CN114742309B - 一种用于楼宇内人员撤离最佳路径选择系统的方法 - Google Patents

一种用于楼宇内人员撤离最佳路径选择系统的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于楼宇内人员撤离最佳路径选择系统的算法，包括单楼梯通道逃生路径选择算法、双楼梯通道逃生路径选择算法两大部分；考虑了单楼层的各个房间人数撤离路径的选择，在已知各个房间人数的基础上，根据可用来撤离的房间门口数量、楼梯通道的数量、房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表等参数设置，对撤离路径的选择进行分级考虑，使其更符合在实际情况下遇到的问题，更好的进行人员撤离路径的选择。本发明可计算出楼宇内的最佳撤离路径，用于设置楼宇内的人员撤离安全指示牌位置的设定；得到安全指示牌距离最短、用时最短的路线；将人员撤离安全指示牌贴在墙壁上，当楼宇内发生紧急情况，人员按照撤离指示牌的路径指引可进行快速撤离。

Description

一种用于楼宇内人员撤离最佳路径选择系统的方法
技术领域
本发明涉及智能楼宇技术领域，具体涉及一种用于楼宇内人员撤离最佳路径选择系统的方法。
背景技术
目前，传统的楼宇指示系统只是死板的指向当前楼层的出口，没有考虑实时的突发状况，也没有考虑到在突发情况下传统的指示牌指示的路径是否是最优有效安全的路径，更加做不到实时选择距离最短、时间最短的有效路径。
而在有紧急情况下，如发生火灾、管道煤气泄漏等需要楼宇内人员撤离时，由于情况的紧急性、未知性，楼宇内人员的撤离路线往往比较杂乱，在撤离时慌不择路，不能及时判断出最优的撤离路线。因此，人们都会照着楼宇的通道内的安全指示牌进行撤离，但是，现有的安全指示牌并未考虑撤离等待时间和撤离时间等相关因素，因此没有做到最佳的路径选择，会增加人们在撤离时需要等待的时间，延误人们撤离。
专利号为2021115018440，专利名称为一种楼宇内人员撤离的最佳路径选择方法的专利公开了楼宇内人员撤离的最佳路径的一种算法，但是该专利中的算法考虑了单个房间最简单的布局，只考虑了一对一的单线撤离路径，并未考虑到人较多导致等待时间较长时应该如何处理等更加实际的情况。
发明内容
本发明提出了一种用于楼宇内人员撤离最佳路径选择系统的方法；充分考虑了楼宇及房间的实际布局，对现阶段的楼宇结构进行考虑规划，对楼层内可用来撤离的楼梯数量，房间的出口数量进行了更全面的分析，考虑了多对多的多线撤离路径，规划的撤离路径更加符合实际的撤离情况；能有效的解决上述技术问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种用于楼宇内人员撤离最佳路径选择系统的方法，包括单楼梯通道逃生路径选择算法、双楼梯通道逃生路径选择算法两大部分；考虑了单楼层的各个房间人数撤离路径的选择，在已知各个房间人数的基础上，根据可用来撤离的房间门口数量、楼梯通道的数量、房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表等参数设置，对撤离路径的选择进行分级考虑，使其更符合在实际情况下遇到的问题，更好的进行人员撤离路径的选择；
计算时需对一些参数进行假设：人员撤离时速度为匀速，等待撤离时间和撤离时间为平均时间,单个房间至多有两个门口可以用来人员撤离，单楼层至多有两个楼梯可以用来人员撤离；
单楼梯通道逃生路径选择算法和双楼梯通道逃生路径选择算法的核心公式为：
上式中，i为楼层编号，j为房间编号，k为门口编号，f为楼梯编号，为撤离人员在楼梯口的等待撤离时间，/>为撤离人员在楼梯上的撤离时间，/>为从某个房间门口撤离的人员数量，/>为从房间j的门口(k+1)向楼梯f撤离的人员数量,/>为撤离人员到(单楼层)某个楼梯口的时间，/>为撤离人员从房间j的门口(k+1)到楼梯f撤离所需的时间,/>为撤离人员在某楼梯撤离的时间；
其中，
上式中，L为某房间门口到某楼梯口的距离，v为人员撤离速度，为撤离人员在房间门口的等待撤离时间；
判断楼梯是否可用来人员撤离参数为：
判断房间门口是否可用来人员撤离参数为：
进一步的，所述的单楼梯通道逃生路径选择算法考虑的重点为房间可用来人员撤离的门口数量；由《房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表》，只考虑撤离人员从房间门口撤离时所需的等待撤离时间，可对撤离人员经单个楼梯撤离的时间进行计算；
首先，需计算出撤离人员从每个房间的每个门口到楼梯所用的时间：
当单个房间有两个门口可用来人员撤离时，在已知房间内总人数的前提下，只设一个未知参数便可表示人员规划的参数，即：
上式中，为楼层i中房间j内总人数。
因每个房间的两个门口到楼梯距离不同，所以撤离人员从两个门口到达楼梯便存在时间差，从离楼梯近的房间门口撤离，会优先到达，此时间差可表示为：
单个房间的人员撤离到楼梯口的时间可表示为：
因只有一个楼梯可以用来人员撤离，所以从楼梯撤离的人数固定可知，撤离人员在楼梯口的等待撤离时间与在楼梯上撤离的时间参数也固定可知，且可以表示为：
即：
或/>
可得出关于的关系式，即：
其中，为已知的定值。
根据房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表，由的数值，/>都有与之对应的值，且可确定/>的数值范围，分别将/>及其对应数据带入关系式，得出/>的值。
比较各组数据的值，其最小值，即为人员撤离所用的最少时间；其对应的的值，即为最优的人员撤离方案。
进一步的，双楼梯通道逃生路径选择算法考虑的重点为房间可用来人员撤离的门口数量和可用来人员撤离的楼梯数量；由《房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表》，对撤离人员经双楼梯撤离的时间进行计算，需考虑撤离人员从房间门口撤离时所需的等待撤离时间和撤离人员在楼梯口等待撤离的时间；
首先，需计算出撤离人员从每个房间的每个门口到楼梯所用的时间：
上式中，为撤离人员从房间j的门口k向该楼层另一楼梯f’撤离所需的时间，/>为单个撤离人员从房间j的门口k到该楼层另一楼梯口f’的所需的时间，/>为从房间j的门口k向该楼层另一楼梯f’撤离的人员数量，/>为单个撤离人员从房间j的门口(k+1)到该楼层另一楼梯口f’的所需的时间，/>为从房间j的门口(k+1)向该楼层另一楼梯f’撤离的人员数量。
因每个房间的两个门口到楼梯距离不同，所以撤离人员从两个门口到达楼梯便存在时间差，从离楼梯近的房间门口撤离，会优先到达，此时间差可表示为：
上式中，为撤离人员从房间j的门口(k+1)向该楼层另一楼梯f’撤离所需的时间。
单个房间的人员撤离到楼梯口的时间可表示为：
可得出关于 的关系式，即：
先讨论各房间人员出门口时的等待撤离时间，根据房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表，由的数值，/>都有与之对应的值，且可确定/>的数值范围。
得出与/>的关系式。
再讨论撤离人员在楼梯口的等待撤离时间和在楼梯上撤离的时间，根据房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表，由的数值，/> 都有与之对应的值，且可确定/> 的数值范围。
得出的关系式，取满足两个范围的的值，得出/>与/>的值。比较每个大组中的每个小组/>与/>的差值，取差值最小所在小组的参数。
比较各大组中差值最小所在组中与/>值，取其最小值，其相应组为人员撤离所用的最少时间组；其对应的/> 的值，即为最优的人员撤离方案。
一种用于楼宇内人员撤离最佳路径选择系统的方法的具体操作步骤如下：
步骤1：打开系统，系统开始工作；
步骤2：输入数据：将楼层内楼梯、房间、人数、算法假设及约束条件等相关信息参数代入；
步骤3：判断可用来撤离的楼梯数量。当有一个楼梯可用来人员撤离，执行步骤4；当有两个楼梯可用来人员撤离，执行步骤5；
步骤4：执行单楼梯通道逃生路径选择算法，计算人员撤离最少总时间，规划撤离路径；
步骤5：执行双楼梯通道逃生路径选择算法，计算人员撤离最少总时间，规划撤离路径；
步骤6：若各个房间有人数或楼梯信息变动，执行步骤2；无变动，执行步骤7；
步骤7：结束规划撤离路径。
有益效果
本发明提出的一种用于楼宇内人员撤离最佳路径选择系统的方法，与传统的现有技术相比较，其具有以下有益效果：
(1)本技术方案中的算法根据现阶段楼宇的布局情况，充分考虑了楼宇内可用来人员撤离的楼梯数量及房间的出口数量，由单、双楼梯通道逃生路径选择算法对撤离人员的撤离路径进行规划，使其规划更贴近实际。在有紧急情况时，由各个楼梯、房间的位置布局，以及各个房间内的人数，经过单、双楼梯通道逃生路径选择算法的计算，实时规划出最优的人员撤离路线。使楼宇内相关人员以最少的时间撤离危险区域。
(2)本技术方案解决了一对一的固定路径规划问题，由撤离楼梯数量及房间门口数量，对撤离人员的撤离路径进行多方面的考虑，实现多种撤离路径的选择，并根据大量的数据对比，对撤离路径进行择优选择。
附图说明
图1是本发明中单楼梯人员撤离路径规划介绍图。
图2是本发明中双楼梯人员撤离路径规划介绍图。
图3是本发明中系统的具体流程示意图。
图4是本发明的案例1中单楼层内房间信息介绍图。
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。
实施例1：
一种用于楼宇内人员撤离最佳路径选择系统的方法，包括单楼梯通道逃生路径选择算法、双楼梯通道逃生路径选择算法两大部分；考虑了单楼层的各个房间人数撤离路径的选择，在已知各个房间人数的基础上，根据可用来撤离的房间门口数量、楼梯通道的数量、房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表等参数设置，对撤离路径的选择进行分级考虑，使其更符合在实际情况下遇到的问题，更好的进行人员撤离路径的选择。
计算时需对一些参数进行假设：人员撤离时速度为匀速，等待撤离时间和撤离时间为平均时间,单个房间至多有两个门口可以用来人员撤离，单楼层至多有两个楼梯可以用来人员撤离；
单楼梯通道逃生路径选择算法和双楼梯通道逃生路径选择算法的核心公式为：
上式中，i为楼层编号，j为房间编号，k为门口编号，f为楼梯编号，为撤离人员在楼梯口的等待撤离时间，/>为撤离人员在楼梯上的撤离时间，/>为从某个房间门口撤离的人员数量，/>为从房间j的门口(k+1)向楼梯f撤离的人员数量,/>为撤离人员到(单楼层)某个楼梯口的时间，/>为撤离人员从房间j的门口(k+1)到楼梯f撤离所需的时间,/>为撤离人员在某楼梯撤离的时间；
其中，
上式中，L为某房间门口到某楼梯口的距离，v为人员撤离速度，为撤离人员在房间门口的等待撤离时间；
判断楼梯是否可用来人员撤离参数为：
判断房间门口是否可用来人员撤离参数为：
单楼梯通道逃生路径选择算法考虑的重点为房间可用来人员撤离的门口数量；由《房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表》，只考虑撤离人员从房间门口撤离时所需的等待撤离时间，可对撤离人员经单个楼梯撤离的时间进行计算；
首先，需计算出撤离人员从每个房间的每个门口到楼梯所用的时间：
当单个房间有两个门口可用来人员撤离时，在已知房间内总人数的前提下，只设一个未知参数便可表示人员规划的参数，即：
上式中，为楼层i中房间j内总人数。
因每个房间的两个门口到楼梯距离不同，所以撤离人员从两个门口到达楼梯便存在时间差，从离楼梯近的房间门口撤离，会优先到达，此时间差可表示为：
单个房间的人员撤离到楼梯口的时间可表示为：
因只有一个楼梯可以用来人员撤离，所以从楼梯撤离的人数固定可知，撤离人员在楼梯口的等待撤离时间与在楼梯上撤离的时间参数也固定可知，且可以表示为：
即：
或/>
可得出关于的关系式，即：
其中，为已知的定值。
根据房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表，由的数值，/>都有与之对应的值，且可确定/>的数值范围。分别将/>及其对应数据带入关系式，得出/>的值。
比较各组数据的值，其最小值，即为人员撤离所用的最少时间；其对应的/>的值，即为最优的人员撤离方案。
双楼梯通道逃生路径选择算法考虑的重点为房间可用来人员撤离的门口数量和可用来人员撤离的楼梯数量。由《房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表》，对撤离人员经双楼梯撤离的时间进行计算，需考虑撤离人员从房间门口撤离时所需的等待撤离时间和撤离人员在楼梯口等待撤离的时间；
首先，需计算出撤离人员从每个房间的每个门口到楼梯所用的时间：
上式中，为撤离人员从房间j的门口k向该楼层另一楼梯f’撤离所需的时间，/>为单个撤离人员从房间j的门口k到该楼层另一楼梯口f’的所需的时间，/>为从房间j的门口k向该楼层另一楼梯f’撤离的人员数量，/>为单个撤离人员从房间j的门口(k+1)到该楼层另一楼梯口f’的所需的时间，/>为从房间j的门口(k+1)向该楼层另一楼梯f’撤离的人员数量。
因每个房间的两个门口到楼梯距离不同，所以撤离人员从两个门口到达楼梯便存在时间差，从离楼梯近的房间门口撤离，会优先到达，此时间差可表示为：
上式中，为撤离人员从房间j的门口(k+1)向该楼层另一楼梯f’撤离所需的时间。
单个房间的人员撤离到楼梯口的时间可表示为：
可得出关于 的关系式，即：
先讨论各房间人员出门口时的等待撤离时间，根据房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表，由的数值，/>都有与之对应的值，且可确定/>的数值范围。
得出与/>的关系式。
再讨论撤离人员在楼梯口的等待撤离时间和在楼梯上撤离的时间，根据房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表，由的数值，/> 都有与之对应的值，且可确定/> 的数值范围。
得出的关系式。
取满足两个范围的的值，得出/>与/>的值。比较每个大组中的每个小组/>与/>的差值，取差值最小所在小组的参数。比较各大组中差值最小所在组中/>与/>值，取其最小值，其相应组为人员撤离所用的最少时间组；其对应的/> 的值，即为最优的人员撤离方案。
算法中根据不同的撤离人员数量，对撤离人员在房间门口等待撤离的时间，在楼梯口等待撤离的时间和在楼梯上撤离的时间分别进行一一对应，使其在计算人员撤离的时间方面更简单明了。
算法中，还有其他约束条件；其他约束条件如下：
1.所有参数均为非负数；
2.判断楼梯是否可用来人员撤离参数为：
3.判断房间门口是否可用来人员撤离参数为：
4.《房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表》，表格包括撤离人员在房间门口等待撤离、在楼梯口等待撤离和在楼梯上撤离的时间参数，根据撤离人员数量的多少，其三个时间参数均有一一对应的数值。
人数范 等待撤离 等待撤 撤离时
0人 0 0 0
1-10人 0.5 0.5 3
11-20人 1 1 4
21-30人 1.5 1.5 5
31-40人 2 2 6
... .... ... ...
如图3所示，一种用于楼宇内人员撤离最佳路径选择系统的方法的具体操作步骤如下：
步骤1：打开系统，系统开始工作；
步骤2：输入数据：将楼层内楼梯、房间、人数、算法假设及约束条件等相关信息参数代入；
步骤3：判断可用来撤离的楼梯数量。当有一个楼梯可用来人员撤离，执行步骤4；当有两个楼梯可用来人员撤离，执行步骤5；
步骤4：执行单楼梯通道逃生路径选择算法，计算人员撤离最少总时间，规划撤离路径；
步骤5：执行双楼梯通道逃生路径选择算法，计算人员撤离最少总时间，规划撤离路径；
步骤6：若各个房间有人数或楼梯信息变动，执行步骤2；无变动，执行步骤7；
步骤7：结束规划撤离路径。
下面结合具体案例进行说明：
案例1
设一栋楼宇的第三层有一个楼梯，一个房间，房间有两个门口。其中门口1距离楼梯10米，门口2距离楼梯15米；房间内有20人。布局示意图如图4所示。
一、案例假设
①人员撤离速度v＝2m/s；
②楼梯可以用来人员撤离，即
③房间门口均可以用来人员撤离，即
④房间楼梯口的等待撤离时间与撤离时间参数设置：
人数范围 等待撤离 等待撤 撤离时
0人 0 0 0
1-10人 0.5 0.5 3
11-20人 1 1 4
⑤房间内有20人时各项时间对应参数设置：
/>
二、单楼梯通道逃生路径选择算法
首先，需计算出撤离人员从每个房间的每个门口到楼梯所用的时间：
当单个房间有两个门口可用来人员撤离时，在已知房间内总人数的前提下，只设一个未知参数便可表示人员规划的参数，即：
因每个房间的两个门口到楼梯距离不同，所以撤离人员从两个门口到达楼梯便存在时间差，从离楼梯近的房间门口撤离，会优先到达，此时间差可表示为：
单个房间的人员撤离到楼梯口的时间可表示为：
因只有一个楼梯可以用来人员撤离，所以从楼梯撤离的人数固定可知，撤离人员在楼梯口的等待撤离时间与在楼梯上撤离的时间参数也固定可知，且可以表示为：
可得出关于的关系式，
即：
其中，为已知的定值，
代入计算参数，得：
根据房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表，由的数值，/>都有与之对应的值，且可确定/>的数值范围。分别将/>及其对应数据带入关系式，得出的值。
①
②且/>
③
/>
④且/>
⑤
比较各组数据的值，其最小值，即为人员撤离所用的最少时间；其对应的的值，即为最优的人员撤离方案；
即该楼层房间内人员撤离的最优方案为：
从房间门口1向楼梯撤离人数为17人，从房间门口2向楼梯撤离人数为3人，人员撤离所用的最少时间为304秒。

Claims (2)

1.一种用于楼宇内人员撤离最佳路径选择系统的方法，通过已知各个房间的人数，根据用来撤离的房间门口数量、楼梯通道的数量、房间楼梯口的等待撤离时间和撤离时间表的相关参数，分别考虑撤离人员从房间门口撤离时所需的等待撤离时间和撤离人员在楼梯口等待撤离的时间，计算出楼宇内的最佳撤离路径；
计算时需对一些参数进行假设：设人员撤离时速度为匀速，等待撤离时间和撤离时间为平均时间,单个房间至多有两个门口能用来人员撤离，单楼层至多有两个楼梯能用来人员撤离；
单楼梯通道逃生路径选择算法和双楼梯通道逃生路径选择算法的核心公式为：
上式中，i为楼层编号，j为房间编号，k为门口编号，f为楼梯编号，为撤离人员在楼梯口的等待撤离时间，/>为撤离人员在楼梯上的撤离时间，/>为从某个房间门口撤离的人员数量，/>为从房间j的第k+1个门口向楼梯f撤离的人员数量,/>为撤离人员到单楼层某个楼梯口的时间，/>为撤离人员从房间j的第k+1个门口到楼梯f撤离所需的时间,/>为撤离人员在某楼梯撤离的时间；
其中，
上式中，L为某房间门口到某楼梯口的距离，v为人员撤离速度，为撤离人员在房间门口的等待撤离时间；
判断楼梯是否能用来人员撤离参数为：
判断房间门口是否能用来人员撤离参数为：
所述的单楼梯通道逃生路径选择算法考虑的重点为房间能用来人员撤离的门口数量；由房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表，只考虑撤离人员从房间门口撤离时所需的等待撤离时间，对撤离人员经单个楼梯撤离的时间进行计算；
首先，需计算出撤离人员从每个房间的每个门口到楼梯所用的时间：
当单个房间有两个门口能用来人员撤离时，在已知房间内总人数的前提下，只设一个未知参数表示人员规划的参数，即：
上式中，为楼层i中房间j内总人数；
因每个房间的两个门口到楼梯距离不同，所以撤离人员从两个门口到达楼梯便存在时间差，从离楼梯近的房间门口撤离，会优先到达，此时间差表示为：
单个房间的人员撤离到楼梯口的时间表示为：
因只有一个楼梯能用来人员撤离，所以从楼梯撤离的人数固定可知，撤离人员在楼梯口的等待撤离时间与在楼梯上撤离的时间参数也固定可知，表示为：
即：
或/>
得出关于的关系式，即：
其中，为已知的定值；
根据房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表，由的数值，/>都有与之对应的值，且确定/>的数值范围，分别将/>及其对应数据带入关系式，得出/>的值；
比较各组数据的值，其最小值，即为人员撤离所用的最少时间；其对应的/>的值，即为最优的人员撤离方案；
所述双楼梯通道逃生路径选择算法考虑的重点为房间能用来人员撤离的门口数量和能用来人员撤离的楼梯数量；由房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表，对撤离人员经双楼梯撤离的时间进行计算，需考虑撤离人员从房间门口撤离时所需的等待撤离时间和撤离人员在楼梯口等待撤离的时间；
首先，需计算出撤离人员从每个房间的每个门口到楼梯所用的时间：
上式中，为撤离人员从房间j的门口k向该楼层另一楼梯f’撤离所需的时间，为单个撤离人员从房间j的门口k到该楼层另一楼梯口f’的所需的时间，/>为从房间j的门口k向该楼层另一楼梯f’撤离的人员数量，/>为单个撤离人员从房间j的第k+1个门口到该楼层另一楼梯口f’的所需的时间，/>为从房间j的第k+1个门口向该楼层另一楼梯f’撤离的人员数；
因每个房间的两个门口到楼梯距离不同，所以撤离人员从两个门口到达楼梯便存在时间差，从离楼梯近的房间门口撤离，会优先到达，此时间差表示为：
上式中，为撤离人员从房间j的第k+1个门口向该楼层另一楼梯f’撤离所需的时间；
单个房间的人员撤离到楼梯口的时间表示为：
得出关于 的关系式，即：
先讨论各房间人员出门口时的等待撤离时间，根据房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表，由的数值，/>都有与之对应的值，且确定/>的数值范围；
得出与/>的关系式；
再讨论撤离人员在楼梯口的等待撤离时间和在楼梯上撤离的时间，根据房间楼梯口的等待撤离和撤离时间表，由的数值，/> 都有与之对应的值，且确定 的数值范围；
得出的关系式，取满足两个范围的的值，得出/>与/>的值；比较每个大组中的每个小组/>与/>的差值，取差值最小所在小组的参数；
比较各大组中差值最小所在组中与/>值，取其最小值，其相应组为人员撤离所用的最少时间组；其对应的/> 的值，即为最优的人员撤离方案。
2.根据权利要求1所述的一种用于楼宇内人员撤离最佳路径选择系统的方法，其特征在于：所述系统的具体操作步骤如下：
步骤1：打开系统，系统开始工作；
步骤2：输入数据：将楼层内楼梯、房间、人数、算法假设及约束条件相关信息参数代入；
步骤3：判断能用来撤离的楼梯数量：当有一个楼梯能用来人员撤离，执行步骤4；当有两个楼梯能用来人员撤离，执行步骤5；
步骤4：执行单楼梯通道逃生路径选择算法，计算人员撤离最少总时间，规划撤离路径；
步骤5：执行双楼梯通道逃生路径选择算法，计算人员撤离最少总时间，规划撤离路径；
步骤6：若各个房间有人数或楼梯信息变动，执行步骤2；无变动，执行步骤7；
步骤7：结束规划撤离路径。
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