一种火灾应急疏散模拟方法

摘要

本发明提供一种火灾应急疏散模拟方法。该方法在建立真实火灾三维场景的基础上，以为火灾场景内多个体进行实时逃生导航为目标，围绕基于向量场的全局运动规划算法展开研究，首先算法实时计算出基于向量场的安全场，然后结合基于社会力模型的局部碰撞避免算法，构建火灾场景下的人群行为模型，最后依据此模型为为场景中每个逃生个体提供火灾逃生指导。本发明建立了有理论依据且保证计算精度的火灾应急疏散模拟方法，并在多种实验条件下开展了验证性应用。该发明具有计算复杂度低以及仿真效果真实度高等特点，在实际应用中可支持上百位逃生个体的实时应急疏散模拟。

主权项

一种火灾应急疏散模拟方法，其特征在于：包括以下三个步骤：步骤(1)、利用安全场计算逃生个体的全局速度：二维向量场表示为在平面上的若干带有长度和方向的箭头，即平面空间内每一区域的数量都可以用一个矢量来表示该区域的速度、运动趋势等特性，基于向量场的原理，安全场定义为二维平面上的单位向量集，即SF：R2→S1，S1＝[0，2π]，其中R²表示二维欧式空间，S¹表示用于描述向量的极坐标角度，并用其描述火灾现场内的动态情况；然后，通过将可动态更新的安全场映射为一张全局代价地图，设计了全局运动规划算法来计算处于其中的逃生个体的全局速度，即：给出安全场内每位逃生个体ak在时刻t所处的状态Sk(t)，利用安全场计算出个体在下一时刻的状态Sk(t+τ)，从而将其导航至目标点gk；步骤(2)、基于流体动力学建立的社会力模型可用于描述运动行人个体与个体之间的相互作用以及个体与边界、障碍物之间的相互影响，该模型不仅适用于日常状态下的人群局部动力学的计算，还适用于紧急状态下处于恐慌中的人群的局部动力学模拟，利用社会力模型来计算逃生个体的局部速度：以逃生个体为单位，将步骤(1)计算得出的全局速度作为该步骤的输入参数，再通过基于个体的社会力模型的引入，利用基于社会力模型的局部碰撞避免算法计算出每个个体的实时受力状况，从而计算出其对应的局部速度；步骤(3)、在计算出全局规划速度vg、局部碰撞避免速度vl以及每个逃生个体一定范围内的烟雾浓度之后，接着利用烟雾浓度‑逃生速度公式计算出个体的运动速度标量值，再通过求解个体逃生速度方程得出个体的最终逃生速度，从而建立了为火灾现场的逃生者提供导航的火灾逃生行为模型：本步骤通过构建火灾场景内火焰源粒子系统以及针对火焰粒子的烟雾浓度进行采样，根据步骤(1)中计算得到的逃生个体的全局速度与步骤(2)中计算得出的局部速度，通过火灾逃生行为模型计算得出每个逃生个体的最终逃生速度。