基于移動互聯(lián)網(wǎng)的綜合樓宇應(yīng)急疏散導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

?文、圖／北京市安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)研究院 侯占杰 范麗娜 李夢璐 翟曉雁

隨著城市化進(jìn)程的加快，各地出現(xiàn)大量超高層建筑、多層地下空間和城市綜合體等綜合樓宇，這類綜合樓宇由于建筑體量大、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜、功能分區(qū)多等特點(diǎn)，與其他建筑相比，發(fā)生突發(fā)情況后應(yīng)急疏散路線更復(fù)雜、應(yīng)急逃生難度更大，樓內(nèi)人員如果對環(huán)境不熟悉，很難準(zhǔn)確快速找到最短的疏散路線。因此，通過更為有效的手段輔助應(yīng)急逃生，提升應(yīng)急疏散能力，提高疏散效率是亟需解決的問題。

目前，移動互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展給社會生產(chǎn)和生活產(chǎn)生了巨大的改變，尤其是4G、5G 移動網(wǎng)絡(luò)的普及，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣仍絹碓娇?，為基于移動互?lián)網(wǎng)的應(yīng)急疏散導(dǎo)航的應(yīng)用提供了重要條件。不少學(xué)者已經(jīng)展開研究，并且取得了顯著的成果。張少平等構(gòu)建了基于移動終端的疏散時(shí)間的路徑規(guī)劃，但只在火災(zāi)發(fā)生時(shí)才能使用，并需要用戶向服務(wù)器請求支援后才能顯示疏散路徑。余芳文等融合多種上下文構(gòu)建適合醫(yī)院等室內(nèi)應(yīng)急疏散導(dǎo)航模型，并針對認(rèn)知障礙、移動障礙、視覺障礙等不同類型人員提供地圖、語音、短信等個性化的功能，但未考慮為行動受限人員提供避難層、避難間的疏散路徑。本文擬通過構(gòu)建樓宇應(yīng)急疏散模擬地圖，定位人員位置和災(zāi)害發(fā)生位置，為需要疏散人員在移動終端提供可視化的最短、最科學(xué)的疏散路徑，引導(dǎo)疏散人員快速、高效、合理、安全逃生。

應(yīng)急疏散地圖設(shè)計(jì)

樓宇內(nèi)電子地圖是進(jìn)行應(yīng)急疏散導(dǎo)航的基礎(chǔ)，通過對樓宇內(nèi)地圖的繪制，建立室內(nèi)疏散路徑模型，采用相關(guān)算法實(shí)現(xiàn)路徑導(dǎo)航的功能。地圖主要有二維、2.5維和三維地圖，由于二維地圖制作更簡便、運(yùn)行更快，因此，本課題選取二維地圖來展示樓宇內(nèi)的應(yīng)急疏散路徑。

根據(jù)應(yīng)急疏散需求，疏散導(dǎo)航地圖需包含建筑平面圖、疏散路線、消防設(shè)備及報(bào)警裝置的位置、應(yīng)急設(shè)備及疏散輔助裝備的位置、避難場所和集合點(diǎn)的位置。通過對樓宇內(nèi)布局和結(jié)構(gòu)的分析，以樓層為基本單位，對各要素由相應(yīng)的符號或圖標(biāo)構(gòu)成。

通過建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)圖紙等相關(guān)數(shù)據(jù)，采集樓宇內(nèi)消防及應(yīng)急設(shè)施等輔助信息，進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換為制圖的矢量數(shù)據(jù)文件，形成點(diǎn)線面樓內(nèi)數(shù)據(jù)，構(gòu)建導(dǎo)航路網(wǎng)數(shù)據(jù)集。

應(yīng)急疏散路線設(shè)計(jì)

應(yīng)急疏散路徑長度直接影響疏散時(shí)間，通過建立道路拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型，搜集包括走道長度、寬度、起節(jié)點(diǎn)、終節(jié)點(diǎn)等數(shù)據(jù)，采用路徑起經(jīng)終點(diǎn)，通過路網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，根據(jù)最短路徑算法查找并繪制規(guī)劃最短路徑，完成路徑規(guī)劃，如圖1所示。

圖1 應(yīng)急疏散路線導(dǎo)航設(shè)計(jì)

目前對最優(yōu)路徑算法的研究較多，主要有傳統(tǒng)路徑規(guī)劃算法和智能路徑規(guī)劃算法這兩類。其中，智能路徑規(guī)劃算法以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等為代表，傳統(tǒng)路徑規(guī)劃算法以D ijkstra算法等為代表。由于D ijkstra算法效果較好，更具穩(wěn)定性，本課題選擇D ijkstra算法進(jìn)行路徑規(guī)劃計(jì)算，以樓內(nèi)人員位置為初始點(diǎn)計(jì)算到疏散出口的最短的路徑，并避開火災(zāi)發(fā)生危險(xiǎn)區(qū)域。

應(yīng)急疏散導(dǎo)航界面設(shè)計(jì)

主界面采用扁平化設(shè)計(jì)。導(dǎo)航的界面一般根據(jù)導(dǎo)航的目的、類別和特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，目前市場上的導(dǎo)航設(shè)計(jì)類型主要有層級式、扁平式和內(nèi)容主導(dǎo)式三種。其中，扁平式比較常見，且布局不局限在某個位置，樣式比較豐富，比較符合應(yīng)急疏散導(dǎo)航的需要，因此本課題選擇扁平式的設(shè)計(jì)，將地圖界面直接展示在導(dǎo)航界面的首頁，未進(jìn)行層級的劃分，用戶無需進(jìn)行界面的選擇和切換。

人員和災(zāi)害位置手動定位。導(dǎo)航界面采用明顯符號進(jìn)行標(biāo)注，以火災(zāi)為例，設(shè)計(jì)火把和奔跑中的人像代表火災(zāi)發(fā)生的位置和人所在的位置，用戶通過手動點(diǎn)擊的方式移動火把和人兩個圖標(biāo)至相應(yīng)位置即可完成地址相關(guān)數(shù)據(jù)的錄入，能夠在應(yīng)急逃生狀況下方便快捷地完成定位。

疏散路徑直觀展示。在導(dǎo)航界面中完成定位后，系統(tǒng)將快速搜索最短路徑及估算疏散時(shí)間，并在界面的地圖上通過綠色線路和綠色箭頭對疏散線路進(jìn)行標(biāo)記，向使用人員展示可以疏散的路徑，幫助引導(dǎo)人員疏散。

應(yīng)急疏散導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)例研究

本課題組選擇北京市安全生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)基地作為應(yīng)用場所，進(jìn)行室內(nèi)地圖和疏散路徑數(shù)據(jù)的制作，并生成離線數(shù)據(jù)部署于移動端設(shè)備，通過手機(jī)終端應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)樓宇內(nèi)應(yīng)急疏散導(dǎo)航功能。樓宇應(yīng)急疏散導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用程序主要實(shí)現(xiàn)了樓宇內(nèi)地圖展示、人員位置點(diǎn)選、災(zāi)害位置點(diǎn)選和規(guī)劃疏散路徑展示等功能模塊。樓宇內(nèi)人員在手機(jī)客戶端點(diǎn)選所在位置和災(zāi)害發(fā)生位置，模型通過位置數(shù)據(jù)和樓宇內(nèi)平面布置數(shù)據(jù)，按照就近原則和避開災(zāi)害位置原則，快速計(jì)算并顯示最優(yōu)疏散路線。

應(yīng)急疏散導(dǎo)航程序執(zhí)行流程包括程序獲取、程序啟動、路徑計(jì)算和導(dǎo)航執(zhí)行四個步驟。程序獲取指的將應(yīng)用程序的二維碼張貼在實(shí)訓(xùn)基地的顯著位置方便用戶獲取，進(jìn)入實(shí)訓(xùn)基地培訓(xùn)的人員可以通過掃描二維碼進(jìn)入疏散導(dǎo)航程序。當(dāng)實(shí)訓(xùn)基地一旦發(fā)生相關(guān)災(zāi)害，消防應(yīng)急廣播告知現(xiàn)場人員災(zāi)害發(fā)生的位置，現(xiàn)場人員在疏散導(dǎo)航程序內(nèi)標(biāo)記應(yīng)急廣播告知的災(zāi)害位置和自身所在位置即可啟動導(dǎo)航程序，導(dǎo)航程序即可根據(jù)現(xiàn)場人員輸入的位置進(jìn)行路徑選擇，避開災(zāi)害發(fā)生的位置，為用戶顯示最優(yōu)疏散路線，并預(yù)估該路線所需的疏散時(shí)間，疏散人員通過導(dǎo)航指引，按照疏散路線進(jìn)行快速疏散，直至到達(dá)安全區(qū)域，如圖2所示。

基于上述設(shè)計(jì)的應(yīng)急疏散導(dǎo)航，很好輔助了傳統(tǒng)的疏散系統(tǒng)，與消防應(yīng)急廣播形成了有效的對接，實(shí)現(xiàn)了疏散路線的最優(yōu)選擇，并提供了疏散時(shí)間，達(dá)到穩(wěn)定人員情緒的目的。

輔助傳統(tǒng)疏散措施。傳統(tǒng)樓宇內(nèi)的應(yīng)急疏散主要依賴于疏散指示標(biāo)志的指引、應(yīng)急廣播的播報(bào)和現(xiàn)場人員的疏導(dǎo)，應(yīng)急疏散導(dǎo)航可以同步作為附加的疏散措施，對傳統(tǒng)的疏散方法予以輔助和支持，增大安全冗余。

與消防應(yīng)急廣播有效對接。災(zāi)害位置的確定通過應(yīng)急廣播的播報(bào)來確定，加強(qiáng)了樓宇消防中控發(fā)布的應(yīng)急廣播與疏散導(dǎo)航系統(tǒng)能夠有效對接，幫助既定疏散方案的實(shí)施。

實(shí)現(xiàn)疏散路線的最優(yōu)選擇。應(yīng)急疏散導(dǎo)航系統(tǒng)可以根據(jù)人員位置、災(zāi)害位置快速計(jì)算最優(yōu)的疏散路線。能夠讓不同位置的人員根據(jù)具體情況選擇疏散路線，減少人員因?yàn)榄h(huán)境不熟悉而出現(xiàn)無序亂跑等問題。

提供預(yù)估疏散時(shí)間，穩(wěn)定人員情緒。疏散導(dǎo)航系統(tǒng)在計(jì)算疏散路徑的同時(shí)，還可以計(jì)算疏散時(shí)間，時(shí)間預(yù)期對于穩(wěn)定疏散人員的情緒具有一定促進(jìn)作用。

圖2 應(yīng)急疏散導(dǎo)航路線

結(jié)語

本課題通過樓宇內(nèi)部結(jié)構(gòu)繪制疏散地圖，并根據(jù)人員和災(zāi)害位置采用D ijkstra算法規(guī)劃疏散路線，利用移動終端為樓內(nèi)人員進(jìn)行應(yīng)急疏散導(dǎo)航，為樓宇內(nèi)應(yīng)急疏散問題的破解提供了解決方案，對于提高疏散效率，增加災(zāi)難情況下的逃生概率具有較好的探索意義，在應(yīng)急管理領(lǐng)域進(jìn)一步探索新技術(shù)的應(yīng)用，再一次驗(yàn)證新技術(shù)可以通過與應(yīng)急管理相關(guān)特點(diǎn)有效結(jié)合，借鑒設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)更好的應(yīng)用。今后，課題組將選取多層平面場所作為實(shí)驗(yàn)場地，進(jìn)一步優(yōu)化和提高應(yīng)急疏散路線模型，補(bǔ)充和完善導(dǎo)航系統(tǒng)功能，增加位置自動定位功能、語音功能、應(yīng)急救助等功能。