(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111655883.6 (22)申请日 2021.12.3 0 (71)申请人 湘潭大学 地址 411100 湖南省湘潭市西郊 (72)发明人 石东平　陈中　刘勋　谢承煜　 熊立春　张孝强　何利文　王晋淼　 (74)专利代理 机构 北京盛凡佳华专利代理事务 所(普通合伙) 11947 代理人 安利敏 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G08B 21/14(2006.01) G06F 17/11(2006.01) (54)发明名称 结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径 规划方法和系统 (57)摘要 本发明公开了一种结合空间浓度势场和毒 性负荷的应急路径规划系统， 包括信息采集模 块、 数据分析模块和路线通知模块， 信息采集模 块包括毒气泄漏报警器、 风速风向仪、 中央管理 后台， 数据分析模块用于毒气 扩散模拟和浓度的 计算。 本发明属于安全工程规划系统技术领域， 具体是提供了一种结合化工园的实时风场风向、 风速数据， 计算毒气泄露的影响范围和程度， 能 有效通知危险区域的人群先撤离， 通过空间浓度 势场的负方向来限制应急疏散 路径的方向， 提高 算法的收敛速度， 通过用毒气负荷替代距离来确 定最佳的应急疏散路径， 更具有实际效果的结合 空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划方法 和系统。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 114399100 A 2022.04.26 CN 114399100 A 1.结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划系统， 其特征在于： 包括信息采集模 块、 数据分析模块和路线通知模块， 所述信息采集模块包括毒气泄漏报警器、 风速风向仪以及中央管理后台， 所述毒气泄 漏报警器安装设于化工园每栋建筑的关键位置处， 所述毒气泄漏报警器用于检测化工园建 筑内毒气的浓度， 当毒气泄露超过警报值时， 毒气泄漏报警器报警并将数据上传至中央管 理后台内， 所述风速风向仪装配设于化工园的周围， 所述风速风向仪用于实时采集并记录 该区域的风速、 风向等气象数据， 所述毒气泄漏报警器报警时、 风速风向仪同时将实时的气 象数据上传到中央管理后台 内； 所述数据分析模块用于毒气扩散模拟和浓度的计算， 并根据计算结果进行应急疏散区 域的划分， 分析 出最佳应急疏散路线； 所述路线通知模块包括广播通知设备、 显示牌通知设备， 通过在化工园各区域设立广 播通知设备， 播报该区域人群的疏散方式， 显示牌通知设备包括建筑内部显示屏和园区中 心显示屏， 通过在每栋建筑物的建筑内部显示屏上显示该建筑物的应急疏散路线， 在化工 园的中心设置园区中心显示屏， 园区中心显示屏上显示所有位置的应急疏散路线， 全面指 导人群迅速按疏散路线撤 离。 2.根据权利要求1所述的一种结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划系统， 其 特征在于： 所述数据分析模块对于确定最佳应急疏散路线包括以下步骤： 步骤一、 毒气浓度计算： 对于固定点源瞬间泄露事故， 用高斯烟团模型进行毒气扩散模拟和浓度计算， 表达式 为： 式a中， (x0， y0， z0)为泄漏事故点坐标； C为空间点(x， y， z)在t时刻空气中有毒物质的质 量浓度， 单位为mg/m3； Q为泄漏源强， 单位为mg； σ x、 σ y、 σ z为水平方向和垂直方 向上的扩散 参数； 对于固定点源连续泄漏事故， 用高斯烟羽模型进行毒气扩散模拟和浓度计算， 表达式 为： 式b中， C(x， y， z)表示空间点(x， y， z)处泄漏气体的浓度， 单位为mg/m3； Q表示泄漏平均 源强， 单位为mg/s； u表示环境平均风速， 单位为m/s； He表示有效泄漏高度， H表示泄漏口距 地面的几何高度， ΔH表 示烟气抬升高度， 即He＝H+ΔH， 单位为m； σ y和σ z分别表 示Y和Z方向 的扩散参数， 单位 为m； 步骤二、 应急疏散区域划分： 根据ERPG浓度划分， ERPG界定 了化学物三种不同的浓度限值： 毒气浓度在ERPG ‑3区间内时， 将该区域划分为重度危险区； 毒气浓度在ERPG ‑2区间内 时， 将该区域划分为中度危险区； 毒气浓度在ERPG ‑1区间内时， 将该区域划分为轻度危险 区；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114399100 A 2步骤三、 应急疏散路线方向的确定： 以受灾点为中心， 风向的下风向为X轴正方向， 与下方向垂直的方向为Y轴正方向， 垂直 地面向上 的方向为Z轴正方向建立笛卡尔坐标系； 每个建筑物、 标志性地点、 避难所作为基 点的经纬度为X坐标； 通过高斯模型计算污染物浓度， 获得空间浓度势场， 通过浓度梯度的下降最快的方向， 即空间浓度势场的负方向来确定应急疏散路径的方向； 并分别计算该基点以东、 东南、 南、 西南、 西、 西北、 北、 东北八个方向的直线距离3m、 5m、 8m的污染物浓度； 分别计算每个方向上污染物浓度的降低值ΔC/L的平均值， 浓度梯度降低最大的方向 及其上下45°范围确定为疏散路线的方向； 步骤四、 毒性负荷的计算： 通过建立的笛卡尔坐标系确定每个基点的X坐标， 以每个基点作为基本单位确定疏散 路线， 以毒性负荷最低为疏散目标； 毒性负荷是关系时间的函数， 公式如下： 式d中， Pc为毒性负荷； C为浓度值或暴露剂量； X为基点所处的位置； T表示暴露时间； n 为取决于毒气性质的常数； 假设疏散人群以稳定的速度(V)进行疏散， 疏散路径总路程为L， 则疏散时间T＝L/V， 由 此可以得到毒性负荷和疏散路程的函数关系式如式e 所示： 步骤五、 最佳应急疏散路线的确定： 结合毒性负荷改进Dijkstra算法， 根据公式计算(某一基点)起点n到某一安全避难所m 的毒性负荷Pc(n， m)。 3.根据权利要求2所述的一种结合空间浓度势场和毒性负荷的应急路径规划系统， 其 特征在于： 所述 最佳应急疏散路线的确定， 包括以下步骤： 1)集合N中仅含有起点n； 集合M中包含沿应急疏散方向所有可以经过的安全避难所m和 道路相交的节点i， 即N＝{n}， M＝(1， 2 …， m)U(1， 2， …， i)， 由毒性负荷计算公式可得到毒性 负荷和路程的关系， Pn＝0， Pn表 示在起点处的毒性负荷， Pnm表 示从起点到安全避难所的毒 性负荷； 应急疏散路径的总毒性负荷标记为 “从起点到安全避难所受到的毒性负荷 ”； 2)将集合M中与集合N相邻的节点或者安全避难所m标记为已知点， 并按起点n到已知点 的毒性负荷最小值依次将已知点加入集 合N中， 同时将这些已知点在集 合M中删除； 3)重复步骤2)的操作， 直到集合M为零， 同时保持起点n到集合M中其他所有节点的毒性 负荷不大于从起 点n到集合M中任何节点的最小 毒性负荷； 4)查验集合M中所有安全避难所到到起点的毒性负荷， 找到其中毒性负荷最小的应急 疏散路径为权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114399100 A 3