CN116187105B - 一种基于数字孪生技术的火灾疏散规划方法及系统 - Google Patents
一种基于数字孪生技术的火灾疏散规划方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于数字孪生技术的火灾疏散规划方法及系统，属于火灾疏散技术领域，包括以下步骤：建立楼宇数字孪生模型，并将楼宇内各传感器位置信息输入楼宇数字孪生模型；获取当前燃烧范围和燃烧范围扩大速度，并在楼宇数字孪生模型内模拟燃烧蔓延趋势；获取烟雾飘散方向和烟雾飘散速度，并在楼宇数字孪生模型内模拟烟雾飘散趋势；判断各安全通道在各时段的危险等级；在楼宇数字孪生模型内模拟人员逃生情况，并根据模拟结果进行疏散规划和引导，本申请通过在楼宇数字孪生模型内模拟人员逃生情况，并根据模拟结果进行疏散规划和引导，使逃生人员可以通过更快速和安全的逃生路线进行疏散，避免了人员伤亡提高了疏散效率。
Description
技术领域
本发明属于火灾疏散技术领域，具体涉及一种基于数字孪生技术的火灾疏散规划方法及系统。
背景技术
一般楼宇建成后就基于楼内消防通道规划了疏散路线方案，但在实际发生火灾时，其中一些消防通道由于燃烧蔓延和烟雾飘散不再安全，楼内人员若是按照原有疏散路线逃生就会对生命安全产生严重威胁，因此亟需一种切实可行的火灾疏散规划方法。
火灾造成的伤亡并不只因为火焰燃烧造成的，火灾会产生温度极高的烟雾灼伤逃生人员的呼吸道和肺部，大部分的伤亡是由于吸入高温烟雾呛死或被高温的烟雾灼伤皮肤，进而在规划火灾疏散方案时，既需要考虑火势蔓延的方向也需要考虑到烟雾在楼宇飘散的轨迹。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，进而提出了一种基于数字孪生技术的火灾疏散规划方法及系统。
本发明具体技术方案如下：一种基于数字孪生技术的火灾疏散规划方法，包括以下步骤：
建立楼宇数字孪生模型，并将楼宇内各传感器位置信息输入楼宇数字孪生模型；
获取当前燃烧范围和燃烧范围扩大速度，并在楼宇数字孪生模型内模拟燃烧蔓延趋势；
获取烟雾飘散方向和烟雾飘散速度，并在楼宇数字孪生模型内模拟烟雾飘散趋势；
判断各安全通道在各时段的危险等级；
在楼宇数字孪生模型内模拟人员逃生情况，并根据模拟结果进行疏散规划和引导。
本申请通过判断各安全通道在各时段的危险等级，在楼宇数字孪生模型内模拟人员逃生情况，并根据模拟结果进行疏散规划和引导，使逃生人员可以通过更快速和安全的逃生路线进行疏散，避免了人员伤亡提高了疏散效率。
进一步，所述获取当前燃烧范围和燃烧范围扩大速度，并在楼宇数字孪生模型内模拟燃烧蔓延趋势的方法为，
实时获取楼宇内各区域的温度信息；
获取温度异常区域的监控画面信息；
根据监控画面信息中的火灾起始位置和摄像头位置获取当前燃烧范围，并将当前燃烧范围输入楼宇数字孪生模型内；
根据单位时间内的燃烧范围变化预测燃烧范围扩大速度，在楼宇数字孪生模型内模拟燃烧蔓延趋势。
本申请通过根据监控画面信息中的火灾起始位置和摄像头位置获取当前燃烧范围，并将当前燃烧范围输入楼宇数字孪生模型内，根据单位时间内的燃烧范围变化预测燃烧范围扩大速度，在楼宇数字孪生模型内模拟燃烧蔓延趋势，使楼宇内燃烧蔓延趋势的预测更准确，提高了疏散路线规划的合理性，进而降低了人员伤亡的概率。
进一步，所述在楼宇数字孪生模型内模拟烟雾飘散趋势的方法为，
实时获取楼宇内各区域风向信息；
根据温度异常区域的风向信息与相邻区域风向信息判断烟雾飘散方向并输入到楼宇数字孪生模型内，
通过单位时间内的烟雾飘散范围变化预测烟雾飘散速度，在楼宇数字孪生模型内模拟烟雾飘散趋势。
本申请通过根据温度异常区域的风向信息与相邻区域风向信息判断烟雾飘散方向并输入到楼宇数字孪生模型内，通过单位时间内的烟雾飘散范围变化预测烟雾飘散速度，在楼宇数字孪生模型内模拟烟雾飘散趋势，使楼宇内烟雾飘散趋势的预测更准确，提高了疏散路线规划的合理性，进而降低了人员伤亡的概率。
进一步，所述判断各安全通道在各时段的危险等级的方法为，
通过楼宇数字孪生模型模拟计算各个安全通道被燃烧影响的起始时刻；
通过楼宇数字孪生模型模拟计算各个安全通道被烟雾影响的起始时刻；
根据各个安全通道被燃烧影响的起始时刻和被烟雾影响的起始时刻判断各安全通道在各时段的危险等级。
本申请通过根据各个安全通道被燃烧影响的起始时刻和被烟雾影响的起始时刻判断各安全通道在各时段的危险等级，使各通道的具体安全时段更为直观明确，避免了逃生者在错误的时间进入高危等级通道，提高了疏散效率降低了疏散风险。
进一步，所述在楼宇数字孪生模型内模拟人员逃生情况，并根据模拟结果进行疏散规划和引导的方法为，
获取楼宇内人员的当前位置信息；
获取楼宇内人员的逃生速度信息；
获取楼宇内人员的防护等级信息；
将人员的当前位置信息、逃生速度信息和防护等级信息输入楼宇数字孪生模型内，根据模拟结果进行疏散规划和引导。
本申请通过将人员的当前位置信息、逃生速度信息和防护等级信息输入楼宇数字孪生模型内，根据模拟结果进行疏散规划和引导，模拟因素更为全面，模拟结果更精准，进而使每个人员的逃生路线都更高效更合理。
进一步，所述获取楼宇内人员的逃生速度信息的方法为，
获取楼宇内人员逃生监控画面信息，根据楼宇内人员逃生时监控画面信息计算人员逃生速度。
进一步，所述获取楼宇内人员的防护等级信息的方法为，
获取楼宇内人员逃生监控画面信息，根据逃生画面信息判断逃生人员是否穿戴防火装备，所述防火装备包括防火逃生面具和防火毯；
根据人员穿戴的防火装备判断人员的防护等级。
一种基于数字孪生技术的火灾疏散规划系统，包括：获取模块、定位模块和数字孪生模拟模块，所述获取模块用于实时获取各区域的温度信息、风向信息和监控画面信息，定位模块用于对楼宇内各种传感器的具体位置进行定位，数字孪生模拟模块用于对获取的信息在数字孪生模型内进行模拟并输出模拟结果。
进一步，还包括：数据处理模块，所述数据处理模块用于对燃烧蔓延、烟雾飘散和人员逃生的模拟结果进行计算和处理。
进一步，还包括：无线通讯模块，所述无线通讯模块用于在疏散规划后对逃生人员进行实时疏散引导。
有益效果：本申请通过判断各安全通道在各时段的危险等级，在楼宇数字孪生模型内模拟人员逃生情况，并根据模拟结果进行疏散规划和引导，使逃生人员可以通过更快速和安全的逃生路线进行疏散，避免了人员伤亡提高了疏散效率。
本申请通过根据监控画面信息中的火灾起始位置和摄像头位置获取当前燃烧范围，并将当前燃烧范围输入楼宇数字孪生模型内，根据单位时间内的燃烧范围变化预测燃烧范围扩大速度，在楼宇数字孪生模型内模拟燃烧蔓延趋势，使楼宇内燃烧蔓延趋势的预测更准确，提高了疏散路线规划的合理性，进而降低了人员伤亡的概率。
本申请通过根据温度异常区域的风向信息与相邻区域风向信息判断烟雾飘散方向并输入到楼宇数字孪生模型内，通过单位时间内的烟雾飘散范围变化预测烟雾飘散速度，在楼宇数字孪生模型内模拟烟雾飘散趋势，使楼宇内烟雾飘散趋势的预测更准确，提高了疏散路线规划的合理性，进而降低了人员伤亡的概率。
本申请通过根据各个安全通道被燃烧影响的起始时刻和被烟雾影响的起始时刻判断各安全通道在各时段的危险等级，使各通道的具体安全时段更为直观明确，避免了逃生者在错误的时间进入高危等级通道，提高了疏散效率降低了疏散风险。
本申请通过将人员的当前位置信息、逃生速度信息和防护等级信息输入楼宇数字孪生模型内，根据模拟结果进行疏散规划和引导，模拟因素更为全面，模拟结果更精准，进而使每个人员的逃生路线都更高效更合理。
附图说明
图1为本发明的一种基于数字孪生技术的火灾疏散规划方法的流程框图；
图2为本发明的一种基于数字孪生技术的火灾疏散规划系统的系统框图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“外”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1：结合图1进行说明一种基于数字孪生技术的火灾疏散规划方法，包括以下步骤：
S1：建立楼宇数字孪生模型，并将楼宇内各传感器位置信息输入楼宇数字孪生模型；
S2：获取当前燃烧范围和燃烧范围扩大速度，并在楼宇数字孪生模型内模拟燃烧蔓延趋势；
S3：获取烟雾飘散方向和烟雾飘散速度，并在楼宇数字孪生模型内模拟烟雾飘散趋势；
S4：判断各安全通道在各时段的危险等级；
S5：在楼宇数字孪生模型内模拟人员逃生情况，并根据模拟结果进行疏散规划和引导。
其中当前燃烧范围具体为当前被火灾燃烧影响的范围，燃烧范围扩大速度具体为燃烧范围边缘扩大的距离与花费时间的比值，烟雾飘散方向具体为在当前空气流向影响下烟雾飘散的方向，烟雾飘散速度具体为当前空气流速影响下烟雾飘散的速度，安全通道在各时段的危险等级具体为安全通道根据当前是否被燃烧和烟雾影响而划分的等级。
本申请通过判断各安全通道在各时段的危险等级，在楼宇数字孪生模型内模拟人员逃生情况，并根据模拟结果进行疏散规划和引导，使逃生人员可以通过更快速和安全的逃生路线进行疏散，避免了人员伤亡提高了疏散效率。
所述获取当前燃烧范围和燃烧范围扩大速度，并在楼宇数字孪生模型内模拟燃烧蔓延趋势的方法为，
实时获取楼宇内各区域的温度信息；
获取温度异常区域的监控画面信息；
根据监控画面信息中的火灾起始位置和摄像头位置获取当前燃烧范围，并将当前燃烧范围输入楼宇数字孪生模型内；
根据单位时间内的燃烧范围变化预测燃烧范围扩大速度，在楼宇数字孪生模型内模拟燃烧蔓延趋势。
其中温度异常区域具体为因火灾导致温度极高的区域，火灾起始位置具体为发现火灾时的火灾燃烧位置，当前燃烧范围具体为当前被火灾燃烧影响的范围，燃烧范围扩大速度具体为燃烧范围边缘扩大的距离与花费时间的比值。
例如，楼宇内10楼划分为A、B、C、D四个区域，B区域温度传感器上传的温度数据发现异常，调取B区域的监控画面，通过监控画面和摄像头位置确定当前燃烧范围，若燃烧范围轮廓在1分钟内扩大了2米，则燃烧蔓延速度为2m/min。
本申请通过根据监控画面信息中的火灾起始位置和摄像头位置获取当前燃烧范围，并将当前燃烧范围输入楼宇数字孪生模型内，根据单位时间内的燃烧范围变化预测燃烧范围扩大速度，在楼宇数字孪生模型内模拟燃烧蔓延趋势，使楼宇内燃烧蔓延趋势的预测更准确，提高了疏散路线规划的合理性，进而降低了人员伤亡的概率。
所述在楼宇数字孪生模型内模拟烟雾飘散趋势的方法为，
实时获取楼宇内各区域风向信息；
根据温度异常区域的风向信息与相邻区域风向信息判断烟雾飘散方向并输入到楼宇数字孪生模型内，
通过单位时间内的烟雾飘散范围变化预测烟雾飘散速度，在楼宇数字孪生模型内模拟烟雾飘散趋势。
其中烟雾飘散方向具体为在当前空气流向影响下烟雾飘散的方向，烟雾飘散速度具体为当前空气流速影响下烟雾飘散的速度。
例如，楼宇内10楼划分为A、B、C、D四个区域，B区域温度传感器上传的温度数据发现异常，获取B区域风向信息判断烟雾飘散方向，若预测烟雾飘向C区域，则进一步获取C区域风向信息进一步判断飘散方向，若烟雾范围轮廓在1分钟内向B区域风向方向移动了20米，则烟雾飘散速度为20m/min。
本申请通过根据温度异常区域的风向信息与相邻区域风向信息判断烟雾飘散方向并输入到楼宇数字孪生模型内，通过单位时间内的烟雾飘散范围变化预测烟雾飘散速度，在楼宇数字孪生模型内模拟烟雾飘散趋势，使楼宇内烟雾飘散趋势的预测更准确，提高了疏散路线规划的合理性，进而降低了人员伤亡的概率。
所述判断各安全通道在各时段的危险等级的方法为，
通过楼宇数字孪生模型模拟计算各个安全通道被燃烧影响的起始时刻；
通过楼宇数字孪生模型模拟计算各个安全通道被烟雾影响的起始时刻；
根据各个安全通道被燃烧影响的起始时刻和被烟雾影响的起始时刻判断各安全通道在各时段的危险等级。
例如，火灾发生时间为12：00，1号通道在10分钟后会被烟雾影响，在20分钟后会被燃烧影响，则12：00-12：10时段1号通道安全等级为低危，12：10-12：30时段1号通道安全等级为中危，12：30后1号通道安全等级为高危。
本申请通过根据各个安全通道被燃烧影响的起始时刻和被烟雾影响的起始时刻判断各安全通道在各时段的危险等级，使各通道的具体安全时段更为直观明确，避免了逃生者在错误的时间进入高危等级通道，提高了疏散效率降低了疏散风险。
所述在楼宇数字孪生模型内模拟人员逃生情况，并根据模拟结果进行疏散规划和引导的方法为，
获取楼宇内人员的当前位置信息；
获取楼宇内人员的逃生速度信息；
获取楼宇内人员的防护等级信息；
将人员的当前位置信息、逃生速度信息和防护等级信息输入楼宇数字孪生模型内，根据模拟结果进行疏散规划和引导。
其中防护等级信息具体为根据人员穿戴防火装备的多少而划分的等级。
例如，10楼起火，甲位于25楼，逃生速度为1层/min，无任何防火装备，10楼距离甲最近的逃生通道为1号通道，12：00-12：10低危，12：10-12：30中危，12：30后高危，甲抵达10楼1号通道时间为12：15，无防火装备的甲无法通过，需要选择其他通道；
乙位于30楼，逃生速度为1层/min，穿戴有防火逃生面具，抵达10楼1号通道时间为12：20，则乙可以通过。
本申请通过将人员的当前位置信息、逃生速度信息和防护等级信息输入楼宇数字孪生模型内，根据模拟结果进行疏散规划和引导，模拟因素更为全面，模拟结果更精准，进而使每个人员的逃生路线都更高效更合理。
所述获取楼宇内人员的逃生速度信息的方法为，
获取楼宇内人员逃生监控画面信息，根据楼宇内人员逃生时监控画面信息计算人员逃生速度。
所述获取楼宇内人员的防护等级信息的方法为，
获取楼宇内人员逃生监控画面信息，根据逃生画面信息判断逃生人员是否穿戴防火装备，所述防火装备包括防火逃生面具和防火毯；
根据人员穿戴的防火装备判断人员的防护等级。
实施例2：结合图2进行说明一种根据实施例1所述的基于数字孪生技术的火灾疏散规划系统，包括：获取模块、定位模块和数字孪生模拟模块，所述获取模块用于实时获取各区域的温度信息、风向信息和监控画面信息，定位模块用于对楼宇内各种传感器的具体位置进行定位，数字孪生模拟模块用于对获取的信息在数字孪生模型内进行模拟并输出模拟结果。
还包括：数据处理模块，所述数据处理模块用于对燃烧蔓延、烟雾飘散和人员逃生的模拟结果进行计算和处理。
还包括：无线通讯模块，所述无线通讯模块用于在疏散规划后对逃生人员进行实时疏散引导。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (6)
1.一种基于数字孪生技术的火灾疏散规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立楼宇数字孪生模型，并将楼宇内各传感器位置信息输入楼宇数字孪生模型；
获取当前燃烧范围和燃烧范围扩大速度，并在楼宇数字孪生模型内模拟燃烧蔓延趋势；
获取烟雾飘散方向和烟雾飘散速度，并在楼宇数字孪生模型内模拟烟雾飘散趋势，具体方法为，实时获取楼宇内各区域风向信息，根据温度异常区域的风向信息与相邻区域风向信息判断烟雾飘散方向并输入到楼宇数字孪生模型内，根据单位时间内的烟雾飘散范围变化预测烟雾飘散速度，在楼宇数字孪生模型内模拟烟雾飘散趋势；
判断各安全通道在各时段的危险等级；
在楼宇数字孪生模型内模拟人员逃生情况，并根据模拟结果进行疏散规划和引导；
所述在楼宇数字孪生模型内模拟人员逃生情况，并根据模拟结果进行疏散规划和引导的方法为，
获取楼宇内人员的当前位置信息；
获取楼宇内人员的逃生速度信息，具体方法为，获取楼宇内人员逃生监控画面信息，根据楼宇内人员逃生时监控画面信息计算人员逃生速度；
获取楼宇内人员的防护等级信息，具体方法为，获取楼宇内人员逃生监控画面信息，根据逃生画面信息判断逃生人员是否穿戴防火装备，所述防火装备包括防火逃生面具和防火毯；
根据人员穿戴的防火装备判断人员的防护等级；
将人员的当前位置信息、逃生速度信息和防护等级信息输入楼宇数字孪生模型内，根据模拟结果进行疏散规划和引导。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的火灾疏散规划方法，其特征在于，所述获取当前燃烧范围和燃烧范围扩大速度，并在楼宇数字孪生模型内模拟燃烧蔓延趋势的方法为，
实时获取楼宇内各区域的温度信息；
获取温度异常区域的监控画面信息；
根据监控画面信息中的火灾起始位置和摄像头位置获取当前燃烧范围，并将当前燃烧范围输入楼宇数字孪生模型内；
根据单位时间内的燃烧范围变化预测燃烧范围扩大速度，在楼宇数字孪生模型内模拟燃烧蔓延趋势。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的火灾疏散规划方法，其特征在于，所述判断各安全通道在各时段的危险等级的方法为，
通过楼宇数字孪生模型模拟计算各个安全通道被燃烧影响的起始时刻；
通过楼宇数字孪生模型模拟计算各个安全通道被烟雾影响的起始时刻；
根据各个安全通道被燃烧影响的起始时刻和被烟雾影响的起始时刻判断各安全通道在各时段的危险等级。
4.一种基于数字孪生技术的火灾疏散规划系统，所述系统运用如权利要求1-3中任一项所述的基于数字孪生技术的火灾疏散规划方法，其特征在于，包括：获取模块、定位模块和数字孪生模拟模块，所述获取模块用于实时获取各区域的温度信息、风向信息和监控画面信息，定位模块用于对楼宇内各种传感器的具体位置进行定位，数字孪生模拟模块用于对获取的信息在数字孪生模型内进行模拟并输出模拟结果。
5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生技术的火灾疏散规划系统，其特征在于，还包括：数据处理模块，所述数据处理模块用于对燃烧蔓延、烟雾飘散和人员逃生的模拟结果进行计算和处理。
6.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生技术的火灾疏散规划系统，其特征在于，还包括：无线通讯模块，所述无线通讯模块用于在疏散规划后对逃生人员进行实时疏散引导。
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