本發(fā)明涉及建筑安全安全可視化與應(yīng)急方法領(lǐng)域，具體是涉及基于3d技術(shù)的建筑安全可視化應(yīng)急方法。

背景技術(shù)：

1、在火災(zāi)應(yīng)急事件中，煙霧和有害氣體等危險(xiǎn)因素會隨時(shí)間快速擴(kuò)散，現(xiàn)有的應(yīng)急系統(tǒng)通常難以有效地實(shí)時(shí)追蹤這些動態(tài)變化并提供適應(yīng)性疏散指引。特別是在多層建筑中，氣流的復(fù)雜性增加了預(yù)測難度，尤其是在突發(fā)火災(zāi)情況下，缺乏對建筑實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)的分層可視化和交互能力，無法滿足應(yīng)對火災(zāi)或有害氣體泄漏等突發(fā)情況中建筑內(nèi)的實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)散與逃生路徑規(guī)劃。

2、如何通過實(shí)時(shí)3d氣流模擬、傳感器反饋數(shù)據(jù)融合與自適應(yīng)路徑規(guī)劃實(shí)現(xiàn)一種基于3d技術(shù)的建筑安全可視化應(yīng)急方法，為應(yīng)急人員提供動態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測與可視化疏散指引，是一個(gè)亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，提供基于3d技術(shù)的建筑安全可視化應(yīng)急方法，本技術(shù)方案解決了上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、基于3d技術(shù)的建筑安全可視化應(yīng)急方法，包括：

4、基于建筑內(nèi)部的實(shí)時(shí)煙霧監(jiān)測數(shù)據(jù)創(chuàng)建三維氣流模型，對煙霧的3d氣流動態(tài)擴(kuò)散分布進(jìn)行模擬；

5、集成多風(fēng)險(xiǎn)因素對煙霧的危害性進(jìn)行評估，將評估結(jié)果與氣流動態(tài)擴(kuò)散分布模擬結(jié)果結(jié)合，生成實(shí)時(shí)3d風(fēng)險(xiǎn)地圖；

6、基于實(shí)時(shí)3d風(fēng)險(xiǎn)地圖自定義視圖與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級著色，對煙霧擴(kuò)散路徑區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行多維度預(yù)警標(biāo)注；

7、基于多維度預(yù)警標(biāo)注后的實(shí)時(shí)3d風(fēng)險(xiǎn)地圖，動態(tài)規(guī)劃疏散路徑；

8、將3d風(fēng)險(xiǎn)地圖與動態(tài)規(guī)劃選擇的疏散路徑發(fā)送至救援人員可視化終端，對建筑內(nèi)部被困人員進(jìn)行逃生指揮。

9、優(yōu)選的，所述基于建筑內(nèi)部的實(shí)時(shí)煙霧監(jiān)測數(shù)據(jù)創(chuàng)建三維氣流模型，對煙霧的3d氣流動態(tài)擴(kuò)散分布進(jìn)行模擬具體包括：

10、獲取建筑測繪數(shù)據(jù)與建筑內(nèi)傳感裝置實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)；

11、根據(jù)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)和空間特征，引入分層擴(kuò)散模型，通過樓層高度、溫度、風(fēng)速、壓力確定分層擴(kuò)散系數(shù)；

12、基于時(shí)序偏微分方程對煙霧擴(kuò)散進(jìn)行流體計(jì)算，通過有限差分法對時(shí)序偏微分方程進(jìn)行離散化處理，建立煙霧的時(shí)變擴(kuò)散趨勢模擬模型，以獲取在三維空間中煙霧濃度隨時(shí)間的變化情況，時(shí)變擴(kuò)散趨勢模擬模型具體為：；

13、式中，表示煙霧在空間位置和時(shí)間t時(shí)的濃度，是高度z對應(yīng)的分層擴(kuò)散系數(shù)，為氣流速度向量，表示煙霧濃度，為散度項(xiàng)，是拉普拉斯算子；

14、按設(shè)定固定時(shí)間步長更新煙霧濃度分布模擬氣流的流動性，推算煙霧在建筑內(nèi)部的擴(kuò)散路徑和范圍；

15、通過不斷迭代時(shí)變擴(kuò)散趨勢模擬模型，生成煙霧在建筑內(nèi)各區(qū)域的濃度模擬分布，建立建筑內(nèi)部分層煙霧擴(kuò)散的三維模型。

16、優(yōu)選的，所述集成多風(fēng)險(xiǎn)因素對煙霧的危害性進(jìn)行評估，將評估結(jié)果與氣流動態(tài)擴(kuò)散分布模擬結(jié)果結(jié)合，生成實(shí)時(shí)3d風(fēng)險(xiǎn)地圖具體包括：

17、獲取三維模型中煙霧的擴(kuò)散路徑上所設(shè)感應(yīng)設(shè)備的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)；

18、基于感應(yīng)設(shè)備用途對實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分類，設(shè)定每種采集數(shù)據(jù)的預(yù)設(shè)風(fēng)險(xiǎn)閾值，使用動態(tài)權(quán)重機(jī)制評估不同風(fēng)險(xiǎn)因素的危害性貢獻(xiàn)權(quán)重，風(fēng)險(xiǎn)因素的危害性貢獻(xiàn)權(quán)重計(jì)算方式為：；

19、式中，為第i種風(fēng)險(xiǎn)因素的危害性貢獻(xiàn)權(quán)重，為是第i種風(fēng)險(xiǎn)因素的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)值，是第i種風(fēng)險(xiǎn)因素的預(yù)設(shè)風(fēng)險(xiǎn)閾值，是調(diào)節(jié)因子；

20、通過數(shù)據(jù)融合將各類風(fēng)險(xiǎn)因素的危害性疊加整合到分層煙霧擴(kuò)散三維模型中計(jì)算區(qū)域綜合風(fēng)險(xiǎn)值，對整合后的三維模型進(jìn)行區(qū)域綜合風(fēng)險(xiǎn)性評估，區(qū)域綜合風(fēng)險(xiǎn)值的計(jì)算方式為：；

21、式中，為位置在時(shí)間t下的綜合風(fēng)險(xiǎn)值，n為實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)因素的種類；

22、基于煙霧在建筑內(nèi)部的擴(kuò)散路徑的推算結(jié)果，實(shí)時(shí)計(jì)算擴(kuò)散路徑所有區(qū)域坐標(biāo)位置對應(yīng)的綜合風(fēng)險(xiǎn)值，生成實(shí)時(shí)3d風(fēng)險(xiǎn)地圖。

23、優(yōu)選的，所述基于實(shí)時(shí)3d風(fēng)險(xiǎn)地圖自定義視圖與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級著色，對煙霧擴(kuò)散路徑區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行多維度預(yù)警標(biāo)注具體包括：

24、設(shè)定高、中、低三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級，同時(shí)設(shè)定與預(yù)警等級對應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)值梯度區(qū)間，基于rgb顏色空間的三種原色給每個(gè)預(yù)警等級所處的梯度區(qū)間下闕設(shè)定對應(yīng)的初始編碼，作為預(yù)警級別的初始顏色；

25、獲取實(shí)時(shí)3d風(fēng)險(xiǎn)地圖，基于實(shí)時(shí)3d風(fēng)險(xiǎn)地圖中煙霧擴(kuò)散路徑區(qū)域的綜合風(fēng)險(xiǎn)值，動態(tài)生成顏色編碼，對3d風(fēng)險(xiǎn)地圖進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警著色具體為：

26、通過計(jì)算煙霧擴(kuò)散路徑區(qū)域的綜合風(fēng)險(xiǎn)值在其對應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級的梯度區(qū)間內(nèi)所處位置與梯度區(qū)間下闕偏移比例，對該區(qū)域預(yù)警等級的預(yù)警顏色在rgb顏色空間內(nèi)進(jìn)行相同的比例尺度調(diào)整；

27、基于煙霧擴(kuò)散路徑區(qū)域的調(diào)整后的rgb顏色編碼，在3d風(fēng)險(xiǎn)地圖中對煙霧擴(kuò)散路徑區(qū)域進(jìn)行動態(tài)著色；

28、將3d風(fēng)險(xiǎn)地圖中風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級為高的區(qū)域進(jìn)行基于風(fēng)險(xiǎn)因素的二級視圖可視化深入設(shè)計(jì)，通過該區(qū)域?qū)?yīng)的綜合風(fēng)險(xiǎn)值中每種風(fēng)險(xiǎn)因素的危害性貢獻(xiàn)權(quán)重，對rgb顏色編碼對應(yīng)顏色強(qiáng)度進(jìn)行基于動態(tài)權(quán)重的比例拆分；

29、根據(jù)比例拆分后的顏色強(qiáng)度配比，動態(tài)生成每種風(fēng)險(xiǎn)因素對應(yīng)的rgb顏色編碼，對高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警級別區(qū)域?qū)?yīng)的風(fēng)險(xiǎn)因素視圖進(jìn)行二級視圖著色。

30、優(yōu)選的，所述基于多維度預(yù)警標(biāo)注后的實(shí)時(shí)3d風(fēng)險(xiǎn)地圖，動態(tài)規(guī)劃疏散路徑具體包括：

31、設(shè)定預(yù)警等級對應(yīng)顏色的初始顏色權(quán)重，通過實(shí)時(shí)3d風(fēng)險(xiǎn)地圖中區(qū)域的實(shí)時(shí)rgb顏色編碼相對于設(shè)定初始編碼的實(shí)際偏移量對預(yù)警級別顏色權(quán)重進(jìn)行動態(tài)計(jì)算；

32、將建筑內(nèi)每一層逃生通道的路徑排列組合結(jié)果作為可能的疏散路徑；

33、通過對3d風(fēng)險(xiǎn)地圖中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的顏色權(quán)重進(jìn)行積分處理，計(jì)算每條可能的疏散路徑的路徑積分值，具體表達(dá)式為：；

34、式中，為當(dāng)前疏散路徑的路徑積分值，、分別為在坐標(biāo)和時(shí)間t上的高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警級別區(qū)域的顏色權(quán)重和低風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警級別區(qū)域的顏色權(quán)重，為路徑風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域微分；

35、通對每條可能的疏散路徑積分值進(jìn)行路徑積分值最小化選擇，將路徑積分值最小的疏散路徑作為最優(yōu)疏散路徑。

36、優(yōu)選的，所述將3d風(fēng)險(xiǎn)地圖與動態(tài)規(guī)劃選擇的疏散路徑發(fā)送至救援人員可視化終端，對建筑內(nèi)部被困人員進(jìn)行逃生指揮具體包括：

37、將系統(tǒng)實(shí)時(shí)生成的3d風(fēng)險(xiǎn)地圖與動態(tài)規(guī)劃選擇的疏散路徑經(jīng)過數(shù)字化轉(zhuǎn)換發(fā)送至救援人員可視化終端投影設(shè)備；

38、救援人員根據(jù)3d風(fēng)險(xiǎn)地圖的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級視圖著色情況與規(guī)劃疏散路徑勘測，對建筑內(nèi)部被困人員進(jìn)行逃生指揮。

39、進(jìn)一步的，提出基于3d技術(shù)的建筑安全可視化應(yīng)急系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)如上述的基于3d技術(shù)的建筑安全可視化應(yīng)急方法，包括：

40、煙霧動態(tài)擴(kuò)散模擬模塊，所述煙霧動態(tài)擴(kuò)散模擬模塊根據(jù)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)和空間特征，引入分層擴(kuò)散模型確定分層擴(kuò)散系數(shù)，基于時(shí)序偏微分方程對煙霧擴(kuò)散進(jìn)行流體計(jì)算，建立煙霧的時(shí)變擴(kuò)散趨勢模擬模型，通過不斷迭代時(shí)變擴(kuò)散趨勢模擬模型，生成煙霧在建筑內(nèi)各區(qū)域的濃度模擬分布，建立建筑內(nèi)部分層煙霧擴(kuò)散的三維模型；

41、3d風(fēng)險(xiǎn)地圖生成模塊，所述3d風(fēng)險(xiǎn)地圖生成模塊根據(jù)集成多風(fēng)險(xiǎn)因素對煙霧的危害性進(jìn)行評估，將各類風(fēng)險(xiǎn)因素的危害性疊加整合到分層煙霧擴(kuò)散三維模型中計(jì)算區(qū)域綜合風(fēng)險(xiǎn)值，基于煙霧在建筑內(nèi)部的擴(kuò)散路徑的推算結(jié)果，實(shí)時(shí)計(jì)算擴(kuò)散路徑所有區(qū)域坐標(biāo)位置對應(yīng)的綜合風(fēng)險(xiǎn)值，生成實(shí)時(shí)3d風(fēng)險(xiǎn)地圖；

42、3d風(fēng)險(xiǎn)地圖著色模塊，所述3d風(fēng)險(xiǎn)地圖著色模塊基于實(shí)時(shí)3d風(fēng)險(xiǎn)地圖中煙霧擴(kuò)散路徑區(qū)域的綜合風(fēng)險(xiǎn)值，動態(tài)生成顏色編碼，對3d風(fēng)險(xiǎn)地圖進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警著色，將3d風(fēng)險(xiǎn)地圖中風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級為高的區(qū)域進(jìn)行基于風(fēng)險(xiǎn)因素的二級視圖可視化深入設(shè)計(jì)，對高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警級別區(qū)域?qū)?yīng)的風(fēng)險(xiǎn)因素視圖進(jìn)行二級視圖著色；

43、疏散路徑動態(tài)規(guī)劃模塊，所述疏散路徑動態(tài)規(guī)劃模塊確定風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的預(yù)警級別顏色權(quán)重，對3d風(fēng)險(xiǎn)地圖中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的顏色權(quán)重進(jìn)行積分處理，通對每條可能的疏散路徑積分值進(jìn)行路徑積分值最小化選擇，將路徑積分值最小的疏散路徑作為最優(yōu)疏散路徑。

44、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

45、基于建筑內(nèi)部的實(shí)時(shí)煙霧監(jiān)測數(shù)據(jù)創(chuàng)建三維氣流模型，對煙霧的3d氣流動態(tài)擴(kuò)散分布進(jìn)行模擬；集成多風(fēng)險(xiǎn)因素對煙霧的危害性進(jìn)行評估，將評估結(jié)果與氣流動態(tài)擴(kuò)散分布模擬結(jié)果結(jié)合，生成實(shí)時(shí)3d風(fēng)險(xiǎn)地圖；基于實(shí)時(shí)3d風(fēng)險(xiǎn)地圖自定義視圖與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等級著色，對煙霧擴(kuò)散路徑區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行多維度預(yù)警標(biāo)注；基于多維度預(yù)警標(biāo)注后的實(shí)時(shí)3d風(fēng)險(xiǎn)地圖，動態(tài)規(guī)劃疏散路徑；

46、通過實(shí)時(shí)3d氣流模擬、傳感器反饋數(shù)據(jù)融合與自適應(yīng)路徑規(guī)劃實(shí)現(xiàn)了一種基于3d技術(shù)的建筑安全可視化應(yīng)急方法，為應(yīng)急人員提供動態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測與可視化疏散指引。