅助决策。此方法以三维数字化预案平台为展现基础，结合室内全景和火势预测模型，能够实时应用于各类火灾场景，根据实时的火场动态变化，三维数字化与预测模型相应的做出变化调整，符合消防实战的需求。灵活方便，精准高效，智慧消防，科技消防。
附图说明
图1所示为本发明实施例一种融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法实现框架图。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
本发明为智能消防提供了一种辅助决策方法。
如图1所示，本实施例一种融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法，包括：
步骤一、依据建筑结构图纸建立建筑结构的三维可视化模型，提取所述建筑结构的内部分层结构信息、消防信息。
建筑的基础信息包括建筑所述位置的坐标，建筑周围的区域道路等基础信息；建筑结构图纸可以为CAD图，存储于互联网云端或信息中心。当某单位发生火灾时，根据需要提取该单位的相关信息，构建建筑结构的三维可视化模型，提取建筑内部的分层结构，分层结构包括各层的空间划分及各空间的连接关系。消防信息包括防火分区、防火门、消防通道、消防设施、消防控制室、水泵房等。上述消防信息被标示在三维模型图上，供消防指挥人员查看。
步骤二、室内全景图像生成：通过全景相机或摄像头采集室内信息，获取室内的材料属性、材料参数。
室内全景图像包括火灾前收集到的室内全景图像(形成室内图像库，储存于互联网云端或数据中心)，室内全景图像可以是消防普查时所拍摄，主要针对具有火灾危险性的室内地点。当火灾发生时，可直接根据起火点的信息自动匹配相应的室内全景图像，并显示于步骤一的三维可视化模型中；室内全景图像还包括消防人员在行动中对起火点或起火区域的现场拍摄，该现场拍摄的室内全景图像也会与步骤一中的三维可视化模型结合并显示。关于室内图片与三维模型之间的结合显示技术，可参见申请人先前的发明专利申请201710630482.2。
室内的材料属性、材料参数包括：不可燃物的密度、导热系数、比热；可燃物的种类与数量，可燃物的燃烧残留物的比例，可燃物所处位置(是否靠近门窗)等等，上述参数是发生火灾后火势蔓延的重要考量因素，也是火势预测模型的输入量，例如：室内存放的是不可燃物、木材或汽油以及存放的位置，对火灾时火势的发展具有极大影响。上述室内材料属性、材料参数的初始取得方式可以为火灾前的普查，但在真正发生火灾时，需要有现场全景图像对前期获得的信息进行修正和确认。
步骤三、将三维可视化模型的建筑结构内部分层结构信息、发生火灾的室内的材料属性、材料参数信息、火灾发生时的天气信息输入火势预测模型，得到火势蔓延趋势分析结果。
本实施例中，火势预测模型采用美国国家标准局NIST的火灾动力学模拟FDS软件，该软件可根据建筑的平面布局(包括防火分区、防火门、消防通道、消防设施、消防控制室、水泵房)信息、起火点的室内材料属性与参数(包括不可燃物的密度、导热系数、比热；可燃物的种类与数量，可燃物的燃烧残留物的比例，可燃物所处位置)，对火势的发展做出预测，经真实案例验证，具有较高的置信度。
需要说明的是，随着研究的不断深入，火势预测模型会越来越先进多，功能也更为强大，在本发明方法中，并不仅限于上述的软件，只要基于建筑结构自身特点且能实现火势预测的模型，均应包括在本发明的保护范围内。
优选的，在火势预测时，同时也可以考虑外部天气条件，如风向、空气温度、相对湿度、气压值等，以得到更符合实际的预测。
优选的，所得到的火势蔓延趋势分析结果显示于步骤一得到的三维可视化模型中，显示结果包括不同时间段的过火区域、火场区域的温度分布、瓦斯和烟气浓度及分布。显示方式可以以不同颜色块、不同颜色线条、不同线型等多种方式加以区分。
步骤四、根据步骤三中得到的火势蔓延趋势分析结果，确定火势在不同阶段的影响区域，进而确定火势处于不同阶段的消防內攻线路。
火灾时，区域温度不同，瓦斯和烟气浓度及分布不同，都对消防內攻路线的选择造成影响。火灾发生的不同阶段，建筑的过火面积不同，有可能造成原来可行的消防內攻路线不再可行，此时需要紧急改变內攻路线。优选的，在确定內攻路线时，标出所有可行的內攻路线，并推荐当前火势状态下的內攻线路，供消防指挥员决策时参考。
本发明方法可编制于计算机程序并存储于计算机可读存储介质中。
在实际使用时，本发明方法既可以应用于火灾的辅助决策，也可用于消防的日常演练。在火灾发生时，结合制定的预案内容，查看建筑的基本状况，借助三维室内地图，知悉着火部位、消防设施、消控室、水泵房等所在楼层位置，了解内攻路线以及疏散出入口分布情况；还可以结合室外无人机航拍，掌握火灾单位全景图像信息，通过全景信息联动，使消防灭火救援更加可视化、更加精准化，辅助消防决策，科学指挥调度。在此基础上，利用室内全景摄像头或相机进行建筑室内拍照，上传处理合成实时照片，快速构建全景图像，全局掌控建筑室内的楼层结构、防火分区、防火门位置、安全通道、墙体、窗户、地板等实景信息，便于指挥中心领导、跨区域增援力量能够快速知悉现场情况，了解起火单位的基本信息，保证信息真实性和准确性，规避以往通讯员电话咨询、语音询问信息滞后的弊端，同时，有利于火势预测模型参数以及属性值设定，更加精准、贴近真实场景的火势动态变化预测。通过三维可视化信息构建，获取简易的建筑三维模型，结合室内全景信息，构筑室内结构、通道、门、窗、防火分区等实景信息，利用FDS软件，输入精准的素材属性值与采集的材料参数，建立建筑动态火势预测模型，由于三维数字化预案与火势预测模型相互联系，相互依托，能够规避火场实时变化时未能快速自动智能调整的局限，并且结合室内全景，依托建筑安全出口，更加直观的规划逃生路线，更加合理指挥、疏散人员，为灭火救援的力量调派以及内攻路线规划作技术支撑，加强现有的三维数字化预案动态调整能力，更加灵活，更加适应实战需求，符合“智慧消防科技消防”的建设需要。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
Claims (10)
1.一种融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、依据建筑结构图纸建立建筑结构的三维可视化模型，提取所述建筑结构的内部分层结构信息、消防信息；
步骤二、室内全景图像生成：通过全景相机或摄像头采集室内信息，获取室内的材料属性、材料参数；所述室内全景图像与步骤一的三维可视化模型匹配并显示于三维可视化模型中；
步骤三、将三维可视化模型的建筑结构内部分层结构信息、发生火灾的室内的材料属性、材料参数信息、火灾发生时的天气信息输入火势预测模型，得到火势蔓延趋势分析结果。
2.如权利要求1所述的融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法，其特征在于，还包括步骤四：根据步骤三中得到的火势蔓延趋势分析结果，确定火势在不同阶段的影响区域，进而确定火势处于不同阶段的消防內攻线路。
3.如权利要求1所述的融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法，其特征在于，步骤一中的消防信息包括防火分区、防火门、消防通道、消防设施、消防控制室、水泵房。
4.如权利要求1所述的融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法，其特征在于，步骤三中的天气信息包括建筑结构所在地的即时风向、空气湿度。
5.如权利要求1所述的融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法，其特征在于，步骤三中所得到的火势蔓延趋势分析结果显示于步骤一得到的三维可视化模型中，显示结果包括不同时间段的过火区域、火场区域的温度分布、瓦斯和烟气浓度及分布。
6.如权利要求1所述的融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法，其特征在于，步骤三中的火势预测模型采用美国国家标准局NIST的火灾动力学模拟FDS软件。
7.如权利要求1-6任一项所述的融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法，其特征在于，步骤一中，建筑结构的图纸储存于互联网云端或数据中心，火灾发生时快速从互联网云端或数据中心获取建筑结构的图纸数据；
步骤二中，室内全景图像为建筑的全部室内全景图像，或火灾发生处的室内全景图像。
8.一种实现如权利要求1-7任一项所的融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法的计算机程序。
9.一种实现如权利要求1-7任一项所的融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法的信息数据处理终端。
10.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-7任一项所述的融合火势预测模型的消防三维数字化预案的方法。
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