[发明专利]一种毒气泄漏事故下人群疏散行为动态预测模拟装置及其工作方法

权利要求书

1.一种毒气泄漏事故下人群疏散行为动态预测模拟装置的工作方法，该装置包括触摸屏显示器单元、PC主机单元、第一个WiFi模块单元、第二个WiFi模块单元、ARM单元和LED大屏幕单元；其中，所述触摸屏显示器单元与PC主机单元之间呈双向连接，所述PC主机单元与第一个WiFi模块单元之间呈双向连接；所述ARM单元与第二个WiFi模块单元之间呈双向连接；所述ARM单元与LED大屏幕单元之间呈双向连接；所述第一个WiFi模块单元与第二个WiFi模块单元通过无线路由器单元进行无线通信；其特征在于工作方法包括以下步骤：

①该装置上电后，使用者在PC主机单元和ARM单元进行WiFi无线通信的连接；

②PC主机单元根据毒气泄漏事故人员的心理行为特征、毒气泄漏事故情景，毒气扩散条件，采用元胞自动机原理、疏散动力学原理，疏散心理学，计算出元胞局部的移动规则；

③PC主机单元根据毒气泄漏事故情景，毒气扩散条件，采取高斯气体扩散模型，计算毒气扩散浓度时空动态分布，然后兼顾考虑气体危害特性，综合毒物伤害剂量反应模型，得到疏散速度动态变化的表达式；

④由疏散速度动态变化的表达式和元胞局部的移动规则，构建突发毒气泄漏事故人员疏散模型；

⑤将上述构建的模型应用于人员疏散，对PC主机单元中模拟程序初始化，主要包括输入风向、风速、所在场所布局，场所区域大小、疏散通道、障碍物位置、人员数量、人员分布、人员初始速度泄漏源位置、泄漏量、毒气种类；

⑥待模型初始化结束后，对该模型进行数值模拟，本模型，通过对事故场所中的每个人员单独计算其运动过程，实现群体疏散运动过程的模拟；

⑦将模拟的疏散过程通过WIFI通信发送至ARM单元，ARM单元将疏散过程在LED大屏幕单元显示，以供公众掌握逃生技能；

⑧待本次疏散过程运行结束后，重复步骤⑤；

步骤⑥中，对该模型进行数值模拟是在完成⑤中相关成员类的初始化后，由用户输入运行模拟的命令，系统接收到运行模型的消息，会开始处理消息，利用嵌入的数学模型进行所模拟区域内的毒气扩散过程以及人员移动过程计算，然后根据后台的计算结果进行渲染，实现动态可视化，每迭代计算一步，系统会自动判断是否疏散完毕，如未完成疏散，自动循环计算，如果全部人员已经疏散完毕，则自动退出；或在系统运行过程中接收到终止运行的消息，系统自动退出；

步骤⑥中，通过对事故场所中的每个人员单独计算其运动过程，实现群体疏散运动过程的模拟，包括以下步骤：

1)模型运行初始时刻，计算单个人员所在自身网格和邻居网格的吸引强度P_(i,j)，网格(i,j)的吸引强度P_(i,j)计算方程为：

P_(i,j)＝(k₁P_L+k₂P_D+k₃P_θ)^αN_ij (1)

其中，P_L表示温度较高方向吸引强度；

P_D表示能见度较高方向吸引强度；

P_θ表示出口方向吸引强度；

k₁，k₂，k₃是待定参数，表示权重，k₁+k₂+k₃＝1，0≤k₁，k₂，k₃≤1；

α描述发生火灾事故时疏散人员不同的恐慌程度等心理状态；

2)对比邻近几个网格，选择吸引强度最大的网格作为该人员前进的目标格点，然后判断目标格点是否为当前网络，如果是，则该人员当前时刻停留在原地，等待进入下一个时间单元的计算；如果否，那么就要判断目标网格是否有他人竞争，如果有人竞争，就随机确定该人员是否移动，不移动则停留在原地，如果无人竞争或者经过随机运动确定该人员需要移动，则计算当前格点i与目标格点j的距离D_ij，

3)根据毒气扩散模型计算人员暴露剂量，从而获得该人员的移动速度，过程如下：

用剂量-反应模型来表达人群暴露产生某种伤害反应的概率P，用常数1表示人员的初始健康状态，经过毒气暴露的损伤后，人员的生命值为1-P，假设人员运动速度随着生命值的降低线性减小，当生命值降为0时，人员发生死亡或中毒事件，其速度也降为0，将停止运动；

其中概率P的求解方程为：

式中erf是误差函数；

Y＝a+b ln V (3)

a，b是系数，V为暴露负荷，V＝ΣC^1.0T；

人员在疏散过程中所遭受的烟气伤害剂量可用下式表示：

式中，V为人员从受到烟气伤害作用开始到疏散至当前时刻所遭受的烟气伤害剂量；P₀、P分别为人员初始疏散地(x₀,y₀,z₀)和当前位置(x,y,z)，坐标以火源位置为坐标原点，风向方向为x轴正方向；t₀为人员受到火灾烟气伤害的起始时间，即火灾蔓延至受害人的时间，t为当前时刻；

4)根据火灾事故情景下毒物浓度变化更新速度：在模型中每隔dt的时间更新一次毒物浓度数据，对于某一个人员，在第i次更新模型中的毒物浓度数据后，其附近的毒物浓度值为C_i，经过N次更新时，该人员的累积暴露剂量用C_idt表示，根据式以上步骤中公式(2)、(3)、(4)计算得到该人员发生中毒死亡的概率，设该人员初始行走速度为v₀，则此时其速度更新为v₀(1-P)；

5)根据距离和速度计算到达目标格点需要的时间：

然后在t＝t₀+Δdt时更新人员位置，判断更新后的位置是否达到了疏散重点，如果是，则表示该人员成功疏散，退出循环；如果否，则进入下一个循环，重新计算当前时刻所在的网格与邻居网格的吸引强度，如此往复，直到成功疏散为止。