本发明涉及建筑物技术、智慧建筑和消防安全等领域，特别是涉及一种基于物联网和bim的室内安防疏散系统。
背景技术：
物联网能够与建筑行业相结合，将物联网技术应用于建筑中，帮助人们对建筑的室内环境和室内人员位置进行实时监测，是智慧建筑的重要研究方向。uwb技术作为一种理想的室内定位技术，具有抗干扰能力强、定位精度高、结构简单、能耗低等特点；lora技术是窄带物联网的一种，具有传输距离远、穿透能力强、能耗低等特点；bim技术，即建筑信息模型，它可以提供三维的建筑模型，同时它也是一种全新的建筑管理方法，其将建筑物数据资料全部集成在3d模型中，可以准确地采集建筑数据，bim是建筑信息化的一种手段，其与物联网等信息技术有着天然的结合优势。把bim技术和物联网技术结合，是一个解决建筑行业的相关问题的新思路。
目前的疏散路径规划主要是二维的、静态的，当建筑物复杂时，无法很好地实现疏导效果，所以提出一种三维的、动态的疏散方案十分有必要。利用bim的三维可视功能和物联网实时采集信息的技术优势，可以对上述问题提出解决方法。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种基于物联网和bim的室内安防疏散系统，本系统可以实时动态获得室内人员的位置信息、室内环境信息和结构受力信息，结合人员的位置、室内环境、结构受力信息和室内布局得到人员疏散路径，并实现室内布局、危险区域、安全区域、人员位置和疏散路径的三维可视，从而指导人员有效疏散。
具体包括：室内人员定位系统、室内环境监测系统、建筑结构监测系统、三维动态可视系统和一套动态疏散路径优化方法。
所述室内定位系统，实现对室内人员位置的精确定位，并实时获得人员的位置信息；
所述室内环境监测系统被安装在建筑物的房间内，用于实时监测室内的环境变化；
所述建筑结构监测系统被安装在建筑物的梁、柱、楼板、墙体内或表面，用于监测建筑物的结构受力情况；
所述动态疏散路径优化算法可以根据所述室内环境系统采集的室内环境信息和所述建筑结构监测系统采集的结构受力信息，对室内布局进行危险区域和安全区域的划分。结合所述室内定位系统采集的人员位置信息及划分区域后的室内布局，得出针对受困人员的疏散路径优化方案；
所述三维动态可视系统实现对人员位置、室内布局、危险区域、安全区域和疏散路径的三维可视。
一种基于物联网和bim的室内安防疏散系统，其特征在于：该系统基于bim系统进行搭建，形成的是完整的bim模型，包括室内人员定位系统、室内环境监测系统、建筑结构监测系统、一套动态疏散路径优化算法和三维动态可视系统。室内人员定位系统、室内环境监测系统和建筑结构监测系统通过一套动态疏散路径优化算法与三维动态可视系统进行连接；
所述室内定位系统，能够实现对室内人员位置的精确定位，并实时获得人员的位置信息；
所述室内环境监测系统被安装在建筑物的房间内，用于实时监测室内的环境变化；
所述的建筑结构监测系统被安装在建筑物的梁、柱、楼板、墙体内或表面，用于监测建筑物的结构受力情况；
所述的动态疏散路径优化算法根据所述室内环境系统采集的室内环境信息和所述建筑结构监测系统采集的结构受力信息，对室内布局进行危险区域和安全区域的划分。结合所述室内定位系统采集的人员位置信息及划分区域后的室内布局，得出针对受困人员的疏散路径优化方案；
所述三维动态可视系统能够结合动态疏散路径优化算法实现在bim系统中对人员位置、室内布局、危险区域、安全区域和疏散路径的三维可视。
通过uwb定位技术实时获取人室内人员位置，uwb定位系统由定位标签和定位基站组成，定位标签事先放在人员的身上，在每个房间的角落分别放上定位基站，并把人员位置信息传输到bim模型中，使人员位置信息在bim模型中实现动态可视；
所述室内环境系统借助传感器网络采集室内环境信息，通过lora技术组网进行无线传输，传感器包括温度传感器、氧气浓度传感器、一氧化碳浓度传感器、视频传感器，并把环境信息传输到bim模型中，使室内环境信息在bim模型中得到展示；
所述建筑结构监测系统借助传感器网络采集建筑结构信息，通过lora技术组网进行无线传输，传感器包括应力传感器、应变传感器、倾角传感器和位移传感器，并把结构受力和变形信息传输到bim模型中，使室内环境信息在bim模型中得到展示；
结合人员的位置、室内环境信息、结构受力信息和室内布局，运用优化算法进行最佳疏散路径的优化，并使最佳疏散路径在bim模型中得到展示。
本发明的有益效果
(1)本发明通过物联网对室内环境信息进行实时采集，可以实时动态地反映室内的环境变化，为安防疏散提供有价值的室内环境信息。
(2)本发明通过物联网对建筑结构受力信息进行实时采集，可以实时动态地建筑结构受力和位移变化，为安防疏散提供有价值的结构受力状态信息。
(3)本发明通过简化室内布局逻辑关系，并通过优化算法得到人员的最短疏散路径，可以提高人员的疏散效率，减少人员伤亡。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明实施例公开的一种室内动态安防疏散方法流程图：
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种基于物联网和bim的室内动态安防疏散方法，帮助受困人员找到最佳的疏散路径，提高疏散效率，减少人员伤亡。
参见图1，本发明实施例提供的一种室内动态安防疏散方法，包括：
s1、建立针对建筑物安防疏散的bim模型，bim模型中需要包括建筑物的墙体、门、窗、消防通道和消防设施；如果建筑物已存在bim模型，则对bim模型进行简化，只需选取墙体、梁、柱、楼板、门、窗、消防通道、消防设施等信息；
s2、根据室内各房间的连通关系，得到简化的逻辑拓扑图；
s3、信息采集：主要包括对室内环境信息的采集、建筑结构受力信息采集和室内人员位置信息的采集。
室内环境信息采集：通过布置于室内的所述室内环境监测系统采集室内环境信息，并通过lora网络传回，并在bim模型中展示；所述室内环境信息包括：室内温度、氧气浓度、一氧化碳浓度、视频信息等，用于划分室内布局的安全区域和危险区域；
建筑结构受力信息采集：通过布置于建筑结构中的所述建筑结构监测系统采集建筑结构受力信息，并通过lora网络传回，并在bim模型中展示；所述室内环境信息包括：结构应力、结构应变、结构倾角、结构位移等，用于划分室内布局的安全区域和危险区域；
室内人员位置采集：通过uwb定位系统采集室内人员位置信息，并在bim模型中展示用于确定dijkstra算法的起始计算位置；
s4、根据所述室内环境监测系统采集的室内环境信息和所述建筑结构监测系统采集的建筑结构受力信息划分建筑物内的危险和安全区域：当某些位置采集上来的环境指标达到威胁人员安全的值域时，或当某些位置采集上来的结构监测指标超过安全的值域时，这些位置划分为危险区域；当某些位置采集上来的环境指标未达到威胁人员安全的值域时，或当某些位置采集上来的结构监测指标未超过安全的值域时，这些位置划分为安全区域。并使危险和安全区域的划分在bim模型中展示；
s5、对拓扑图进行修正和更新，当某些位置被划分为危险区域时，对拓扑图的相应位置做出不可通行的处理；
s6、根据更新的拓扑图和室内人员位置信息，采用dijkstra算法得到室内人员的最佳疏散路径，并在bim模型中展示。需要特别说明的是，最佳疏散路径指的是根据产生的危险区域，及bim模型周围环境进行自动规划的距离安全区域最短的路线选择，整体选择需要根据具体的环境进行决定，最佳在本方法中，仅属于一种技术实施描述，不具备技术优选的含义。
技术特征：
1.一种基于物联网和bim的室内安防疏散系统，其特征在于：该系统基于bim系统进行搭建，形成的是完整的bim模型，包括室内人员定位系统、室内环境监测系统、建筑结构监测系统、一套动态疏散路径优化算法和三维动态可视系统；室内人员定位系统、室内环境监测系统和建筑结构监测系统通过一套动态疏散路径优化算法与三维动态可视系统进行连接；
所述室内定位系统，能够实现对室内人员位置的精确定位，并实时获得人员的位置信息；
所述室内环境监测系统被安装在建筑物的房间内，用于实时监测室内的环境变化；
所述的建筑结构监测系统被安装在建筑物的梁、柱、楼板、墙体内或表面，用于监测建筑物的结构受力情况；
所述的动态疏散路径优化算法根据所述室内环境系统采集的室内环境信息和所述建筑结构监测系统采集的结构受力信息，对室内布局进行危险区域和安全区域的划分；结合所述室内定位系统采集的人员位置信息及划分区域后的室内布局，得出针对受困人员的疏散路径优化方案；
所述三维动态可视系统能够结合动态疏散路径优化算法实现在bim系统中对人员位置、室内布局、危险区域、安全区域和疏散路径的三维可视。
2.根据权利要求1所述的基于物联网和bim的室内安防疏散系统，其特征在于：通过uwb定位技术实时获取人室内人员位置，uwb定位系统由定位标签和定位基站组成，定位标签事先放在人员的身上，在每个房间的角落分别放上定位基站，并把人员位置信息传输到bim模型中，使人员位置信息在bim模型中实现动态可视。
3.根据权利要求1所述的基于物联网和bim的室内安防疏散系统，其特征在于：所述室内环境系统借助传感器网络采集室内环境信息，通过lora技术组网进行无线传输，传感器包括温度传感器、氧气浓度传感器、一氧化碳浓度传感器、视频传感器，并把环境信息传输到bim模型中，使室内环境信息在bim模型中得到展示。
4.根据权利要求1所述的基于物联网和bim的室内安防疏散系统，其特征在于：所述建筑结构监测系统借助传感器网络采集建筑结构信息，通过lora技术组网进行无线传输，传感器包括应力传感器、应变传感器、倾角传感器和位移传感器，并把结构受力和变形信息传输到bim模型中，使室内环境信息在bim模型中得到展示。
5.根据权利要求1所述的基于物联网和bim的室内安防疏散系统，其特征在于：结合人员的位置、室内环境信息、结构受力信息和室内布局，运用优化算法进行最佳疏散路径的优化，并使最佳疏散路径在bim模型中得到展示。
6.一种室内动态安防疏散方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，
s1、建立针对建筑物安防疏散的bim模型，bim模型中需要包括建筑物的墙体、门、窗、消防通道和消防设施；如果建筑物已存在bim模型，则对bim模型进行简化，只需选取墙体、梁、柱、楼板、门、窗、消防通道、消防设施信息；
s2、根据室内各房间的连通关系，得到简化的逻辑拓扑图；
s3、信息采集：包括对室内环境信息的采集、建筑结构受力信息采集和室内人员位置信息的采集；
室内环境信息采集：通过布置于室内的所述室内环境监测系统采集室内环境信息，并通过lora网络传回，并在bim模型中展示；所述室内环境信息包括：室内温度、氧气浓度、一氧化碳浓度、视频信息，用于划分室内布局的安全区域和危险区域；
建筑结构受力信息采集：通过布置于建筑结构中的所述建筑结构监测系统采集建筑结构受力信息，并通过lora网络传回，并在bim模型中展示；所述室内环境信息包括：结构应力、结构应变、结构倾角、结构位移，用于划分室内布局的安全区域和危险区域；
室内人员位置采集：通过uwb定位系统采集室内人员位置信息，并在bim模型中展示用于确定dijkstra算法的起始计算位置；
s4、根据所述室内环境监测系统采集的室内环境信息和所述建筑结构监测系统采集的建筑结构受力信息划分建筑物内的危险和安全区域：当某些位置采集上来的环境指标达到威胁人员安全的值域时，或当某些位置采集上来的结构监测指标超过安全的值域时，这些位置划分为危险区域；当某些位置采集上来的环境指标未达到威胁人员安全的值域时，或当某些位置采集上来的结构监测指标未超过安全的值域时，这些位置划分为安全区域；并使危险和安全区域的划分在bim模型中展示；
s5、对拓扑图进行修正和更新，当某些位置被划分为危险区域时，对拓扑图的相应位置做出不可通行的处理；
s6、根据更新的拓扑图和室内人员位置信息，采用dijkstra算法得到室内人员的最佳疏散路径，并在bim模型中展示。
技术总结
本发明公开了一种基于物联网和BIM的室内动态安防疏散系统，包括：室内人员定位系统、室内环境监测系统、建筑结构监测系统、一套动态疏散路径优化算法和三维动态可视系统，所述室内环境监测系统被安装在建筑物的房间内；所述建筑结构监测系统被安装在建筑物的梁、柱、楼板、墙体内；所述动态疏散路径优化算法可以根据所述室内环境系统采集的室内环境信息和所述建筑结构监测系统采集的结构受力信息，对室内布局进行危险区域和安全区域的划分，结合所述室内定位系统采集的人员位置信息及划分区域后的室内布局，得出针对受困人员的疏散路径优化方案；当地震、火灾等灾害发生时，可以帮助受困人员找到最佳的疏散路径，提高疏散效率，减少人员伤亡。
技术研发人员：刘占省;张安山;黄春;霍红元;王京京;邢泽众;刘習美;蒋安桐;王宇波;孙佳佳;史国梁;刘子圣;孟鑫桐;矫悦悦;白文燕;侯笑;曹存发;蔺宏远;李文杰;杨希温;陈飞
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：.11.20
技术公布日：.02.28
