第7期 詹子娜等：基于避险设施的火灾救援及避灾路线算法 ·967· 因素的实时影响并未考虑，避灾路线选择的智能化 自动形成包括应急预案、应急响应级别、救援力量、 现场适用性不强则。现今随着煤矿“六大系统” 救援物资调度等应急救援方案。火情及救援方案的 的全面构建，紧急避险在全国矿井的逐步推进可， 判断主要通过对历史火灾处理和实践丰富的专家经 给矿工提供了三级避险安全保障体系@，为最大程 验的提炼，具有较强的可操作性和实用性。 度上发挥紧急避险系统的作用和功能，并在最短时 应急预案 间内确定人员到紧急避险设施内的最佳避灾路线成 通风系统 图形数据 为矿井应急避险救灾亟待解决的重要问题。 监测监控 监测信息 应急响应 本文针对全国首个紧急避险系统示范矿—常 人员定位 易燃物信息 专家库 村煤矿，着重阐述了基于紧急避险设施的矿井火灾 紧急避险设施 数学模型 救援力量和物资 应急救援系统构建的理念和功能，以及基于避险设 图形库 数据库 方法库 知识库 施的最佳避灾路线选择的原则和准则，并利用堆数 救援决策系统 据结构对Dijkstra算法进行了改进和仿真模拟 人机交互界面 分析。 用户 1矿井火灾救援系统的构建 图1救援系统结构图 Fig.1 Structure of the rescue system 1.1矿井火灾救援系统的理念 矿井火灾应急救援系统是基于紧急避险系统的 1.2救援系统功能的实现 构建与规划对接了矿井“六大系统”平台，形成了煤 救援系统的功能主要为实现火灾计算机模拟最 矿新型安全防护体系，革新了传统应急救援与避险 佳避灾与救援避险的动态选择进行开发和编码，为 的概念，救援系统结构如图1所示。 灾后控制方案的制定提供依据。利用地理信息系统 (1)图形库。针对井下工作面不断变化的特 (GS)的强大空间分析功能和扩展性的，开发并实 点，为提高地面决策人员对井下网络系统及火灾发 现地理属性分布数据的采集、储存、管理、运算、分析 展趋势的认知水平，利用VC#语言开发了具有地理 和显示功能，并采用非稳态模拟方法中的时间步长 属性的交互式图形可视化系统。该系统同时实现了 法对火灾时期风网参数随时间的变化规律进行跟踪 在线和后台同步绘制、修改和上传的功能，并以此建 和分析。这里主要采用了烟流温度、火风压等数学 立了井下通风系统、紧急避险系统、井下人员定位系 模型进行网络中风流计算和迭代)。关于数学模 统、消防和救援设备及设施、供水施救管路、可燃物 型不再赘述，模拟流程与仿真结果如图2和图3 和安全监测监控系统等位置的图层库和关联关系。 所示。 实现与绘制软件Auto CAD和ArcGIS的互联。 火灾模拟 火源位置确定 (2)数据库。为满足井下正常时期日常管理的 需求，建立了通风网络数据库，存储其通风网络管线 通风网络解算 异常数据和 状态分析与推理 的风网参数和巷道通行能力参数。针对火灾特殊时 风流 期，为满足火灾发展的动态特殊要求，利用数据库 逆转 监测系统 SQL Server2008开发了具有存储、显示、修改、导入 否 人员位置 及与ArcGIS具有兼容性的数据库。数据根据系统 火灾能响范围显示 设计的不同模块的安排，在计算机上不同功能区域 避险设施布置 能够直接显示。 最佳避灾路线选择 改进Dijkstra (3)方法库。本系统为解决井下火灾的判断的 图2火灾救援系统模拟流程图 模糊性，基于井下监测监控系统，采用基于规则的产 Fig.2 Flow chart of fire rescue system simulation 生和推理方法)，通过监测监控传输的异常参数数 据，判断火源位置，对灾情进行预警警报，并根据数 矿井火灾模拟功能的实现，首先用户界面会根 学模型进行计算描述，包括风网解算、火灾模拟计算 据监测监控系统传输的数据和异常状态进行判断和 以及基于避险设施的最佳避灾路线模型。 演绎分析，确定可能的火源位置，并实现火灾的音频 (4)知识库。主要根据火灾事故模拟的结果， 预警和报警。用户根据计算机提示的火源位置，只 判断火灾灾情的影响程度。利用专家推理的方法， 需用鼠标在系统图上左键一点，并在功能菜单上选第 7 期 詹子娜等: 基于避险设施的火灾救援及避灾路线算法 因素的实时影响并未考虑，避灾路线选择的智能化 现场适用性不强［7 － 8］。现今随着煤矿“六大系统” 的全面构建，紧急避险在全国矿井的逐步推进［9］， 给矿工提供了三级避险安全保障体系［10］，为最大程 度上发挥紧急避险系统的作用和功能，并在最短时 间内确定人员到紧急避险设施内的最佳避灾路线成 为矿井应急避险救灾亟待解决的重要问题。 本文针对全国首个紧急避险系统示范矿———常 村煤矿，着重阐述了基于紧急避险设施的矿井火灾 应急救援系统构建的理念和功能，以及基于避险设 施的最佳避灾路线选择的原则和准则，并利用堆数 据结 构 对 Dijkstra 算法进行了改进和仿真模拟 分析。 1 矿井火灾救援系统的构建 1. 1 矿井火灾救援系统的理念 矿井火灾应急救援系统是基于紧急避险系统的 构建与规划对接了矿井“六大系统”平台，形成了煤 矿新型安全防护体系，革新了传统应急救援与避险 的概念，救援系统结构如图 1 所示。 ( 1) 图形库。针对井下工作面不断变化的特 点，为提高地面决策人员对井下网络系统及火灾发 展趋势的认知水平，利用 VC#语言开发了具有地理 属性的交互式图形可视化系统。该系统同时实现了 在线和后台同步绘制、修改和上传的功能，并以此建 立了井下通风系统、紧急避险系统、井下人员定位系 统、消防和救援设备及设施、供水施救管路、可燃物 和安全监测监控系统等位置的图层库和关联关系。 实现与绘制软件 Auto CAD 和 ArcGIS 的互联。 ( 2) 数据库。为满足井下正常时期日常管理的 需求，建立了通风网络数据库，存储其通风网络管线 的风网参数和巷道通行能力参数。针对火灾特殊时 期，为满足火灾发展的动态特殊要求，利用数据库 SQL Server 2008 开发了具有存储、显示、修改、导入 及与 ArcGIS 具有兼容性的数据库。数据根据系统 设计的不同模块的安排，在计算机上不同功能区域 能够直接显示。 ( 3) 方法库。本系统为解决井下火灾的判断的 模糊性，基于井下监测监控系统，采用基于规则的产 生和推理方法［11］，通过监测监控传输的异常参数数 据，判断火源位置，对灾情进行预警警报，并根据数 学模型进行计算描述，包括风网解算、火灾模拟计算 以及基于避险设施的最佳避灾路线模型。 ( 4) 知识库。主要根据火灾事故模拟的结果， 判断火灾灾情的影响程度。利用专家推理的方法， 自动形成包括应急预案、应急响应级别、救援力量、 救援物资调度等应急救援方案。火情及救援方案的 判断主要通过对历史火灾处理和实践丰富的专家经 验的提炼，具有较强的可操作性和实用性。 图 1 救援系统结构图 Fig． 1 Structure of the rescue system 1. 2 救援系统功能的实现 救援系统的功能主要为实现火灾计算机模拟最 佳避灾与救援避险的动态选择进行开发和编码，为 灾后控制方案的制定提供依据。利用地理信息系统 ( GIS) 的强大空间分析功能和扩展性［12］，开发并实 现地理属性分布数据的采集、储存、管理、运算、分析 和显示功能，并采用非稳态模拟方法中的时间步长 法对火灾时期风网参数随时间的变化规律进行跟踪 和分析。这里主要采用了烟流温度、火风压等数学 模型进行网络中风流计算和迭代［13］。关于数学模 型不再赘述，模拟流程与仿真结果如图 2 和图 3 所示。 图 2 火灾救援系统模拟流程图 Fig． 2 Flow chart of fire rescue system simulation 矿井火灾模拟功能的实现，首先用户界面会根 据监测监控系统传输的数据和异常状态进行判断和 演绎分析，确定可能的火源位置，并实现火灾的音频 预警和报警。用户根据计算机提示的火源位置，只 需用鼠标在系统图上左键一点，并在功能菜单上选 · 769 ·