一种应急疏散路径规划方法、装置及电子设备

技术领域

本发明船舶疏散路径规划技术领域，尤其涉及一种应急疏散路径规划方法。

背景技术

船舶，作为海洋运输的载体，是最具运载能力的一种交通运输工具，在国际运输中发挥着至关重要的作用。然而，在给各国带来经济效益的同时，海上运输也潜藏着很大的安全隐患。随着造船技术不断取得进步，当代邮轮朝着大型化、复杂化、高速化方向发展。作为一个复杂的系统，邮轮结构复杂，空间狭窄，尤其对于客船，人员众多，一旦发生海上险情时，高效的人员疏散问题成为航运界研究的热点。

邮轮在遇到险情人员进行疏散时，具有疏散室内人员流量大、内部结构复杂、应急疏散通道拥堵以及不同路段的受灾程度各不一样等特点，而传统的路径规划方法单一，在疏散过程中遇到实时突发事故时，缺乏实时更新的功能。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种应急疏散路径规划方法，用以解决现有技术中存在的在疏散过程中遇到实时突发事故时，缺乏实时更新的功能的技术问题。

为了解决上述问题，一方面，本发明提供了一种应急疏散路径规划方法，包括：

基于预设的包含疏散节点和疏散边的疏散网络，确定人员疏散的初始路径；

获取实时灾害区域环境信息；

基于所述实时灾害区域环境信息，判断所述初始路径是否受灾害影响；

当所述初始路径受灾害影响时，得到所述初始路径上的受灾害影响区域，并确定所述受灾害影响区域周围的邻接疏散节点到出口疏散节点的可行路径；

基于所述可行路径，对所述初始路径进行替换更新，得到优化路径。

在一些可能的实现方式中，基于所述可行路径，对所述初始路径进行替换更新，得到优化路径，包括：

基于所述可行路径，对所述初始路径进行替换，得到替换路径；

判断所述替换路径是否为绕过灾害区域的最短路径；

若所述替换路径不为最短路径，则对所述替换路径进行距离优化，确定优化路径。

在一些可能的实现方式中，所述疏散网络，基于如下步骤得到：

获取邮轮结构参数；

基于所述邮轮结构参数，将邮轮的运营区域和疏散通道抽象成包含疏散节点和疏散边的疏散网络；

所述基于预设的包含疏散节点和疏散边的疏散网络，确定人员疏散的初始路径，包括：

基于预设的路径规划算法和所述疏散网络，确定人员疏散的初始路径。

在一些可能的实现方式中，所述基于所述邮轮结构参数，将邮轮的运营区域和疏散通道抽象成包含疏散节点和疏散边的疏散网络，包括：

基于所述邮轮结构参数，将邮轮的运营区域抽象成疏散节点，并将邮轮的和疏散通道抽象成初始疏散边；

基于所述实时灾害区域环境信息，确定所述初始疏散边对应的疏散通道的长度、烟气影响参数和障碍物影响参数；

基于所述初始疏散边对应的疏散通道的烟气影响参数和障碍物影响参数，确定烟气影响因子和障碍物影响因子；

对所述初始疏散边对应的疏散通道的长度、所述烟气影响因子和所述障碍物影响因子进行加权求和，得到所述初始疏散边对应的加权求和值，并基于所述初始疏散边对应的加权求和值确定目标疏散边；

构建包含有所述疏散节点和所述目标疏散边的疏散网络。

在一些可能的实现方式中，所述障碍物影响参数包括障碍物类型和疏散通道剩余宽度。

在一些可能的实现方式中，确定优化路径之后，所述方法还包括：

将所述优化路径作为初始迭代路径，为模拟人员提供疏散策略，直至所有模拟人员疏散完毕后确定总疏散仿真时间，并更新疏散通道的拥挤程度；

基于更新后的疏散通道的拥挤程度确定至少一种备选路径，从所述优化路径和所述至少一种备选路径中为各模拟人员选择一种路径，以更新各模拟人员的迭代路径；

重复以上步骤若干次直至迭代到预设次数，选取最小总疏散仿真时间对应的各模拟人员的迭代路径作为最终的优化路径。

在一些可能的实现方式中，为模拟人员提供疏散策略，直至所有模拟人员疏散完毕后确定总疏散仿真时间，包括：

为模拟人员提供疏散策略，并初始化仿真时间、各疏散通道上的实时人员数量和实时待疏散人员数量；

基于所述各疏散通道上的实时人员数量，不断计算各疏散通道上的实时人员移动速度，进而确定各疏散通道上的实时转移人员数量；

基于所述各疏散通道上的实时转移人员数量，不断更新下一时刻各疏散通道上的模拟人员数量以及待疏散人员数量，直至实时待疏散人员数量为零，输出总疏散仿真时间。

在一些可能的实现方式中，基于更新后的疏散通道的拥挤程度确定至少一种备选路径，从所述优化路径和所述至少一种备选路径中为各模拟人员选择一种路径，以更新各模拟人员的迭代路径，包括：

判断疏散通道的拥挤程度是否大于该疏散通道的最大拥挤程度；

若疏散通道的拥挤程度大于该疏散通道的最大拥挤程度，则对模拟人员进行分流，确定至少一种备选路径，从所述优化路径和所述至少一种备选路径中为各模拟人员选择一种路径，以更新各模拟人员的迭代路径。

另一方面，本发明还提供了一种应急疏散路径规划装置，包括：初始路径获取单元，用于根据预设的包含疏散节点和疏散边的疏散网络，确定人员疏散的初始路径；

实时灾害信息获取单元，用于获取实时灾害区域环境信息；

路径优化单元，用于基于所述实时灾害区域环境信息，判断所述初始路径是否受灾害影响，当所述初始路径受灾害影响时，得到受灾害影响区域，并确定所述受灾害影响区域周围的邻接疏散节点到出口疏散节点的可行路径，基于所述可行路径，对所述初始路径进行替换更新，得到优化路径。

另一方面，本发明还提供了一种电子设备，包括：所述存储器，用于存储程序；

所述处理器，与所述存储器耦合，用于执行所述存储器中存储的所述程序，以实现上述所述的应急疏散路径规划方法的步骤。

采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的应急疏散路径规划方法，首先获取初始路径和实时灾害区域环境信息，接着基于获取的实时灾害区域环境信息，确定受灾害影响区域周围的可行路径，进而对初始路径进行替换更新，得到优化路径，使得在疏散时遇到突发事故，可根据事故发生的实时环境信息，对人员的疏散路径进行动态更新优化，提高突发事故下的邮轮疏散安全性和人员疏散效率。

附图说明

图1为本发明提供的在应急疏散路径规划方法的一个实施例流程示意图；

图2为本发明图1中步骤S101的一个实施例流程示意图；

图3为本发明提供的考虑火灾烟气和遮挡障碍物因素应急疏散路径规划方法的一个实施例流程示意图；

图4为本发明图1中步骤S104的一个实施例流程示意图；

图5为本发明图1中步骤S105的一个实施例流程示意图；

图6为本发明提供的考虑疏散通道的拥挤程度因素应急疏散路径规划方法的一个实施例流程示意图；

图7为本发明图6中步骤S601的一个实施例流程示意图；

图8为本发明图6中步骤S602的一个实施例流程示意图；

图9为本发明提供的应急疏散路径规划装置的一个实施例结构示意图；

图10为本发明提供的电子设备的一个实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。此外，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明提供了一种应急疏散路径规划方法，以下分别进行说明。

图1为本发明提供的应急疏散路径规划方法的一个实施例流程示意图，在一些实施例中，如图1所示，应急疏散路径规划方法包括：

S101、基于预设的包含疏散节点和疏散边的疏散网络，确定人员疏散的初始路径；

需要说明的是，初始路径为预先规划好的疏散路径。

S102、获取实时灾害区域环境信息；

S103、基于实时灾害区域环境信息，判断初始路径是否受灾害影响；

S104、当初始路径受灾害影响时，得到初始路径上的受灾害影响区域，并确定受灾害影响区域的周围目标区域的邻接疏散节点到出口疏散节点的可行路径；

需要说明的是，疏散节点的邻接疏散节点指的是与该疏散节点在同一边另一端的疏散节点。

S105、基于可行路径，对初始路径进行替换更新，得到优化路径。

相比现有技术，本发明先获取初始路径和实时灾害区域环境信息，接着基于获取的实时灾害区域环境信息，确定受灾害影响区域周围的可行路径，进而对初始路径进行替换更新，得到优化路径，使得在疏散时遇到突发事故，可根据事故发生的实时环境信息，对人员的疏散路径进行动态更新优化，提高突发事故下的邮轮疏散安全性和人员疏散效率。

在一些实施例中，具体而言，参照图2，步骤S101中的疏散网络由如下步骤得到：

S201、获取邮轮结构参数；

S202、基于邮轮结构参数，将邮轮的运营区域和疏散通道抽象成包含疏散节点和疏散边的疏散网络。

基于以上疏散网络，步骤S101包括：基于预设的路径规划算法和所述疏散网络，确定人员疏散的初始路径，其中，预设的路径规划算法指的是广度优选算法，用于搜索最短路径。

在另一些实施例中，初始路径还可以是根据实时灾害区域环境信息修正的疏散路径，疏散网络中疏散边的长度表示疏散时通过该疏散边对应的疏散通道的困难程度，其中，疏散通道的长度为需要考虑的主要因素，即单独考虑疏散通道的长度，疏散通道的长度越长，通过该疏散通道的难度就越大，为了进一步考虑火灾烟气和遮挡障碍物等因素对疏散的影响，对疏散边进行修正。

具体而言，步骤S101与步骤S102顺序互换，先获取实时灾害区域环境信息，再基于灾害区域环境信息，对疏散网络的疏散边进行修正，确定初始路径，参照图3，步骤S101与步骤S102更换后，步骤S202包括：

S301、基于邮轮结构参数，将邮轮的运营区域抽象成疏散节点，并将邮轮的疏散通道抽象成初始疏散边；

S302、基于实时灾害区域环境信息，确定初始疏散边对应的疏散通道的长度、烟气影响参数和障碍物影响参数；

S303、基于初始疏散边对应的疏散通道的烟气影响参数和障碍物影响参数，确定烟气影响因子和障碍物影响因子；

S304、对初始疏散边对应的疏散通道的长度、烟气影响因子和障碍物影响因子进行加权求和，得到初始疏散边对应的加权求和值，并基于初始疏散边对应的加权求和值确定目标疏散边；

需要说明的是，基于初始疏散边对应的加权求和值确定目标疏散边是指将初始疏散边对应的加权求和值作为目标疏散边的长度。

S305、构建包含有疏散节点和目标疏散边的疏散网络。

需要说明的是，基于图论方法将邮轮的运营区域和疏散通道抽象成包含疏散节点和疏散边的疏散网络，每个运营区域对应一个疏散节点，每条疏散通道对应一条疏散边，具体是将包括公共舱室、房间舱室和厕所等人员可以自由通行的运营区域设置为疏散节点，根据图纸判断相邻的疏散节点之间是否联通，将互相连通区域的疏散节点相连；将邮轮上的走廊设置为疏散边；将每个拐弯处设置为疏散节点，生成疏散网络，疏散网络

式中，

在上述疏散网络基础上，考虑到实时灾害区域环境信息，实时灾害区域环境信息包括发生灾害区域的位置信息，对每一个疏散节点、每一条疏散边都加入相应的属性；疏散节点的属性包括：疏散节点编号、邻接疏散节点数、邻接疏散边数、疏散节点类型、到出口疏散节点最近距离等；疏散节点类型有安全疏散节点，危险疏散节点，出口疏散节点以及火点；疏散边的属性包括：疏散边号、首疏散节点号、尾疏散节点号以及疏散边对应的疏散通道的长度和宽度。

还需要说明的是，对初始疏散边对应的疏散通道的长度、烟气影响因子和障碍物影响因子进行加权求和的计算公式为：

式中，

还需要说明的是，疏散通道的烟气影响参数与烟气影响因子的关系如表1所示：

表1疏散通道的烟气影响参数与烟气影响因子的关系

表1中，疏散通道的烟气影响参数包括烟气类型、烟气密度和减光系数，烟气影响因子

疏散通道的障碍物影响参数与障碍物影响因子的关系如表2所示：

表2 疏散通道的障碍物影响参数与其对应的障碍物影响因子的关系

表2中，疏散通道的障碍物影响参数包括障碍物类型和疏散通道剩余宽度，障碍物影响因子

为了便于后续动态搜索可行路径的理解，先对疏散网络一些参数进行定义说明，在疏散网络

式中，

疏散路径

式中，

进一步的，将疏散网络中的先验疏散网络记作

需要说明的是，使用广度优先算法提前离线搜索各疏散节点到出口疏散节点的最短路径及其对应的最短路径的长度，由于先验疏散网络

基于以上说明，在一些实施例中，具体而言，步骤S103中，判断初始路径是否受灾害影响，具体是将火点作为不可通行的疏散节点，疏散节点

S401、当初始路径经过火点，则访问

需要说明的是，受灾害影响区域的周围目标区域指的是火点的邻接疏散节点，也即

S402、根据疏散节点

需要说明的是，可行路径

由于只是对受灾害影响区域周围进行搜索，得到可行路径，故有可能出现将受灾害影响区域替换后的疏散路径存在绕路的情况，故需要进一步的对替换后的疏散路径进行判断是否为最短，具体而言，在一些实施例中，参照图5，步骤S105包括：

S501、基于可行路径，对初始路径进行替换，得到替换路径；

需要说明的是，将可行路径

S502、判断替换路径是否为绕过灾害区域的最短路径；

需要说明的是，依次访问替换路径

式中，疏散节点

S503、若替换路径不为绕过灾害区域的最短路径，则对替换路径进行距离优化，确定优化路径。

需要说明的是，如果

式中，

理想情况下，邮轮上的乘客将按照最短的疏散路径进行疏散，然而在实际疏散过程中，可能会出现某个疏散通道上的人员数量过大从而造成拥挤现象的情况，故可以构建一个实时备选路径集合，为乘客动态规划适应实时环境信息变化的疏散路径，这样乘客在进行疏散时，若避开相对拥堵的路段，选择实时备选路径集合中距离相对较长但不拥堵的备选路径，所耗费的疏散时间反而可能会减少，具体而言，参照图6，步骤S105之后，方法还包括：

S601、将优化路径作为初始迭代路径，并确定迭代路径对应的疏散策略和所述疏散策略对应的总疏散仿真时间，且更新疏散通道的拥挤程度；

S602、基于更新后的疏散通道的拥挤程度确定至少一种备选路径，从优化路径和至少一种备选路径中确定目标路径，并基于目标路径更新迭代路径；

S603、重复以上步骤若干次直至迭代到预设次数，选取最小总疏散仿真时间对应的迭代路径作为最终的优化路径。

为了更好的进行仿真，在一些实施例中，参照图7，步骤S601中，确定迭代路径对应的疏散策略和所述疏散策略对应的总疏散仿真时间，包括：

S701、对迭代路径对应的疏散策略初始化仿真时间，并确定疏散策略对应的各疏散通道上的实时人员数量和实时待疏散人员数量；

需要说明的是，将疏散网络图切割为独立的通道疏散空间，并初始化疏散仿真时间

表3 疏散仿真参数

仿真进行时，以1s为仿真步长，疏散策略为各模拟人员按照迭代路径进行疏散，仿真开始，需要设置模拟人员的初始参数，包括模拟人员的初始位置和初始移动速度，进而可确定各疏散通道上的初始人员数量以及初始待疏散人员数量，实时待疏散人员数量

式中，

S702、基于各疏散通道上的实时人员数量，计算各疏散通道上的实时人员移动速度，基于各疏散通道上的实时人员移动速度确定各疏散通道上的实时转移人员数量；

需要说明的是，将处于邮轮各疏散通道上的模拟人员看成一个分布均匀的整体，因此实时人群密度

基于实时人群密度，实时人员移动速度

宏观流体力学理论认为密集人群的宏观运动与流动的水流类似，疏散通道横截面的人群流量与连续介质的流量类似，因此实时人群流量

实时人群流量

S703、基于当前时刻各疏散通道上的实时转移人员数量，更新下一时刻各疏散通道上的模拟人员数量以及待疏散人员数量，直至实时待疏散人员数量为零，输出总疏散仿真时间。

需要说明的是，在编号为

式中，

在一些实施例中，参照图8，步骤S602，包括：

S801、判断更新后的疏散通道的拥挤程度是否大于该疏散通道的最大拥挤程度；

需要说明的是，疏散通道的最大拥挤程度即疏散通道的最大容纳人员数值，判断疏散通道的拥挤程度是否大于该疏散通道的最大拥挤程度，即判断疏散通道的实时人员数量是否大于该疏散通道的最大容纳人员数值。

S802、若更新后的疏散通道的拥挤程度大于该疏散通道的最大拥挤程度，则对模拟人员进行分流，以确定至少一种备选路径，从优化路径和至少一种备选路径中确定目标路径，并基于目标路径更新迭代路径。

需要说明的是，当火灾事故下的邮轮乘客在进行紧急疏散时，乘客一般是从工作或居住舱室向疏散终点进行转移。一方面，邮轮的疏散终点往往不止一个，可能存在多个集合站或是通过楼梯前往其他甲板疏散；另一方面，邮轮具有较为复杂的内部通道，会存在多条疏散路径通至疏散终点；这些因素有助于提高邮轮应急疏散系统的稳定性，使整个应急疏散运动过程更有安全保障，但也会使人员疏散有更多不确定性，制定疏散路径方案变得更为复杂。

基于以上原因，若采用常规的深度优先搜索（Depth First Search，DFS）算法可以得到网络拓扑中任意两个节点之间的全部可行疏散路径，即可行疏散路径集合，然而，当疏散环境较复杂或疏散网络拓扑节点数较多时，可行疏散路径数量会变得过于巨大，这将导致构建实时备选疏散路径集合的计算时间过长。因此，DFS算法并不满足备选路径的需求，而本实施例中采用K最短路径（K Shortest Path，KSP）算法，可寻找疏散网络中起点至终点的至少k条最短时间路径

为了更好实施本发明实施例中的一种应急疏散路径规划方法，在一种应急疏散路径规划方法基础之上，对应地，如图9所示，本发明实施例还提供了一种应急疏散路径规划装置900，包括：

901、初始路径获取单元，用于根据预设的包含疏散节点和疏散边的疏散网络，确定人员疏散的初始路径；

902、实时灾害信息获取单元，用于获取实时灾害区域环境信息；

903、路径优化单元，用于基于实时灾害区域环境信息，判断初始路径是否受灾害影响，当初始路径受灾害影响时，得到受灾害影响区域，并确定受灾害影响区域周围的邻接疏散节点到出口疏散节点的可行路径，基于可行路径，对初始路径进行替换更新，得到优化路径。

上述实施例提供的应急疏散路径规划装置900可实现上述应急疏散路径规划方法实施例中描述的技术方案，上述各单元具体实现的原理可参见上述应急疏散路径规划方法实施例中的相应内容，此处不再赘述。

如图10所示，本发明还相应提供了一种电子设备1000。该电子设备1000包括处理器1001、存储器1002及显示器1003。图10仅示出了电子设备1000的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。

存储器1002在一些实施例中可以是电子设备1000的内部存储单元，例如电子设备1000的硬盘或内存。存储器1002在另一些实施例中也可以是电子设备600的外部存储设备，例如电子设备1000上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card，SMC），安全数字（Secure Digital，SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。

进一步地，存储器1002还可既包括电子设备1000的内部储存单元也包括外部存储设备。存储器1002用于存储安装电子设备1000的应用软件及各类数据。

处理器1001在一些实施例中可以是一中央处理器（Central Processing Unit，CPU），微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器1002中存储的程序代码或处理数据，例如本发明中的应急疏散路径规划方法。

显示器1003在一些实施例中可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）触摸器等。显示器1003用于显示在电子设备1000的信息以及用于显示可视化的用户界面。电子设备1000的部件1001-1003通过系统总线相互通信。

在本发明的一些实施例中，当处理器1001执行存储器1002中的应急疏散路径规划程序时，可实现以下步骤：

基于预设的包含疏散节点和疏散边的疏散网络，确定人员疏散的初始路径；

获取实时灾害区域环境信息；

基于实时灾害区域环境信息，判断初始路径是否受灾害影响；

当初始路径受灾害影响时，得到初始路径上的受灾害影响区域，并确定受灾害影响区域周围的邻接疏散节点到出口疏散节点的可行路径；

基于可行路径，对初始路径进行替换更新，得到优化路径。

应当理解的是：处理器1001在执行存储器1002中的应急疏散路径规划程序时，除了上面的功能之外，还可实现其他功能，具体可参见前面相应方法实施例的描述。

进一步地，本发明实施例对提及的电子设备1000的类型不做具体限定，电子设备1000可以为手机、平板电脑、个人数字助理(personaldigitalassistant，PDA)、可穿戴设备、膝上型计算机(laptop)等便携式电子设备。便携式电子设备的示例性实施例包括但不限于搭载IOS、android、microsoft或者其他操作系统的便携式电子设备。上述便携式电子设备也可以是其他便携式电子设备，诸如具有触敏表面(例如触控面板)的膝上型计算机(laptop)等。还应当理解的是，在本发明其他一些实施例中，电子设备1000也可以不是便携式电子设备，而是具有触敏表面(例如触控面板)的台式计算机。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。