CN114399100A - 结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划系统，包括信息采集模块、数据分析模块和路线通知模块，信息采集模块包括毒气泄漏报警器、风速风向仪、中央管理后台，数据分析模块用于毒气扩散模拟和浓度的计算。本发明属于安全工程规划系统技术领域，具体是提供了一种结合化工园的实时风场风向、风速数据，计算毒气泄露的影响范围和程度，能有效通知危险区域的人群先撤离，通过空间浓度势场的负方向来限制应急疏散路径的方向，提高算法的收敛速度，通过用毒气负荷替代距离来确定最佳的应急疏散路径，更具有实际效果的结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划方法和系统。
Description
技术领域
本发明属于安全工程规划系统技术领域，涉及化工园毒气泄露时的应急疏散路径规划系统与方法，具体是指一种结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划方法和系统。
背景技术
化工产业是国家和区域经济的主导和支柱，随着国家对环境保护和安全生产的管控不断加强，小规模企业难以承受会渐渐被淘汰，化工企业会向大规模头部企业集中，化学工业园的兴起已经成为中国化工发展方向的主流模式。化工园中含有多种重特大危险源，突发性的化工事故、爆炸和大规模的危险化学品的生产、运输、存储都很容易导致危险化学品产生、泄漏事故的发生。且化工园内建筑繁多、出口路线也多样。在面对毒气泄露的危险情况下，选择一条最安全高效的疏散路线，能大大减弱疏散人群受到毒气的影响。目前针对化工园的应急疏散路径规划的研究逐渐增加，但因为化工园的毒气泄露到扩散过程中影响因素很多，在操作、运行、管理上容易造成毒气泄露。毒气泄露因泄露程度、毒气类型、气象条件、建筑规划的不同，其对环境的影响有很大不同。我国对于化工园毒气泄露的应急疏散方式的研究因其难度较大且开展较晚，市场上还没有十分成熟的方案，且研究较为困难。
目前关于化工园毒气泄露应急疏散研究的方向主要有两种，一种是基于数据采集中央数据处理-指导人群疏散的一体化的应急疏散路径规划系统研究；另一种是基于改进传统算法的应急疏散最佳路径的规划和虚拟仿真分析。
第一种：化工园区域的应急疏散路径规划系统，目前主要的研究方向一般是利用疏散人群的个人移动端与网络云端相连接，在收集到个人的位置信息后再反馈最佳的疏散路线到个人，可以考虑到个人的行为影响和实时位置，但需要疏散个人随身携带手机等个人移动设备，在实际情况很难满足且会增加疏散人群的应急疏散反应时间，甚至可能出现遗漏的情况。
第二种：基于改进传统算法的应急疏散最佳路径的规划，但现在大多数应急疏散最佳路径规划集中在最短路径规。Dijkstra算法就是一种常用的单源点最短路径算法，也是一种基本的贪心算法，Dijkstra算法是求解单电源最短路径的经典算法，是一种发散式的搜索，能很好的适用网络拓扑变化，是应急疏散路径规划的常用算法。Dijkstra算法思想：集合G＝(S,U)。S为已求出最短路径的顶点集合，初始时只包含起点V；U为未确定最短路径的顶点集合。每一次搜索将U中与起点V相邻的顶点按距离起点V的长度依次按最近的顶点加入S中，同时保持起点V到S中其他所有顶点的最短路径长度小于从起点V到到U中任何顶点的最短路径长度，直到U中的顶点为零，输出最短路径。这就导致在面对复杂路径的情况时其收敛速度较慢；同时用Dijkstra算法求解最短路径规划只考虑了距离的因素，忽略了道路的实际情况和毒气浓度空间分布的差异，容易导致出现疏散路径最短的道路受到毒气伤害很大的情况。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种结合化工园的实时风场风向、风速数据，计算毒气泄露的影响范围和程度，能有效通知危险区域的人群先撤离，通过空间浓度势场的负方向来限制应急疏散路径的方向，提高算法的收敛速度，通过用毒气负荷替代距离来确定最佳的应急疏散路径，更具有实际效果的结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划方法和系统。
本发明采取的技术方案如下：本发明一种结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划方法，包括以下步骤：
S1：基于GIS将化工园地形图平面化建立网络拓扑模型，利用墨卡托投影公式将化工园位置的经纬度转换为平面坐标，并以毒气泄露源为中心，该化工园风向的下风向为X轴正方向，与下方向垂直的方向为Y轴正方向，垂直地面向上的方向为Z轴正方向建立笛卡尔坐标系。工园地形图获取其建筑物、避难所、标志性地点、道路等分布情况，以化工园的每栋建筑及其他标志性地点、避难所作为基点，每条道路作为一条连接线，道路之间的交点为节点，每个建筑物通过连接线与避难所相连，连接某一建筑物与避难所，其通过的路线长度则为疏散路线总长度；
S2：以警报器为节点，当警报器检测到毒气泄露，并将检测到的信息上传是应急疏散中央管理后台；同时化工园的风向风速仪将化工园的实时气象数据上传应急疏散中央管理后台。中央管理后台根据浓度实时变化情况判断毒气泄露源是固定源瞬间泄露还是固定源持续泄露，如果是固定源瞬间泄露，则使用高斯烟团扩散模型进行毒气浓度计算；如果是固定源持续泄露，则使用高斯烟羽扩散模型进行毒气浓度计算；
S3：应急疏散中央管理后台以毒气泄露地区为中心，根据高斯模型结合风向风速数据，计算出不同区域内毒气的浓度，并根据毒气毒害程度将毒气泄露范围划分为重度危险区、中度危险区、轻度危险区，分别用紫色、红色、橙色表示；毒气扩散区域危险级越高，应急疏散优先级越高；
S4：根据我国的《工业企业设计卫生标准》中规定的危险化工品在空气中的浓度的最高容许范围MAC，判断所有的避难所是否满足安全浓度，将满足的条件的避难所标记为安全避难所；不满足安全浓度的避难所标记为不安全避难所。人群需全部疏散到安全避难所内；
S5：通过高斯模型计算该基点的污染物浓度，并分别计算该基点以东、东南、南、西南、西、西北、北、东北八个方向的直线距离3m、5m、8m的污染物浓度。分别计算每个方向上污染物浓度的降低值ΔC/L的平均值。以空间浓度降低最大的方向及该方向上下45°范围的方向，确定为疏散路线的方向；
S6：确定疏散路线的方向后，选取该方向上某一建筑物基点作为应急疏散的起点，搜索从起点到所有安全避难所为基点的所有疏散路线，计算每一条路径的毒性负荷，毒性负荷最小的疏散路线为最佳应急疏散路线；
S7：在建筑物、标志地点内部的人群按以该建筑物、标志地点为基点的应急疏散路线撤离到安全避难所，不在该范围的人沿着空间浓度下降最快的方向疏散，经过最近的建筑物或标志地点时，按该建筑物或标志地点的最佳疏散路线撤离；
S8：疏散人群通知的方法包括广播通知和显示牌通知，广播通知为在化工园各区域设立广播通知设备，播报该区域人群的疏散方式；在每栋建筑物的显示屏上显示该建筑物的应急疏散路线，在化工园的中心显示屏显示所有位置的应急疏散路线，全面指导人群迅速按疏散路线撤离。
进一步地，本方案结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划的系统，包括信息采集模块、数据分析模块和路线通知模块，
所述信息采集模块包括毒气泄漏报警器、风速风向仪、中央管理后台，所述毒气泄漏报警器安装设于化工园每栋建筑的关键位置处，所述毒气泄漏报警器用于检测化工园建筑内毒气的浓度，当毒气泄露超过警报值时，毒气泄漏报警器报警并将数据上传至中央管理后台内，所述风速风向仪装配设于化工园的周围，所述风速风向仪用于实时采集并记录该区域的风速、风向等气象数据，所述毒气泄漏报警器报警时、风速风向仪同时将实时的气象数据上传到中央管理后台内；
所述数据分析模块用于毒气扩散模拟和浓度的计算，并根据计算结果进行应急疏散区域的划分，最后对应急疏散路线的方向进行确定；
所述路线通知模块包括广播通知设备、显示牌通知设备，通过在化工园各区域设立广播通知设备，播报该区域人群的疏散方式，显示牌通知设备包括建筑内部显示屏和园区中心显示屏，通过在每栋建筑物的建筑内部显示屏上显示该建筑物的应急疏散路线，在化工园的中心设置园区中心显示屏，园区中心显示屏上显示所有位置的应急疏散路线，全面指导人群迅速按疏散路线撤离。
所述数据分析模块对于最佳应急疏散路线，包括以下步骤：
步骤一、毒气浓度计算：
对于固定点源瞬间泄露事故，用高斯烟团模型进行毒气扩散模拟和浓度计算，表达式为：
式a中，(x0，y0，z0)为泄漏事故点坐标；C为空间点(x，y，z)在t时刻空气中有毒物质的质量浓度，单位为mg/m3；Q为泄漏源强，单位为mg；σx、σy、σz为水平方向和垂直方向上的扩散参数；
对于固定点源连续泄漏事故，用高斯烟羽模型进行毒气扩散模拟和浓度计算，表达式为：
式b中，C(x，y，z)表示空间点(x，y，z)处泄漏气体的浓度，单位为mg/m3；Q表示泄漏平均源强，单位为mg/s；u表示环境平均风速，单位为m/s；He表示有效泄漏高度，H表示泄漏口距地面的几何高度，ΔH表示烟气抬升高度，即He＝H+ΔH，单位为m；σy和σz分别表示Y和Z方向的扩散参数，单位为m；
步骤二、应急疏散区域划分：
根据ERPG浓度划分，ERPG界定了化学物三种不同的浓度限值：
毒气浓度在ERPG-3区间内时，将该区域划分为重度危险区；毒气浓度在ERPG-2区间内时，将该区域划分为中度危险区；毒气浓度在ERPG-1区间内时，将该区域划分为轻度危险区；
步骤三、应急疏散路线方向的确定：
以受灾点为中心，风向的下风向为X轴正方向，与下方向垂直的方向为Y轴正方向，垂直地面向上的方向为Z轴正方向建立笛卡尔坐标系；每个建筑物、标志性地点、避难所作为基点的经纬度为X坐标；
通过高斯模型计算污染物浓度，获得空间浓度势场，通过浓度梯度的下降最快的方向，即空间浓度势场的负方向来确定应急疏散路径的方向；
并分别计算该基点以东、东南、南、西南、西、西北、北、东北八个方向的直线距离3m、5m、8m的污染物浓度；
分别计算每个方向上污染物浓度的降低值ΔC/L的平均值，浓度梯度降低最大的方向及其上下45°范围确定为疏散路线的方向；
步骤四、毒性负荷的计算：
通过建立的笛卡尔坐标系确定每个基点的X坐标，以每个基点作为基本单位确定疏散路线，以毒性负荷最低为疏散目标；
毒性负荷是关系时间的函数，公式如下：
式d中，Pc为毒性负荷；C为浓度值或暴露剂量；X为基点所处的位置；T表示暴露时间；n为取决于毒气性质的常数；
假设疏散人群以稳定的速度(V)进行疏散，疏散路径总路程为L，则疏散时间T＝L/V，由此可以得到毒性负荷和疏散路程的函数关系式如式e所示：
步骤五、最佳应急疏散路线的确定：
结合毒性负荷改进Dijkstra算法，根据公式计算(某一基点)起点n到某一安全避难所m的毒性负荷Pc(n，m)。
在本方案中，最佳应急疏散路线的确定，包括以下步骤：
1)集合N中仅含有起点n；集合M中包含沿应急疏散方向所有可以经过的安全避难所m和道路相交的节点i，即N＝{n}，M＝(1，2…，m)U(1，2，…，i)，由毒性负荷计算公式可得到毒性负荷和路程的关系，Pn＝0，Pn表示在起点处的毒性负荷，Pnm表示从起点到安全避难所的毒性负荷；应急疏散路径的总毒性负荷标记为“从起点到安全避难所受到的毒性负荷”；
2)将集合M中与集合N相邻的节点或者安全避难所m标记为已知点，并按起点n到已知点的毒性负荷最小值依次将已知点加入集合N中，同时将这些已知点在集合M中删除；
3)重复步骤2)的操作，直到集合M为零，同时保持起点n到集合M中其他所有节点的毒性负荷不大于从起点n到集合M中任何节点的最小毒性负荷；
4)查验集合M中所有安全避难所到到起点的毒性负荷，找到其中毒性负荷最小的应急疏散路径为
Pnm＝min[Pnm].。
本方案的结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划方法和系统，采用上述结构本发明取得的有益效果如下：
1、本方案考虑到化工园的人群分布相对集中，工作车间一般宽敞矮小的特点，以化工园内建筑物、避难所、标志性地点为基点对疏散人群进行应急疏散，这样可以有效减少疏散人群的反应时间，且不需要个人移动设备；使用显示屏辅助广播以每个基点为中心向外辐射通知人群疏散，可以完全覆盖到化工园的全部区域和人群，根据毒气浓度标志划分的每个区域的危险程度先后通知撤离，能更大程度的减少严重的中毒伤亡情况。
2、本方案设计了一套基于改进的传统算法的应急疏散路径规划方法和系统，通过空间浓度势场的负方向来限制应急疏散路径的方向，可以排除掉大部分可行性不高的应急疏散路径，可以很大程度地提高Dijkstra算法的收敛速度；同时用毒气负荷替代距离来确定最佳的应急疏散路径可以很好的还原化工园毒气泄露的情况，更具有实际效果。
3、且在本方案中，以浓度势场降低最快的方向来确实疏散方向，能更好的反应毒气泄露的真实情况，提高后续应急路径规划的可信度。
附图说明
图1为本发明一种结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划方法和系统的整体组成框图；
图2为本方案中应急疏散路线的确定的流程图；
图3为本方案中的毒气泄露范围划分的示意图。
图3中，处于最中心的小圆为重度危险区、使用紫色表示，处于最外圈的大圆为轻度危险区、使用橙色表示，处于大圆与小圆之间的中圆为中度危险区、使用红色表示。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，本发明一种结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划系统，包括信息采集模块、数据分析模块和路线通知模块，
其中，所述信息采集模块包括毒气泄漏报警器、风速风向仪、中央管理后台，所述毒气泄漏报警器安装设于化工园每栋建筑的关键位置处，所述毒气泄漏报警器用于检测化工园建筑内毒气的浓度，当毒气泄露超过警报值时，毒气泄漏报警器报警并将数据上传至中央管理后台内，所述风速风向仪装配设于化工园的周围，所述风速风向仪用于实时采集并记录该区域的风速、风向等气象数据，所述毒气泄漏报警器报警时、风速风向仪同时将实时的气象数据上传到中央管理后台内；
所述数据分析模块用于毒气扩散模拟和浓度的计算，并根据计算结果进行应急疏散区域的划分，最后对应急疏散路线的方向进行确定；
所述路线通知模块包括广播通知设备、显示牌通知设备，通过在化工园各区域设立广播通知设备，播报该区域人群的疏散方式，显示牌通知设备包括建筑内部显示屏和园区中心显示屏，通过在每栋建筑物的建筑内部显示屏上显示该建筑物的应急疏散路线，在化工园的中心设置园区中心显示屏，园区中心显示屏上显示所有位置的应急疏散路线，全面指导人群迅速按疏散路线撤离。
所述数据分析模块对于最佳应急疏散路线的确定，包括以下步骤：
步骤一、毒气浓度计算：
对于固定点源瞬间泄露事故，用高斯烟团模型进行毒气扩散模拟和浓度计算，表达式为：
式a中，(x0，y0，z0)为泄漏事故点坐标；C为空间点(x，y，z)在t时刻空气中有毒物质的质量浓度，单位为mg/m3；Q为泄漏源强，单位为mg；σx、σy、σz为水平方向和垂直方向上的扩散参数；
对于固定点源连续泄漏事故，用高斯烟羽模型进行毒气扩散模拟和浓度计算，表达式为：
式b中，C(x，y，z)表示空间点(x，y，z)处泄漏气体的浓度，单位为mg/m3；Q表示泄漏平均源强，单位为mg/s；u表示环境平均风速，单位为m/s；He表示有效泄漏高度，H表示泄漏口距地面的几何高度，ΔH表示烟气抬升高度，即He＝H+ΔH，单位为m；σy和σz分别表示Y和Z方向的扩散参数，单位为m；
步骤二、应急疏散区域划分：
根据ERPG浓度划分，ERPG界定了化学物三种不同的浓度限值：
毒气浓度在ERPG-3区间内时，将该区域划分为重度危险区；毒气浓度在ERPG-2区间内时，将该区域划分为中度危险区；毒气浓度在ERPG-1区间内时，将该区域划分为轻度危险区；
步骤三、应急疏散路线方向的确定：
以受灾点为中心，风向的下风向为X轴正方向，与下方向垂直的方向为Y轴正方向，垂直地面向上的方向为Z轴正方向建立笛卡尔坐标系；每个建筑物、标志性地点、避难所作为基点的经纬度为X坐标；
通过高斯模型计算污染物浓度，获得空间浓度势场，通过浓度梯度的下降最快的方向，即空间浓度势场的负方向来确定应急疏散路径的方向；
并分别计算该基点以东、东南、南、西南、西、西北、北、东北八个方向的直线距离3m、5m、8m的污染物浓度；
分别计算每个方向上污染物浓度的降低值ΔC/L的平均值，浓度梯度降低最大的方向及其上下45°范围确定为疏散路线的方向；
步骤四、毒性负荷的计算：
通过建立的笛卡尔坐标系确定每个基点的X坐标，以每个基点作为基本单位确定疏散路线，以毒性负荷最低为疏散目标；
毒性负荷是关系时间的函数，公式如下：
式d中，Pc为毒性负荷；C为浓度值或暴露剂量；X为基点所处的位置；T表示暴露时间；n为取决于毒气性质的常数；
假设疏散人群以稳定的速度(V)进行疏散，疏散路径总路程为L，则疏散时间T＝L/V，由此可以得到毒性负荷和疏散路程的函数关系式如式e所示：
步骤五、最佳应急疏散路线的确定：
结合毒性负荷改进Dijkstra算法，根据公式计算(某一基点)起点n到某一安全避难所m的毒性负荷Pc(n，m)。
在本方案中，最佳应急疏散路线的确定，包括以下步骤：
1)集合N中仅含有起点n；集合M中包含沿应急疏散方向所有可以经过的安全避难所m和道路相交的节点i，即N＝{n}，M＝(1，2…，m)U(1，2，…，i)，由毒性负荷计算公式可得到毒性负荷和路程的关系，Pn＝0，Pn表示在起点处的毒性负荷，Pnm表示从起点到安全避难所的毒性负荷；应急疏散路径的总毒性负荷标记为“从起点到安全避难所受到的毒性负荷”；
2)将集合M中与集合N相邻的节点或者安全避难所m标记为已知点，并按起点n到已知点的毒性负荷最小值依次将已知点加入集合N中，同时将这些已知点在集合M中删除；
3)重复步骤2)的操作，直到集合M为零，同时保持起点n到集合M中其他所有节点的毒性负荷不大于从起点n到集合M中任何节点的最小毒性负荷；
4)查验集合M中所有安全避难所到到起点的毒性负荷，找到其中毒性负荷最小的应急疏散路径为
Pnm＝min[Pnm].。
在实施例中，结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划方法，包括以下步骤：
S1：基于GIS将化工园地形图平面化建立网络拓扑模型，利用墨卡托投影公式将化工园位置的经纬度转换为平面坐标，并以毒气泄露源为中心，该化工园风向的下风向为X轴正方向，与下方向垂直的方向为Y轴正方向，垂直地面向上的方向为Z轴正方向建立笛卡尔坐标系。工园地形图获取其建筑物、避难所、标志性地点、道路等分布情况，以化工园的每栋建筑及其他标志性地点、避难所作为基点，每条道路作为一条连接线，道路之间的交点为节点，每个建筑物通过连接线与避难所相连，连接某一建筑物与避难所，其通过的路线长度则为疏散路线总长度；
S2：以警报器为节点，当警报器检测到毒气泄露，并将检测到的信息上传是应急疏散中央管理后台；同时化工园的风向风速仪将化工园的实时气象数据上传应急疏散中央管理后台。中央管理后台根据浓度实时变化情况判断毒气泄露源是固定源瞬间泄露还是固定源持续泄露，如果是固定源瞬间泄露，则使用高斯烟团扩散模型进行毒气浓度计算；如果是固定源持续泄露，则使用高斯烟羽扩散模型进行毒气浓度计算；
S3：应急疏散中央管理后台以毒气泄露地区为中心，根据高斯模型结合风向风速数据，计算出不同区域内毒气的浓度，并根据毒气毒害程度将毒气泄露范围划分为重度危险区、中度危险区、轻度危险区，分别用紫色、红色、橙色表示；毒气扩散区域危险级越高，应急疏散优先级越高；
S4：根据我国的《工业企业设计卫生标准》中规定的危险化工品在空气中的浓度的最高容许范围MAC，判断所有的避难所是否满足安全浓度，将满足的条件的避难所标记为安全避难所；不满足安全浓度的避难所标记为不安全避难所。人群需全部疏散到安全避难所内；
S5：通过高斯模型计算该基点的污染物浓度，并分别计算该基点以东、东南、南、西南、西、西北、北、东北八个方向的直线距离3m、5m、8m的污染物浓度。分别计算每个方向上污染物浓度的降低值ΔC/L的平均值。以空间浓度降低最大的方向及该方向上下45°范围的方向，确定为疏散路线的方向；
S6：确定疏散路线的方向后，选取该方向上某一建筑物基点作为应急疏散的起点，搜索从起点到所有安全避难所为基点的所有疏散路线，计算每一条路径的毒性负荷，毒性负荷最小的疏散路线为最佳应急疏散路线；
S7：在建筑物、标志地点内部的人群按以该建筑物、标志地点为基点的应急疏散路线撤离到安全避难所，不在该范围的人沿着空间浓度下降最快的方向疏散，经过最近的建筑物或标志地点时，按该建筑物或标志地点的最佳疏散路线撤离；
S8：疏散人群通知的方法包括广播通知和显示牌通知，广播通知为在化工园各区域设立广播通知设备，播报该区域人群的疏散方式；在每栋建筑物的显示屏上显示该建筑物的应急疏散路线，在化工园的中心显示屏显示所有位置的应急疏散路线，全面指导人群迅速按疏散路线撤离。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划系统，其特征在于：包括信息采集模块、数据分析模块和路线通知模块，
所述信息采集模块包括毒气泄漏报警器、风速风向仪以及中央管理后台，所述毒气泄漏报警器安装设于化工园每栋建筑的关键位置处，所述毒气泄漏报警器用于检测化工园建筑内毒气的浓度，当毒气泄露超过警报值时，毒气泄漏报警器报警并将数据上传至中央管理后台内，所述风速风向仪装配设于化工园的周围，所述风速风向仪用于实时采集并记录该区域的风速、风向等气象数据，所述毒气泄漏报警器报警时、风速风向仪同时将实时的气象数据上传到中央管理后台内；
所述数据分析模块用于毒气扩散模拟和浓度的计算，并根据计算结果进行应急疏散区域的划分，分析出最佳应急疏散路线；
所述路线通知模块包括广播通知设备、显示牌通知设备，通过在化工园各区域设立广播通知设备，播报该区域人群的疏散方式，显示牌通知设备包括建筑内部显示屏和园区中心显示屏，通过在每栋建筑物的建筑内部显示屏上显示该建筑物的应急疏散路线，在化工园的中心设置园区中心显示屏，园区中心显示屏上显示所有位置的应急疏散路线，全面指导人群迅速按疏散路线撤离。
2.根据权利要求1所述的一种结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划系统，其特征在于：所述数据分析模块对于确定最佳应急疏散路线包括以下步骤：
步骤一、毒气浓度计算：
对于固定点源瞬间泄露事故，用高斯烟团模型进行毒气扩散模拟和浓度计算，表达式为：
式a中，(x0，y0，z0)为泄漏事故点坐标；C为空间点(x，y，z)在t时刻空气中有毒物质的质量浓度，单位为mg/m3；Q为泄漏源强，单位为mg；σx、σy、σz为水平方向和垂直方向上的扩散参数；
对于固定点源连续泄漏事故，用高斯烟羽模型进行毒气扩散模拟和浓度计算，表达式为：
式b中，C(x，y，z)表示空间点(x，y，z)处泄漏气体的浓度，单位为mg/m3；Q表示泄漏平均源强，单位为mg/s；u表示环境平均风速，单位为m/s；He表示有效泄漏高度，H表示泄漏口距地面的几何高度，ΔH表示烟气抬升高度，即He＝H+ΔH，单位为m；σy和σz分别表示Y和Z方向的扩散参数，单位为m；
步骤二、应急疏散区域划分：
根据ERPG浓度划分，ERPG界定了化学物三种不同的浓度限值：
毒气浓度在ERPG-3区间内时，将该区域划分为重度危险区；毒气浓度在ERPG-2区间内时，将该区域划分为中度危险区；毒气浓度在ERPG-1区间内时，将该区域划分为轻度危险区；
步骤三、应急疏散路线方向的确定：
以受灾点为中心，风向的下风向为X轴正方向，与下方向垂直的方向为Y轴正方向，垂直地面向上的方向为Z轴正方向建立笛卡尔坐标系；每个建筑物、标志性地点、避难所作为基点的经纬度为X坐标；
通过高斯模型计算污染物浓度，获得空间浓度势场，通过浓度梯度的下降最快的方向，即空间浓度势场的负方向来确定应急疏散路径的方向；
并分别计算该基点以东、东南、南、西南、西、西北、北、东北八个方向的直线距离3m、5m、8m的污染物浓度；
分别计算每个方向上污染物浓度的降低值ΔC/L的平均值，浓度梯度降低最大的方向及其上下45°范围确定为疏散路线的方向；
步骤四、毒性负荷的计算：
通过建立的笛卡尔坐标系确定每个基点的X坐标，以每个基点作为基本单位确定疏散路线，以毒性负荷最低为疏散目标；
毒性负荷是关系时间的函数，公式如下：
式d中，Pc为毒性负荷；C为浓度值或暴露剂量；X为基点所处的位置；T表示暴露时间；n为取决于毒气性质的常数；
假设疏散人群以稳定的速度(V)进行疏散，疏散路径总路程为L，则疏散时间T＝L/V，由此可以得到毒性负荷和疏散路程的函数关系式如式e所示：
步骤五、最佳应急疏散路线的确定：
结合毒性负荷改进Dijkstra算法，根据公式计算(某一基点)起点n到某一安全避难所m的毒性负荷Pc(n，m)。
3.根据权利要求2所述的一种结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划系统，其特征在于：所述最佳应急疏散路线的确定，包括以下步骤：
1)集合N中仅含有起点n；集合M中包含沿应急疏散方向所有可以经过的安全避难所m和道路相交的节点i，即N＝{n}，M＝(1，2…，m)U(1，2，…，i)，由毒性负荷计算公式可得到毒性负荷和路程的关系，Pn＝0，Pn表示在起点处的毒性负荷，Pnm表示从起点到安全避难所的毒性负荷；应急疏散路径的总毒性负荷标记为“从起点到安全避难所受到的毒性负荷”；
2)将集合M中与集合N相邻的节点或者安全避难所m标记为已知点，并按起点n到已知点的毒性负荷最小值依次将已知点加入集合N中，同时将这些已知点在集合M中删除；
3)重复步骤2)的操作，直到集合M为零，同时保持起点n到集合M中其他所有节点的毒性负荷不大于从起点n到集合M中任何节点的最小毒性负荷；
4)查验集合M中所有安全避难所到到起点的毒性负荷，找到其中毒性负荷最小的应急疏散路径为
Pnm＝min[Pnm].。
4.一种根据权利要求1所述的结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划系统的应急路径规划方法，包括以下步骤：
S1：基于GIS将化工园地形图平面化建立网络拓扑模型，利用墨卡托投影公式将化工园位置的经纬度转换为平面坐标，并以毒气泄露源为中心，该化工园风向的下风向为X轴正方向，与下方向垂直的方向为Y轴正方向，垂直地面向上的方向为Z轴正方向建立笛卡尔坐标系；工园地形图获取其建筑物、避难所、标志性地点、道路等分布情况，以化工园的每栋建筑及其他标志性地点、避难所作为基点，每条道路作为一条连接线，道路之间的交点为节点，每个建筑物通过连接线与避难所相连，连接某一建筑物与避难所，其通过的路线长度则为疏散路线总长度；
S2：以毒气泄漏报警器为节点，当毒气泄漏报警器检测到毒气泄露，并将检测到的信息上传至应急疏散中央管理后台；同时化工园的风向风速仪将化工园的实时气象数据上传应急疏散中央管理后台；中央管理后台根据浓度实时变化情况判断毒气泄露源是固定源瞬间泄露还是固定源持续泄露，如果是固定源瞬间泄露，则使用高斯烟团扩散模型进行毒气浓度计算；如果是固定源持续泄露，则使用高斯烟羽扩散模型进行毒气浓度计算；
S3：中央管理后台以毒气泄露地区为中心，根据高斯模型结合风向风速数据，计算出不同区域内毒气的浓度，并根据毒气毒害程度将毒气泄露范围划分为重度危险区、中度危险区、轻度危险区，分别用紫色、红色、橙色表示；
S4：判断所有的避难所是否满足安全浓度，将满足的条件的避难所标记为安全避难所；不满足安全浓度的避难所标记为不安全避难所；人群需全部疏散到安全避难所内；
S5：通过高斯模型计算该基点的污染物浓度，并分别计算该基点以东、东南、南、西南、西、西北、北、东北八个方向的直线距离3m、5m、8m的污染物浓度；分别计算每个方向上污染物浓度的降低值ΔC/L的平均值；以空间浓度降低最大的方向及该方向上下45°范围的方向，确定为疏散路线的方向；
S6：确定疏散路线的方向后，选取该方向上某一建筑物基点作为应急疏散的起点，搜索从起点到所有安全避难所为基点的所有疏散路线，计算每一条路径的毒性负荷，毒性负荷最小的疏散路线为最佳应急疏散路线；
S7：在建筑物、标志地点内部的人群按以该建筑物、标志地点为基点的应急疏散路线撤离到安全避难所，不在该范围的人沿着空间浓度下降最快的方向疏散，经过最近的建筑物或标志地点时，按该建筑物或标志地点的最佳疏散路线撤离；
S8：疏散人群通知的方法包括广播通知和显示牌通知，广播通知为在化工园各区域设立广播通知设备，播报该区域人群的疏散方式；在每栋建筑物的显示屏上显示该建筑物的应急疏散路线，在化工园的中心显示屏显示所有位置的应急疏散路线，全面指导人群迅速按疏散路线撤离。
5.根据权利要求4所述的一种结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划系统的应急路径规划方法，其特征在于：所述步骤S3中毒气扩散区域危险级越高，应急疏散优先级越高。
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