一种基于环境网格化的危爆品防护布局方法
技术领域
本发明涉及防爆排爆
技术领域
，具体涉及一种基于环境网格化的危爆品防护布局方法。背景技术
当前的危爆品防护设备在环境中的摆放往往根据是根据个人经验甚至依据哪里方便放哪里的原则，没有科学性的依据可以参照。而危爆品危害的评估往往发生在爆炸之后，根据现场的破坏情况反演爆炸的发生情况，属于一种事后的分析总结行为。目前还缺少对于危爆品防护的预分析。
对于突发性的防护工作，往往不能有效的组织最近的防护设备进行防护。在危爆品设备物联网化的基础上，设备的应用与防护可以做到更加的科学化，根据设备的防护范围，并结合机场环境不同位置的防护等级需求，合理布置防护装备的分配。
危爆品设备的防护范围以G500柔性防爆桶为例，G500是具有防护500克 TNT当量的柔性防护装备。G500约60kg重，可独立使用也可搭配柔卫车使用。因之前钢制防爆桶/罐的重量太重，不适合移动，所以基本是不具备防护范围这个理念的。防护范围是在采用新型的柔性防护装置后所提出的一个新的概念。防护范围指防护设备在1分钟时间内所能达到的以防护设备为中心的范围，也就是1分钟之内所能防护的范围。
对于大型公共场所，例如机场环境包括安检口、咨询台、卫生间、商场、餐厅、售票处、打包区、海关、卫生站、公共休息区域、饮水处、公共电话处等众多场所。通过人工去分析、随着环境复杂度的提高，难度非常大，有时不依靠科学的手段甚至很难合理的提供有效支持。随着国内防护技术的发展，危爆品的防护装备有了很大提高，所以有效的利用好这些装备具有迫切的需求与重大的意义。同时，随着网络技术的发展以及物联网的逐步应用，很多行业领域都会采用物联网与大数据的技术，而该布局方法为防护网络化、数据化提供了一种可行的理论方法。
因此目前缺少能够对大型公共场所进行防护设备优化布局的高效、科学且合理迅速的方案。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于环境网格化的危爆品防护布局方法，可以通过预先的仿真计算，高效、科学地布局防护设备，达到全环境防护无弱点，处置时间最合理、迅速的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：
针对待防护区域中的每个待防护位置点确定其环境防护权重。
构建防护设备的防护能力模型，确定每个待防护位置点的防护能力因子。
针对待防护区域确定其外包矩形，并采用单元网格对外包矩形进行网格划分；根据单元网格是否处于有效区域，确定每个单元网格对应的有效因子。
根据待防护位置点所处单元网格，结合其环境防护权重、防护能力因子，确定待防护位置点在其所处单元网格中的归一化防护能力。
针对待防护区域的外包矩形，选取其中四个顶点位置处的单元网格，根据所选四个单元网格，利用双线性插值的方式计算待防护区域中任意位置点的防护能力；根据所计算的待防护区域中任意位置点的防护能力，布设防护设备。
进一步地，针对待防护区域中的每个待防护位置点确定其环境防护权重，具体为：
wf＝FS/(FA×Ar)
其中wf为待防护位置点的环境防护权重；FS为待防护位置点单位时间内出现的危爆品的次数；FA为整个待防护区域在单位时间内出现的危爆品的次数； Ar为统计待防护位置点的单位时间危爆品次数时，待防护位置点的面积，单位为米；其中单位时间选择一年或以上。
进一步地，构建防护设备的防护能力模型，确定每个待防护位置点的防护能力因子，具体为：
其中pij为防护能力因子；pd表示柔性防护装备设置的位置；cij表示待防护位置点的基于网格划分后的索引；pd-cij表示柔性防护设备与待防护位置点所处网格之间的距离，单位为米。
进一步地，针对待防护区域确定其外包矩形，并采用单元网格对外包矩形进行网格划分；根据单元网格是否处于有效区域，确定每个单元网格对应的有效因子，具体为：
其中vij为i、j索引下的单元网格对应的有效因子；i为单元网格在水平方向的网格标识；j为单元网格在竖直方向的网格标识；U为有效区域。
若单元网格50％区域及以上位于有效区域则该单元网格有效因子为1，否则为0。
进一步地，根据待防护位置点所处单元网格，结合其环境防护权重、防护能力因子，确定待防护位置点在其所处单元网格中的归一化防护能力，具体为：
其中F(i,j)表示归一化之后的i、j索引下的单元网格的防护能力；Fmax表示整个待防护区域的网格范围内计算出的vij×wf/pij的最大值。
进一步地，针对待防护区域的外包矩形，选取其中四个顶点位置处的单元网格，根据所选四个单元网格，利用双线性插值的方式计算待防护区域中任意位置点的防护能力，具体为：
针对待防护区域的外包矩形，以右下角为原点，外包矩形长为x轴、宽为y 轴，建坐标系。
选取四个顶点位置处的单元网格，包括左下角网格c1，右下角网格c2、左上角网格c3和右上角网格c4。
其中c1～c4的防护能力为已知值，分别为F(c1)～F(c4)。
待求位置点所处网格为T，T在c1和c2共同所在的边缘网格线上投影的网格为c12，T在c3和c4共同所在的边缘网格线上投影的网格为c34；c12和c34 的防护能力分别为F(c12)和F(c34)
其中x10为网格c2中心点对应的x轴坐标；x0为网格c1中心点对应的x 轴坐标；xi为网格c12中心点对应的x轴坐标。
网格T的防护能力F(T)的计算公式：
其中y10为网格c34中心点对应的y轴坐标；y0为网格c12中心点对应的y 轴坐标；yi为网格T中心点对应y轴坐标。
进一步地，还包括如下步骤：
针对已部署好防护设备的待防护区域，进行防护能力的评估，包括防护能力指标和防护均衡化指标。
防护能力指标为prc：
其中ni指在有效区域内，网格的防护能力小于设定经验值μ的网格的数量； na表示有效区域内的所有网格的数量。
防护均衡化指标为eq：
越大表示均衡化程度越好
其中cij为有效区域内的所有网格；为有效区域内所有网格的防护能力的平均值；n为有效区域内的所有网格的数量。
有益效果：
本发明提供的一种基于环境网格化的危爆品防护布局方法，通过设置环境防护权重、基于防护设备的防护能力、防护距离提出有效防护因子，构建防护设备的防护能力模型，并根据环境防护权重与防护能力模型，采用网格化的布局分配方法将防护参数根据环境进行量化，进一步实现危爆品防护设备的科学布局，达到防护与爆炸物处置的最优化。该布局方法高效、科学地布局防护设备，达到全环境防护无弱点，处置时间最合理、迅速的目的，不仅适用于简化了的场景，同时对于复杂场景下也同样适用，随着场景的复杂性的提高，该布局方法与传统通过人工经验布局防护力量相比，具有更明显的优势。
附图说明
图1为本发明实施例中针对布局的机场的平面图；
图2为本发明实施例中防护权重分布示意图；
图3为本发明实施例中防护装备防护能力示意图；
图4为本发明实施例中防护网格化分割方法原理图；
图5为本发明实施例中基于双线性插值的布局网格细化求解示意图。
图6为本发明提供的一种基于环境网格化的危爆品防护布局方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明实施例以机场为例，机场平面图如图1所示，其中场景布局采用简化的叙述方式，为表述方便，隐去了例如卫生间、服务台、饮水处等公共设施。该布局方法不仅适用于简化了的场景，同时对于复杂场景下也同样适用，经分析表明，随着场景的复杂性的提高，该布局方法与传统通过人工经验布局防护力量相比，具有更明显的优势。
S1、针对待防护区域中的每个待防护位置点确定其环境防护权重。
环境防护权重是表征整个环境中某个地点以一段时间内出现危爆品的概率。
如图2所示，此处提出了一种防护权重的建议算法：
wf＝FS/(FA×Ar)
其中wf为待防护位置点的环境防护权重；FS为待防护位置点单位时间内出现的危爆品的次数；FA为整个待防护区域在单位时间内出现的危爆品的次数； Ar为统计待防护位置点的单位时间危爆品次数时，待防护位置点的面积，单位为米；其中单位时间选择一年或以上，，如果次数较少的话，可以考虑增加单位时间的长度，例如两年，五年等。
S2、构建防护设备的防护能力模型，确定每个待防护位置点的防护能力因子
防护设备的防护能力模型以柔性防爆桶G500为例描述。G500是采用柔性复合防护技术的新型防爆装备，具备轻量化、柔性防护、防火等技术特点。其技术参数如下：
高度：613mm
外径：550mm
总重：62kg
防护能力：500gTNT+200g破片
发现危爆品后的初期比较关键，尽快对爆炸物进行防护减少其暴露时间可以有效减低破坏风险。根据经验值设定200秒为关键时间，柔性防爆桶移动速度为2米/秒，即柔性防爆桶防护的主要作用半径为两者相乘为400米。
防护能力示意图如图3所示。
其中对于防护能力重叠覆盖的区域(有两个或者两个以上防爆桶的防护能力覆盖的区域)，取其中防护能力最大值作为该点的防护能力。
其中pij为防护能力因子；pd表示柔性防护装备设置的位置；cij表示待防护位置点的基于网格划分后的索引；pd-cij表示柔性防护设备与待防护位置点所处网格之间的距离，单位为米。
S3、针对待防护区域确定其外包矩形，并采用单元网格对外包矩形进行网格划分；根据单元网格是否处于有效区域，确定每个单元网格对应的有效因子。
本发明实施例中，为了可以量化的分析整体的防护布局，提出了一种基于网格划分的防护布局分配方法，如图4所示。其中以左下角为坐标原点，水平为X轴，竖直为Y轴，网格要求可以覆盖整个环境区域。根据整个区域的大小确定单位网格的区间值，示例机场的长800米，宽240米，单位网格的区间宽度为20米。
由于环境一般为非规则矩形，所以即包含有效区域(机场内部)，也包含无效区域(机场外部)，有效因子公式如下：
其中vij为i、j索引下的单元网格对应的有效因子；i为单元网格在水平方向的网格标识；j为单元网格在竖直方向的网格标识；U为有效区域；
若单元网格50％区域及以上位于有效区域则该单元网格有效因子为1，否则为0。
一个网格内的防护公式归一化后可以表示为：
其中F(i,j)表示归一化之后的i、j索引下的单元网格的防护能力；Fmax表示整个待防护区域的网格范围内计算出的vij×wf/pij的最大值。
S4、针对待防护区域的外包矩形，选取其中四个顶点位置处的单元网格，根据所选四个单元网格，利用双线性插值的方式计算待防护区域中任意位置点的防护能力。
在环境比较大的情况下，整个网格的数量比较多，为减少工作量，很难进行细粒度的划分，例如上述单位网格的宽度值为20米。由于防排爆设备的尺寸较小，同时考虑基于物联网的定位需求，需要更精细化的获取装备的位置信息，以及防护力量的布局情况。目前的精度一般不能满足现场的要求，需要进行细化。
参考防爆装备的尺寸，一般在1米x 1米的范围内，排爆装备在2米x 2米的范围内，其他机场常用最小设备一般也在1-2米的范围，所以最小的网格单位设定为2米x 2米。
根据防护布局网格特点选用双线性插值算法完成网格的细化，双线性插值的具体实现方法如下：
针对待防护区域的外包矩形，以右下角为原点，外包矩形长为x轴、宽为y 轴，建坐标系；
选取四个顶点位置处的单元网格，包括左下角网格c1，右下角网格c2、左上角网格c3和右上角网格c4；
其中c1～c4的防护能力为已知值，分别为F(c1)～F(c4)；
待求位置点所处网格为T，T在c1和c2共同所在的边缘网格线上投影的网格为c12，T在c3和c4共同所在的边缘网格线上投影的网格为c34；c12和c34 的防护能力分别为F(c12)和F(c34)
如图5所示，其中菱形网格点c34根据三角形c3与c4求得，菱形网格点 c12根据三角形网格点c1与c2求得，五角星网格点根据菱形网格点c34与c12 求得，计算公式如下：
其中x10为网格c2中心点对应的x轴坐标；x0为网格c1中心点对应的x 轴坐标；xi为网格c12中心点对应的x轴坐标；
网格T的防护能力F(T)的计算公式：
其中y10为网格c34中心点对应的y轴坐标；y0为网格c12中心点对应的y 轴坐标；yi为网格T中心点对应y轴坐标。
对于图5边缘点的特殊情况，只采用单线性插值即可，原理同上。
本发明实施例还包括针对已部署好防护设备的待防护区域，进行防护能力的评估，包括防护能力指标和防护均衡化指标。
有效防护评价指标表征当前的防护布局是否能做到进行全场景的有效防护。
防护均衡化评价指标表征当前的防护布局中防护力量的布局是否合理。
防护能力表征公式：
其中：prc:有效防护评价指标；ni：在有效区域内，F(i,j)小于某个经验值μ的网格的数量，μ的取值需要根据测试得出。na：有效区域的所有网格的数量。
有效防护评价指标的取值范围是0～1，值越小，防护性能越好。
防护均衡化指标表征公式：
其中：eq：防护均衡化评价指标；cij：有效区域内的所有网格；防护的平均值；n:有效区域内的所有网格的数量；防护均衡化指标取值范围0～正无穷，值越小，防护性能越好。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
