CN115062986A - 一种基于多源数据融合的井场灭火应急救援风险评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了消防技术领域的一种基于多源数据融合的井场灭火应急救援风险评价方法，包括如下步骤：步骤S1：分层建立井场灭火应急救援风险评价体系；步骤S2:计算燃爆情况综合指标；步骤S3：计算消防员所处位置危险指标；步骤S4：计算消防员生命特征危险指标；步骤S5：获取救援机具的运行状态指标和数据传输速率指标；步骤S6：建立井场灭火应急救援风险评价模型，通过上传井场着火前和着火后，子单元数据和燃爆情况三级指标，将结果作为井场灭火应急救援风险的最低等级和其他等级。根据本发明的井场灭火应急救援风险等级，可以及时调整灭火工作，减少事故的发生，降低因灭火救援能力不足带来的危害。
Description
技术领域
本发明属于消防技术领域，具体是一种基于多源数据融合的井场灭火应急救援风险评价方法。
背景技术
井场灭火应急抢险环境恶劣，工况复杂多变，消防工作难度巨大。在展开井场灭火救援工作后，保护消防员的生命安全成了重大课题。在高温、高湿的环境下，消防员面临着硫化氢浓度超标、缺氧等危险，抢险救援工作面临着救援机具信息传输受限的危险。
目前消防火灾风险评价方法多采用建立不同的风险评估模型的方法，其缺乏对于井场复杂情况的考虑，而且井场灭火应急救援现场数据种类多，分布不集中，消防状态时刻处于变化之中。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提出了一种基于消防状态变化的一种基于多源数据的井场灭火应急救援风险评价方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于多源数据的井场灭火应急救援风险评价方法，包括如下步骤：
S1、分层建立井场灭火应急救援风险评价体系；
S2、计算燃爆情况综合指标；
S3、计算消防员状态综合指标；
S4、计算救援机具状态综合指标；
S5、建立井场灭火应急救援风险评价模型，通过上传井场着火前后子单元数据，将结果作为井场灭火应急救援风险的最低等级和其他等级。
采用上述方案后实现了以下有益效果：1、相对于采用传统救援建模的技术方案，本技术方案中特定环境在井场救援中，因此预先结合救援机探查井场内部环境，预估每个着火点单元的风险程度以便于定点扑救和生成救援路线图。
2、相对于生成救援路线图的现有技术，本技术方案中引入端点处的燃爆情况，同时建立消防员的自身状态，判断救援的方式以及人数，确保救援人员的安全性，同时急救风险的优先级可以结合建模场地以实现救援的优先等级。
3、结合燃爆情况、消防员状态和救援机具状态综合评价井场灭火应急救援风险等级，可以帮助调整灭火救援工作，降低灭火风险。
进一步，所述步骤S1包括：一级指标、二级指标和三级指标；
一级指标包括以井场灭火应急救援风险等级，二级指标包括以燃爆情况指标、消防员状态指标和救援机具状态指标，与所述燃爆情况指标对应的三级指标包括井场温度、井场氧气含量和井场二氧化碳含量；与所述消防员状态指标对应的三级指标包括所处位置危险指标、生命特征危险指标；与所述救援机具状态指标对应的三级指标包括运行状态诊断指标和数据传输速率指标；
通过上传井场灭火应急救援现场不同情况的子单元数据和燃爆情况三级指标，对三级指标数值进行无量纲化处理，建立得井场灭火应急救援风险评价体系。
进一步，所述步骤S2包括：
根据灭火难度和人体承受极限，分别确定燃烧面积、氧气含量和二氧化碳含量与其危险等级的对应关系；井场着火后，通过分布在井场的温度传感器组初步判断燃烧面积；利用专家调查法确定权值，计算得到燃爆情况综合指标。
进一步，根据所述燃烧面积初步确定前往井场的消防员人数和战斗时长，计算消防员在所述战斗时长的空气需求量和携带的呼吸器数量。
进一步，所述步骤S3包括：
以井场位置坐标中的任意点作为原点，以硫化氢传感器的坐标作为硫化氢监测点，通过由无人机获取的三维温度场得到消防员所处位置的温度，计算各硫化氢监测点与消防员垂直距离方向上的风速分量，利用麦克斯韦速率分布函数得到由每个硫化氢监测点扩散到消防员位置的气体分子数，计算得到消防员位置的硫化氢浓度；根据硫化氢浓度安全标准，计算消防员所处位置的硫化氢浓度与硫化氢安全临界浓度的相对误差，得到所处位置危险指标。
进一步，所述步骤S3还包括：
实时采集消防员的心率和呼吸，监测其随时间变化的曲线，若在正常范围内，将曲线整体呈现的单调趋势作为判断标准，其斜率的绝对值作为危险指标；若在正常范围外，将曲线连续超出界限的时间作为判断标准，其对应的时间段作为危险指标；将空气呼吸器提供给消防员撤离的时间作为判断标准，其倒数作为危险指标；
计算空气呼吸器提供给消防员撤离的时间：
式中，V表示呼吸器的水容积(L)，PN表示呼吸器的公称工作压力(bar)，v表示消防员的呼吸频率(次/分)，tin表示已战斗时长。
利用专家调查法确定权值，计算得到生命特征危险指标。
进一步，所述步骤S4具体包括：
将获取的生命监测装置、气体浓度监测装置、消防车和无人机的运行状态和数据传输速率分为极差、差、一般、良好、极好5个等级，再等级百分制化，利用专家调查法确定权值，计算救援机具状态综合指标。
进一步，所述步骤S5具体包括：
利用灰色关联分析法建立井场灭火应急救援风险评价模型，针对最佳和最差的情况，分别将各子单元对应的数据带入得到二级指标，将二级指标的数值区间划分为无风险、较小危险、一般危险、重大危险和特大风险5个等级；通过上传井场着火后各子单元的实时数据，计算此时的二级指标与各等级二级指标的关联度，作为一级指标。
附图说明
图1为本发明实施例的示意图；
图2为图1中风险等级的建立流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例基本如附图1和图2所示：一种基于多源数据的井场灭火应急救援风险评价方法，包括如下步骤：
S1、分层建立井场灭火应急救援风险评价体系；以井场灭火应急救援风险等级作为一级指标，以燃爆情况指标、消防员状态指标、救援机具状态指标作为二级指标，与所述燃爆情况指标对应的三级指标包括井场温度、井场氧气含量、井场二氧化碳含量；与所述消防员状态指标对应的三级指标包括所处位置危险指标、生命特征危险指标；与所述救援机具状态指标对应的三级指标包括运行状态诊断指标、数据传输速率指标；
通过上传井场灭火应急救援现场不同情况的子单元数据，建立得井场灭火应急救援风险评价体系。
S2、计算燃爆情况综合指标，燃烧面积与危险等级呈正比关系；根据人体承受极限，分别将最适宜和最危险的氧气含量和二氧化碳含量的数值区间等间距划分为5个等级；井场着火后，通过分布在井场的温度传感器组初步判断燃烧面积，当外围的温度传感器组出现某个监测点的温度小于100℃时，选择围成面积更小的传感器组中，同一对角线上相邻的温度传感器作为温度监测点。利用专家调查法确定权值，计算得到燃爆情况综合指标。
S3、计算消防员状态综合指标，以井场位置坐标中某个点作为原点，以各硫化氢传感器的坐标作为硫化氢监测点；通过无人机捕获不同方位的温度分布得到三维温度场；计算各硫化氢监测点与消防员垂直距离方向上的风速分量，利用麦克斯韦速率分布函数得到由每个硫化氢监测点扩散到消防员位置的气体分子数，计算得到消防员位置的硫化氢浓度；根据硫化氢浓度安全标准，计算消防员所处位置的硫化氢浓度与硫化氢安全临界浓度的相对误差，得到所处位置危险指标。
利用麦克斯韦速率分布函数得到由每个硫化氢监测点扩散到消防员位置的气体分子数，计算得到消防员位置的硫化氢浓度，具体包括：
计算风速分量：
vf＝v cosθ (1)
其中v为井场内的风速方向，θ为风向与消防员位置的夹角；
计算硫化氢扩散到消防员位置的速率函数：
其中k为玻尔兹曼常量，T为系统的热力学温度，e为自然对数的底；
计算硫化氢扩散到消防员位置的物质的量：
其中ni表示第i个硫化氢监测点的物质的量；
计算硫化氢扩散到消防员位置的浓度：
其中NA是阿伏加德罗常数，M是摩尔质量，p是密度。
实时采集消防员的心率和呼吸，监测其随时间变化的曲线，若在正常范围内，将曲线整体呈现的单调趋势作为判断标准，其斜率的绝对值作为危险指标，绝对值与危险指标成正比关系；若在正常范围外，将曲线连续超出界限的时间作为判断标准，其对应的时间段作为危险指标，时间段与危险指标成正比关系；将空气呼吸器提供给消防员撤离的时间作为判断标准，其倒数作为危险指标；
计算空气呼吸器提供给消防员撤离的时间：
式中，V表示呼吸器的水容积(L)，PN表示呼吸器的公称工作压力(bar)，v表示消防员的呼吸频率(次/分)，tin表示已战斗时长。
利用专家调查法确定权值，计算得到生命特征危险指标。
S4、计算救援机具状态综合指标，将获取的生命监测装置、气体浓度监测装置、消防车和无人机的运行状态和数据传输速率分为极差、差、一般、良好、极好5个等级，用百分制衡量，利用专家调查法确定权值，计算救援机具状态综合指标。
S5、建立井场灭火应急救援风险评价模型，通过上传井场着火前后子单元数据，将结果作为井场灭火应急救援风险的最低等级和其他等级。利用灰色关联分析法建立井场灭火应急救援风险评价模型，针对最佳和最差的情况，分别将各子单元对应的数据带入得到二级指标，将二级指标的数值区间划分为无风险、较小危险、一般危险、重大危险、特大风险5个等级；将二级指标各等级对应的序列作为母序列，井场着火后，将上传各子单元的实时数据得到的二级指标作为子序列，计算子序列与各母序列的关联度，将与子序列关联度最大的母序列对应的等级作为一级指标。
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。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (8)
1.一种基于多源数据融合的井场灭火应急救援风险评价方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、分层建立井场灭火应急救援风险评价体系；
S2、计算燃爆情况综合指标；
S3、计算消防员状态综合指标；
S4、计算救援机具状态综合指标；
S5、建立井场灭火应急救援风险评价模型，通过上传井场着火前后子单元数据，将结果作为井场灭火应急救援风险的最低等级和其他等级。
2.根据权利要求1所述的一种基于多源数据融合的井场灭火应急救援风险评价方法，其特征在于：所述步骤S1包括：一级指标、二级指标和三级指标；
一级指标包括以井场灭火应急救援风险等级，二级指标包括以燃爆情况指标、消防员状态指标和救援机具状态指标，与所述燃爆情况指标对应的三级指标包括井场温度、井场氧气含量和井场二氧化碳含量；与所述消防员状态指标对应的三级指标包括所处位置危险指标、生命特征危险指标；与所述救援机具状态指标对应的三级指标包括运行状态诊断指标和数据传输速率指标；
通过上传井场灭火应急救援现场不同情况的子单元数据和燃爆情况三级指标，对三级指标数值进行无量纲化处理，建立得井场灭火应急救援风险评价体系。
3.根据权利要求1所述的一种基于多源数据融合的井场灭火应急救援风险评价方法，其特征在于：所述步骤S2包括：
根据灭火难度和人体承受极限，分别确定燃烧面积、氧气含量和二氧化碳含量与其危险等级的对应关系；井场着火后，通过分布在井场的温度传感器组初步判断燃烧面积；利用专家调查法确定权值，计算得到燃爆情况综合指标。
4.根据权利要求3所述的一种基于多源数据融合的井场灭火应急救援风险评价方法，其特征在于：根据所述燃烧面积初步确定前往井场的消防员人数和战斗时长，计算消防员在所述战斗时长空气需求量和携带的呼吸器数量。
5.根据权利要求1所述的一种基于多源数据融合的井场灭火应急救援风险评价方法，其特征在于：所述步骤S3包括：
以井场位置坐标中的任意点作为原点，以硫化氢传感器的坐标作为硫化氢监测点，通过由无人机获取的三维温度场得到消防员所处位置的温度，计算各硫化氢监测点与消防员垂直距离方向上的风速分量，利用麦克斯韦速率分布函数得到由每个硫化氢监测点扩散到消防员位置的气体分子数，计算得到消防员位置的硫化氢浓度；根据硫化氢浓度安全标准，计算消防员所处位置的硫化氢浓度与硫化氢安全临界浓度的相对误差，得到所处位置危险指标。
6.根据权利要求5所述的一种基于多源数据融合的井场灭火应急救援风险评价方法，其特征在于：所述步骤S3还包括：
实时采集消防员的心率和呼吸，监测其随时间变化的曲线，若在正常范围内，将曲线整体呈现的单调趋势作为判断标准，其斜率的绝对值作为危险指标；若在正常范围外，将曲线连续超出界限的时间作为判断标准，其对应的时间段作为危险指标；将空气呼吸器提供给消防员撤离的时间作为判断标准，其倒数作为危险指标；
计算空气呼吸器提供给消防员撤离的时间：
式中，V表示呼吸器的水容积(L)，PN表示呼吸器的公称工作压力(bar)，v表示消防员的呼吸频率(次/分)，tin表示已战斗时长。
利用专家调查法确定权值，计算得到生命特征危险指标。
7.根据权利要求1所述的一种基于多源数据融合的井场灭火应急救援风险评价方法，其特征在于：所述步骤S4具体包括：
将获取的生命监测装置、气体浓度监测装置、消防车和无人机的运行状态和数据传输速率分为极差、差、一般、良好和极好5个等级，再等级百分制化，利用专家调查法确定权值，计算救援机具状态综合指标。
8.根据权利要求1所述的一种基于多源数据融合的井场灭火应急救援风险评价方法，其特征在于：所述步骤S5具体包括：
利用灰色关联分析法建立井场灭火应急救援风险评价模型，针对最佳和最差的情况，分别将各子单元对应的数据带入得到二级指标，将二级指标的数值区间划分为无风险、较小危险、一般危险、重大危险和特大风险5个等级；通过上传井场着火后各子单元的实时数据，计算此时的二级指标与各等级二级指标的关联度，作为一级指标。
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| 郑夏飞: "城市地下综合体火灾疏散安全评估与仿真模拟研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑, vol. 2020, no. 06, 15 June 2020 (2020-06-15), pages 038 - 1215 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116776528A (zh) * | 2023-04-03 | 2023-09-19 | 中国消防救援学院 | 一种基于计算机仿真演练的应急救援方法及系统 |
| CN116776528B (zh) * | 2023-04-03 | 2024-04-19 | 中国消防救援学院 | 一种基于计算机仿真演练的应急救援方法及系统 |
| CN117132087A (zh) * | 2023-10-25 | 2023-11-28 | 成都大成均图科技有限公司 | 一种基于历史数据的资源调配方法及装置 |
| CN117132087B (zh) * | 2023-10-25 | 2024-02-06 | 成都大成均图科技有限公司 | 一种基于历史数据的资源调配方法及装置 |
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| CN115062986B (zh) | 2024-04-26 |
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