本发明涉及交通安全领域，尤其涉及一种铁路隧道紧急救援站的火灾环境应急疏散系统。
背景技术：
1、铁路作为重要的交通运输系统，其安全运营至关重要。随着铁路网的快速发展，特别是高速铁路的广泛建设，铁路隧道数量迅速增加。然而，铁路隧道一旦发生火灾，其闭塞的空间、特殊的通风条件以及有限的逃生通道等因素，会使火灾的危害性和复杂性大幅增加，对人员疏散和财产保护提出了极大的挑战。根据相关要求：“列车在隧道内发生火灾时，应控制列车驶出隧道进行疏散；若列车不能驶出隧道，应控制列车停靠在紧急救援站进行疏散”。因此，深入研究铁路隧道紧急救援站火灾事故下的疏散环境监测预警以及疏散路径规划技术，具有重要的现实意义和迫切的需求。
2、目前，国内外在隧道内火灾监测和预警技术方面已取得一定成果。例如一些研究开发了基于不同类型探测器的隧道防火技术，能实时监测并在火灾发生时自动触发报警和启动消防设施。也有一些研究开发隧道环境监测系统，能在火灾发生后自动启动消防和通风系统，保证隧道内空气质量。然而，现有研究实现的功能局限在监测火灾是否发生以及判断火灾整体发展态势，但针对火灾发生时人员疏散环境劣化的监测并未实现，尤其是针对铁路隧道紧急救援站火灾下人员疏散环境中，致灾因素的实时监测预警和系统化动态疏散策略调控方面的研究几乎没有，即现有的监测预警装置或系统并不能实现对隧道内火灾下疏散环境中的致灾因素实时监测预警，输出实时最优疏散路径的功能。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种铁路隧道紧急救援站的火灾环境应急疏散系统，以改善上述问题。
2、本发明是这样实现的：
3、一种铁路隧道紧急救援站的火灾环境应急疏散系统，其包括：
4、子系统和中央系统；所述子系统按一定间距安装于紧急救援站侧壁，且子系统采集的数据通过串行通信的方式传输至中央系统；其中：
5、所述子系统包括：
6、数据采集模块，实时监测子系统所在区域下各类致灾因素数据；
7、数据分析模块，根据各类致灾因素数据，利用时间滤波的并行计算判断算法，通过阈值比对判定所在区域的危险程度；
8、警报模块，根据所述危险程度发出警报以及指示安全疏散方向的作用；
9、所述中央系统，用于汇总所有子系统的数据后，在预设二维网格地图中动态划分安全疏散区域，并基于结合铁路隧道火灾特殊环境的改进d*算法计算各网格到安全区域的最优疏散路径以避开危险区域，最终得到结合火灾环境实时变化的最优疏散路径，然后将信号传输回各子系统进行疏散方向指示。
10、优选地，所述数据采集模块包括温度传感器、氧气浓度传感器、热辐射传感器、co浓度传感器、能见度传感器；各个传感器通过模拟信号传输及数字信号传输的方式将采集到的数据传输至数据分析模块。
11、优选地，所述数据分析模块包括传感器接口、微处理器单元以及通信接口；其中：
12、所述传感器接口，用于接收各个传感器传输的不同类别的环境参数；
13、所述微处理器单元，用于接收所述传感器接口传递的环境参数数据，并对环境参数进行预处理，以转换为微处理器单元能够处理的统一格式；其中，在预处理时，定义一个计时器，以预设的标准时间间隔，将不同传感器的环境参数按照时间戳进行匹配和对齐，以确保数据的一致性和准确性，然后将环境参数以及相应时间戳分别填充到对应的结构体字段中，得到统一格式的环境参数；
14、所述微处理器单元还用于，将不同传感器处理后的环境参数与预设的阈值进行比较，判断环境参数是否超过其对应的阈值，并根据超过阈值的情况，采用时间滤波的并行计算环境参数安全判断算法，对环境参数进行安全判断，并在判断子系统所处区域被判定为危险区域时，通过通信接口向警报模块发出报警信号。
15、优选地，时间滤波的并行计算环境参数安全判断算法的具体判断流程为：
16、定义n个环境参数的阈值判断函数fi(i＝1，2，...，n)；
17、将n个环境参数实时采集的数据pi(i＝1，2，...，n)同时作为输入，传入各个判断函数fi进行计算；
18、判断函数fi在并行计算环境下，计算相应数据pi是否超过其对应的阈值ti；并记录结果为ri；其中ri为0或1，0表示未超阈，1表示超阈；
19、对n个结果ri进行时间滤波处理；如果ri在连续δt时间片内都为1，则最终判断该环境参数为超过阈值状态，该区域被判断为危险区域；否则为安全区。
20、优选地，所述子系统中还包括测试/复位按钮、备用电源以及状态指示器；其中，所述测试/复位按钮提供一个物理按钮用于测试报警功能或复位报警状态，所述状态指示器则是使用led指示灯来显示模块的工作状态；所述备用电源用于保证子系统自身具有稳定的电源供应。
21、优选地，所述中央系统是联通各子系统并进行数据处理、疏散路径分析并发出反馈信号的部分，中央系统将所采集数据进行统一处理，并在预设二维网格地图中动态划分安全疏散区域，并基于结合铁路隧道火灾特殊环境的改进d*算法计算各网格到安全区域的最优疏散路径从而避开危险区域，能够得到根据疏散环境变化得到的实时最优疏散路径，最终将信号传输回各子系统，根据疏散路径方向指示安全疏散方向。
22、优选地，所述中央系统包括数据接收与预处理模块、数据存储模块以及最优疏散路径分析模块；其中：
23、数据接收与与预处理模块，用于接收来自各个子系统或外部数据源的原始数据，对数据进行初步的清洗、格式化和标准化处理，以确保数据的一致性和可用性；在处理完毕后，工作线程将预处理数据写入临时缓冲区；主线程定期从临时缓冲区中取出数据批量写入数据存储模块；
24、数据存储模块，用于将预处理后的数据存储在适当的存储系统中，以便于最优疏散路径分析模块进行实时、高效地访问。
25、最优疏散路径分析模块，用于结合隧道内疏散环境实时变化的参数构建一块动态的二维网格地图，然后基于改进d*算法计算各网格到安全区域的最短路径，对应不同区域人群的最优安全疏散路径，然后根据最优疏散路径将信号传输回各子系统。
26、优选地，最优疏散路径分析模块具体用于：
27、使用a*算法计算最优疏散路径，并记录每个网格单元的h(n)和g(n)值；其中，h(n)值表示从该网格单元到目标点的启发函数估计距离；所述目标点是不同横通道入口；g(n)值表示从起点到该网格单元的实际移动成本总和；每个网格单元的h(n)初始化为到各个横通道入口的曼哈顿距离；将g(n)初始化为无限大，表示未探索；将所有横通道入口作为备选终点；
28、具体地：
29、使用a*算法，从起点出发进行广度优先搜索，计算从起点到每个入口的最短路径；
30、每探索到一个网格，将其g(n)值更新为从起点到此网格的实际成本总和；
31、记录下所有最优疏散路径方案；
32、当监测到某网格状态变为危险时，将其h(n)值设为无限大，即该网格将不被纳入最优疏散路径中；
33、以此网格为中心，将其相邻8个方向网格加入开放列表；
34、从开放列表中取出一个网格进行修正，计算从其相邻网格走到此网格的预估成本g(n)+h(n)，与当前g(n)值比较；
35、如果新值更优，使用新值更新g(n)，并将相邻网格加入开放列表；
36、重复以上步骤，直到开放列表为空，则表示为全局最优疏散路径，最后输出修正后的最优疏散路径。
37、优选地，最优疏散路径分析模块还用于：对车厢门所处区域进行危险性判断后，当某车厢门处于危险区域时，对于已离开车厢的人员采用以下算法生成最优疏散路径：
38、获取危险区域的边界坐标点集合；
39、根据边界坐标点集合内的所有边界坐标点构成边线，并计算起点到这条边线各个点的距离，选择最小距离点作为该边线上的临时目标点候选；
40、选择距离最小的临时目标点候选作为全局临时目标点，修改危险区域和全局临时目标点的h(n)值；
41、使用d*算法计算脱离危险区域后的最短路径后恢复h(n)值，重新启动d*算法，计算完整的最优疏散路径。
42、优选地，最优疏散路径分析模块还用于：
43、对车厢门所处区域进行危险性判断后，当某车厢门处于危险区域时，对于未离开车厢的人员，采取人员引导或紧急救援站及车厢内广播警告的形式，引导人员从当前车厢内疏散至其他车厢再进入紧急救援站站台，采用以下算法生成最优疏散路径：
44、将车厢外区域划分为禁行区域，人员不再通过该区域进行疏散；
45、不再将该车厢门设为起点，而是将与该车厢相连的安全车厢内部通道入口设为新的起点，同时，判断是否需要临时封锁与危险区域相邻的车厢门，防止人员误入危险区域；若需要封锁，则将其从可通行区域中剔除，同时修改危险区域和目标点的h(n)值；
46、重新计算从新的起点，即相邻安全车厢内部通道入口经过车厢内部连接通道到各个横通道入口的最优疏散路径。
47、本实施例能够实时捕捉火灾早期信号，并对紧急救援站内致灾因素进行实时采集和分析，在危险区域内发出警报信号，并结合铁路隧道火灾中的致灾因素对人员疏散行为的影响规律，实时规划最优疏散路径，指挥火灾下的人员疏散方向。本实施例不仅能在火灾事故发生时保护乘客和工作人员的生命安全，减少财产损失，还能提升铁路隧道的安全管理水平，确保铁路运输安全。本实施例的实施和应用预计将显著提升铁路隧道的安全保障能力，对推动铁路交通的持续健康发展具有重要意义。
1.一种铁路隧道紧急救援站的火灾环境应急疏散系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的铁路隧道紧急救援站的火灾环境应急疏散系统，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的铁路隧道紧急救援站的火灾环境应急疏散系统，其特征在于，所述数据分析模块包括传感器接口、微处理器单元以及通信接口；其中：
4.根据权利要求3所述的铁路隧道紧急救援站的火灾环境应急疏散系统，其特征在于，时间滤波的并行计算环境参数安全判断算法的具体判断流程为：
5.根据权利要求1所述的铁路隧道紧急救援站的火灾环境应急疏散系统，其特征在于，所述子系统中还包括测试/复位按钮、备用电源以及状态指示器；其中，所述测试/复位按钮提供一个物理按钮用于测试报警功能或复位报警状态，所述状态指示器则是使用led指示灯来显示模块的工作状态；所述备用电源用于保证子系统自身具有稳定的电源供应。
6.根据权利要求1所述的铁路隧道紧急救援站的火灾环境应急疏散系统，其特征在于，所述中央系统是联通各子系统并进行数据处理、疏散路径分析并发出反馈信号的部分，中央系统将所采集数据进行统一处理，并在预设二维网格地图中动态划分安全疏散区域，并基于结合铁路隧道火灾特殊环境的改进d*算法计算各网格到安全区域的最优疏散路径从而避开危险区域，能够得到根据疏散环境变化得到的实时最优疏散路径，最终将信号传输回各子系统，根据疏散路径方向指示安全疏散方向。
7.根据权利要求1所述的铁路隧道紧急救援站的火灾环境应急疏散系统，其特征在于，所述中央系统包括数据接收与预处理模块、数据存储模块以及最优疏散路径分析模块；其中：
8.根据权利要求7所述的铁路隧道紧急救援站的火灾环境应急疏散系统，其特征在于，最优疏散路径分析模块具体用于：
9.根据权利要求8所述的铁路隧道紧急救援站的火灾环境应急疏散系统，其特征在于，最优疏散路径分析模块还用于：对车厢门所处区域进行危险性判断后，当某车厢门处于危险区域时，对于已离开车厢的人员采用以下算法生成最优疏散路径：
10.根据权利要求9所述的铁路隧道紧急救援站的火灾环境应急疏散系统，其特征在于，最优疏散路径分析模块还用于：
