CN114723185A - 一种核电站火灾应急疏散路径生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核电站火灾应急疏散方法,包括以下步骤:服务器端实时获取发生火灾的核电厂中的火灾场景的环境参数,并根据火灾场景的环境参数构建虚拟火灾场景;服务器端根据虚拟火灾场景以及发生火灾的核电厂中的消防产品布置矩阵数据,基于If‑Then规则算法生成最安全的疏散路线;服务器端通过疏散者携带的用户端和布置在发生火灾的核电厂中的锚节点之间的通信获取核电厂内疏散者的位置信息;服务器端根据核电厂内疏散者的位置信息、最安全的疏散路线以及安全位置信息,采用Dijkstra算法生成最短路径树,并将疏散者位置至安全位置的最短路径发送至用户端。本发明可在核电站发生火灾时指导疏散者安全撤离。
Description
技术领域
本发明属于核电站火灾应急技术领域,具体涉及一种核电站火灾应急疏散路径生成方法。
背景技术
核电站是需要连续运行的发电设施,任何核电站的任何部位都有可能发生火灾事件,由于安全原则,火灾对于核电站的安全来说是一个值得注意的危险事件。在核电站,火灾应急疏散计划是安全主管部门和许可证规则的要求,期间需要考虑火灾风险评估、火灾风险管理和火灾疏散。核电站建筑物应遵守安全主管部门为安全起见制定的防火规定。在核电站中,防火关系到建筑物和人员的安全,因此核电站的应急火灾疏散非常重要,因为它关系到操纵员、工人和外面公众的安全。在疏散过程中,主要目标是确定核电站内合适的最短和最安全的路线作为疏散路径,从而在更短的时间内完成火灾应急疏散。
当前,大多数疏散模型都是以最小化总疏散时间为目标,从而获得建筑物或公共场所的最佳路线。已有的紧急火灾疏散模型可分为仿真模型、动态规划模型以及近似和启发式方法。这类模型的缺点十分明显,缺少对人员的生命安全水平评估,因此无法同时兼顾生命安全和疏散效率。
综上所述,开发出用于核电站保护疏散人员的火灾应急疏散方法对核电站火灾应急具有重大的实际意义。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足,提供一种核电站火灾应急疏散路径生成方法,提供最短距离的混合安全最短出口方法的同时有效保障疏散人员的安全。
本发明采用的技术方案是:一种核电站火灾应急疏散路径生成方法,包括以下步骤:
S1,服务器端实时获取发生火灾的核电厂中的火灾场景的环境参数,并根据火灾场景的环境参数构建虚拟火灾场景;所述虚拟核电厂火灾场景用于反映火源的位置、状态、环境信息以及安全位置信息;
S2, 服务器端根据虚拟火灾场景以及发生火灾的核电厂中的消防产品布置矩阵数据,基于If-Then规则算法生成最安全的疏散路线;If-Then规则算法遵循选择距离消防产品近的疏散路线优先的原则,所生成的最安全的疏散路线将作为寻找最短疏散路线的基础;
S3,服务器端通过疏散者携带的用户端和布置在发生火灾的核电厂中的锚节点之间的通信获取核电厂内疏散者的位置信息,其中锚节点的坐标是已知的;
S4,服务器端根据核电厂内疏散者的位置信息、最安全的疏散路线以及安全位置信息,采用Dijkstra算法生成最短路径树,并将疏散者位置至安全位置的最短路径发送至用户端。
上述技术方案中,所述步骤S1中,采用火灾增长和烟雾传播的综合模型,根据火灾场景的环境参数构建虚拟火灾场景,所述环境参数包括:核电站设备模型、发生火灾的位置、火源设备的形状、及火源设备的关键结构参数、环境温度、环境压力、火源燃烧热量参数、核级材料属性。
上述技术方案中,步骤S3中,采用跳数细化和跳距修正的距离向量跳段定位算法来对核电厂内疏散者进行定位,具体包括以下步骤:
S3.1,将核电厂内每个疏散者的位置定义为疏散节点;根据布置在核电站中的锚节点广播的信标,确定每个疏散节点到每个锚节点的最小跳数;
S3.2,计算每个锚节点的平均跳距,并基于每个锚节点的平均跳距计算每个疏散节点与锚节点之间的距离;
S3.3,使用多点定位方法,根据疏散节点与锚节点之间的距离以及锚节点坐标计算疏散节点坐标;
S3.4,采用均方定位误差计算疏散节点坐标的估计误差,用于评估疏散节点坐标的计算结果。
上述技术方案中,步骤S3.1中,锚节点向用户端的网络广播一个信标,信标是采用
逐跳的方式进行传播,其格式为,其中为锚节点坐标,为锚节点标识
码,为跳数,初始值为0; 核电厂内疏散者的接收端记录具有到每个锚节点的最小跳数,忽
略来自同一个锚节点的较大跳数的信标;然后将跳数值加1,并转发给周围疏散者的接收
端;通过上述方法,网络中的所有疏散节点记录下到每个锚节点的最小跳数。
上述技术方案中,步骤S3.2中,每个锚节点估计的平均跳距dav计算方式为,
位置未知的疏散节点与锚节点之间的距离计算如下,
其矩阵形式如下:
其中,
上述技术方案中,步骤S3.4中,采用均方定位误差来评估方法的性能,其计算:
上述技术方案中,所述步骤S4具体包括以下步骤:
步骤4.1,初始化疏散起点为节点,初始化疏散终点为节点,初始化集合和集
合,其中包含节点,包含除以外的安全路径节点,定义中第i个疏散节点为节点
,疏散起点到自身的最短路径为0,表示当前已找到疏散起点通往疏散节点的最短
路径,初始,未与起始点相连接的点设置为正无穷,疏散起点标签为,
与疏散起点相邻的邻接点标签为,并且不相邻疏散节点的标签为;
步骤4.2,根据每个疏散节点的状态来描述每个疏散节点,疏散节点的状态由距离
值和状态标签两个特征组成;疏散节点的距离值是一个标量,表示从疏散节点到疏散起点距离的估计值;状态标签是一个属性,用于指定节点的距离值是否等于被疏散节点的最
短距离;如果节点的距离值等于距离被疏散节点最短的距离,则疏散节点的状态标签为
Permanent;否则,疏散节点的状态标签为Temporary;
步骤 4.3,检验所有V集合中的节点到S集合中节点的距离,并更新最短路径,选取距离最短的节点从集合V中移动到集合S中;
步骤 4.6,重复n-1次步骤4.3-4.5,将集合V中所有疏散节点都移动到集合S中,即完成了疏散起点至所有疏散节点最短距离的计算。
本发明提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有核电站火灾应急疏散路径生成方法程序,所述核电站火灾应急疏散路径生成方法程序被处理器执行时实现如上述技术方案中所述的核电站火灾应急疏散路径生成方法的步骤。
本发明的有益效果是:
1、本发明所提出方法能在核电站的火灾场景中生成最安全且最短的疏散路径,避免疏散人员受到核辐射和毒气等危险,在保障生命的前提下,撤离危险区。
2、本发明根据核电站的火灾场景中的消防产品的布置位置基于If-Then规则算法优化疏散路线,使得生成的疏散路线可以避开具有高毒性火灾辐射、危险气体和高温的高危险路线。
3、本发明采用了跳数细化和跳距修正的距离向量跳段定位算法来对疏散人员进行定位,实现对疏散人员的精准定位。
4、本发明采用Dijkstra算法生成最短路径树,具有简单高效的优点,可在短时间内将核电厂内疏散者位置和安全位置的最短路线疏散方案提供给用户端,指导疏散者安全快速撤离。
附图说明
图1为本发明的方法逻辑示意图。
图2为If-Then规则算法选择安全路径流程图。
图3为最安全和最短路线方案,图中节点13为疏散起点,节点50为疏散终点,深色路径为最安全和最短路线方案。
图4为由9个节点构成的定位示例图,黑点A,B,C为已知坐标的锚节点,白点为位置坐标的疏散节点,M为待定位的未知疏散节点。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明,便于清楚地了解本发明,但它们不对本发明构成限定。
本发明提供了一种核电站火灾应急疏散路径生成方法,包括以下步骤:
S1,服务器端实时获取发生火灾的核电厂中的火灾场景的环境参数,并根据火灾场景的环境参数构建虚拟火灾场景;所述虚拟核电厂火灾场景用于反映火源的位置、状态、环境信息以及安全位置信息;
S2, 服务器端根据虚拟火灾场景以及发生火灾的核电厂中的消防产品布置矩阵数据,基于If-Then规则算法生成最安全的疏散路线;If-Then规则算法遵循选择距离消防产品近的疏散路线优先的原则,所生成的最安全的疏散路线将作为寻找最短疏散路线的基础;
S3,服务器端通过疏散者携带的用户端和布置在发生火灾的核电厂中的锚节点之间的通信获取核电厂内疏散者的位置信息,其中锚节点的坐标是已知的;
S4,服务器端根据核电厂内疏散者的位置信息、最安全的疏散路线以及安全位置信息,采用Dijkstra算法生成最短路径树,并将疏散者位置至安全位置的最短路径发送至用户端。
本发明提供了一种用于核电站火灾应急疏散路径生成的无线火灾疏散模型,包括服务器端和用户端:
服务器端实时获取发生火灾的核电厂中的火灾场景的环境参数,并根据火灾场景的环境参数构建虚拟火灾场景;所述虚拟核电厂火灾场景用于反映火源的位置、状态、环境信息以及安全位置信息;
服务器端根据虚拟火灾场景以及发生火灾的核电厂中的消防产品布置矩阵数据,基于If-Then规则算法生成最安全的疏散路线;If-Then规则算法遵循选择距离消防产品近的疏散路线优先的原则,所生成的最安全的疏散路线将作为寻找最短疏散路线的基础;
服务器端通过疏散者携带的用户端和布置在发生火灾的核电厂中的锚节点之间的通信获取核电厂内疏散者的位置信息,其中锚节点的坐标是已知的;
服务器端根据核电厂内疏散者的位置信息、最安全的疏散路线以及安全位置信息,采用Dijkstra算法生成最短路径树,并将疏散者位置至安全位置的最短路径发送至用户端。
本发明提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有核电站火灾应急疏散路径生成方法程序,所述核电站火灾应急疏散路径生成方法程序被处理器执行时实现所述的核电站火灾应急疏散路径生成方法的步骤。
如图3所示,本发明实施例中火灾场景为核电站主控室中控制柜内的电缆着火,控制柜的宽度、长度和高度分别为0.5m,1.0m和1.2m,环境温度为20℃,压力为0.1MPa,电缆的保护套和绝缘材料为聚乙烯和氯丁橡胶的混合物,其等效化学式为C3H4.5Cl0.5,其峰值发热率为702kW,燃烧热10300kJ/kg,CO2产量为0.63kg/kg,烟雾产量为0.175kg/kg,一氧化碳产量为0.082kg/kg等。疏散区为一个固定大小100×100 m2的正方形区域,广播半径设置为50米,50个节点包含撤离人员和5个锚节点随机部署在环境中,疏散起点ID为13,终点ID为50。
本发明的实施例采用以下技术方案:
步骤1,采用火灾增长和烟雾传播的综合模型根据核电厂中火灾场景的环境参数构建虚拟火灾场景作为服务器端的数据来源,所需的环境参数包括:核电站设备模型、发生火灾的位置、火源设备的形状、及其关键结构参数(长度、宽度、高度、半径等)、环境温度、环境压力、燃烧物的化学性质(二氧化碳产量,一氧化碳产量,燃烧热量,化学成分)等参数,将以上信息通过配置文件的方式导入模型,通过模型计算生成温度,压力,水蒸气等火灾参数,以估计不同火灾气体排放的火灾情景结果,有效分析核电站火灾的实际情况。
步骤2,确定疏散人员最安全的路线:从核电站消防系统获取消防产品布置矩阵数据,以配置参数形式导入服务器中;使用基于If-Then规则算法生成最安全的疏散路线,始终遵循选择距离消防产品近的路线优先的原则,使得生成的疏散路线可以避开具有高毒性火灾辐射、危险气体和高温的高危险路线。图2为If-Then规则算法选择安全路径流程图,算法会选择距离消防产品短的路径作为安全路径,以此确定安全路径范围。
步骤3,估计疏散人员位置,采用了跳数细化和跳距修正的距离向量跳段定位算法来对疏散人员进行定位,有效保证人员定位的准确性,其包括以下步骤:
步骤(1),确定每个疏散节点的最小跳数;锚节点向用户端网络广播一个信标,信
标是采用逐跳的方式进行传播,其格式为,其中为锚节点坐标,为锚节
点标识码,为跳数参数,初始值为0; 核电厂内疏散者的接收端记录具有到每个锚节点的
最小跳数,忽略来自同一个锚节点的较大跳数的信标;然后将跳数值加1,并转发给周围疏
散者的接收端;通过上述方法,网络中的所有疏散节点记录下到每个锚节点的最小跳数。
步骤(2),确定平均跳距;
每个锚节点估计的平均跳距计算方式为,
位置未知的疏散节点与锚节点之间的距离计算如下,
图4为由9个节点构成的定位示例图,黑点A,B,C为已知坐标的锚节点,白点
为位置坐标的疏散节点,M为待定位的未知疏散节点。定义锚节点之间的距离。从图4中可以看出各个锚节点之间的最小跳数分
别为:,由步骤2可知,锚节点的平均跳距为,
步骤(3),确定核电厂内未知疏散者节点坐标;
其矩阵形式如下:
其中,
步骤(4),计算估计误差,评估计算结果;
采用均方定位误差来评估方法的性能,其计算:
步骤4,确定撤离者的最短路线。
采用Dijkstra算法生成最短路径树,并将疏散者位置和安全位置的最短路线疏散方案发送给用户端,如图3所示,用树状图确定最安全最短的路径,指导疏散者安全撤离,节点13为疏散起点,节点50为疏散终点。主要步骤如下:
步骤(1),设置疏散起点为节点,初始化疏散终点为节点,初始化集合和集合,其中包含节点,包含除以外的安全路径节点,定义中第i个疏散节点为节点,
疏散起点到自身的最短路径为0,表示当前已找到疏散起点通往疏散节点的最短路
径,初始,未与起始点相连接的点设置为正无穷,疏散起点标签为,与
疏散起点相邻的邻接点标签为,并且不相邻疏散节点的标签为。
步骤(2),根据每个疏散节点的状态来描述每个疏散节点,疏散节点的状态由距离
值和状态标签两个特征组成;疏散节点的距离值是一个标量,表示从疏散节点到疏散起点距离的估计值;状态标签是一个属性,用于指定节点的距离值是否等于被疏散节点的最
短距离;如果节点的距离值等于距离被疏散节点最短的距离,则疏散节点的状态标签为
Permanent。否则,疏散节点的状态标签为Temporary。
步骤 (3),检验所有集合V中的节点到S集合中节点的距离,并更新最短路径,选取距离最短的节点从集合V中移动到集合S中。
步骤5,服务器将最佳疏散路径推送到每个疏散者的客户端,指导疏散者安全撤离危险区域。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种核电站火灾应急疏散路径生成方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1,服务器端实时获取发生火灾的核电厂中的火灾场景的环境参数,并根据火灾场景的环境参数构建虚拟火灾场景;所述虚拟核电厂火灾场景用于反映火源的位置、状态、环境信息以及安全位置信息;
S2, 服务器端根据虚拟火灾场景以及发生火灾的核电厂中的消防产品布置矩阵数据,基于If-Then规则算法生成最安全的疏散路线;If-Then规则算法遵循选择距离消防产品近的疏散路线优先的原则,所生成的最安全的疏散路线将作为寻找最短疏散路线的基础;
S3,服务器端通过疏散者携带的用户端和布置在发生火灾的核电厂中的锚节点之间的通信获取核电厂内疏散者的位置信息,其中锚节点的坐标是已知的;
S4,服务器端根据核电厂内疏散者的位置信息、最安全的疏散路线以及安全位置信息,采用Dijkstra算法生成最短路径树,并将疏散者位置至安全位置的最短路径发送至用户端。
2.根据权利要求1所述的一种核电站火灾应急疏散路径生成方法,其特征在于:所述步骤S1中,采用火灾增长和烟雾传播的综合模型,根据火灾场景的环境参数构建虚拟火灾场景,所述环境参数包括:核电站设备模型、发生火灾的位置、火源设备的形状、及火源设备的关键结构参数、环境温度、环境压力、火源燃烧热量参数、核级材料属性。
3.根据权利要求1所述的一种核电站火灾应急疏散路径生成方法,其特征在于:步骤S3中,采用跳数细化和跳距修正的距离向量跳段定位算法来对核电厂内疏散者进行定位,具体包括以下步骤:
S3.1,将核电厂内每个疏散者的位置定义为疏散节点;根据布置在核电站中的锚节点广播的信标,确定每个疏散节点到每个锚节点的最小跳数;
S3.2,计算每个锚节点的平均跳距,并基于每个锚节点的平均跳距计算每个疏散节点与锚节点之间的距离;
S3.3,使用多点定位方法,根据疏散节点与锚节点之间的距离以及锚节点坐标计算疏散节点坐标;
S3.4,采用均方定位误差计算疏散节点坐标的估计误差,用于评估疏散节点坐标的计算结果。
8.根据权利要求1所述的一种核电站火灾应急疏散路径生成方法,其特征在于:所述步骤S4具体包括以下步骤:
步骤4.1,初始化疏散起点为节点,初始化疏散终点为节点,初始化集合和集合,
其中包含节点,包含除以外的安全路径节点,定义中第i个疏散节点为节点,疏
散起点到自身的最短路径为0,表示当前已找到疏散起点通往疏散节点的最短路
径,初始,未与起始点相连接的点设置为正无穷,疏散起点标签为,与
疏散起点相邻的邻接点标签为,并且不相邻疏散节点的标签为;
步骤4.2,根据每个疏散节点的状态来描述每个疏散节点,疏散节点的状态由距离值和
状态标签两个特征组成;疏散节点的距离值是一个标量,表示从疏散节点到疏散起点距
离的估计值;状态标签是一个属性,用于指定节点的距离值是否等于被疏散节点的最短距
离;如果节点的距离值等于距离被疏散节点最短的距离,则疏散节点的状态标签为
Permanent;否则,疏散节点的状态标签为Temporary;
步骤 4.3,检验所有V集合中的节点到S集合中节点的距离,并更新最短路径,选取距离最短的节点从集合V中移动到集合S中;
步骤 4.6,重复n-1次步骤4.3-4.5,将集合V中所有疏散节点都移动到集合S中,即完成了疏散起点至所有疏散节点最短距离的计算。
9.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有核电站火灾应急疏散路径生成方法程序,所述核电站火灾应急疏散路径生成方法程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述的核电站火灾应急疏散路径生成方法的步骤。
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2022
- 2022-06-08 CN CN202210639627.6A patent/CN114723185A/zh active Pending
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