逃生演算法

本研究將去年所提出的演算法經過小幅度的修改後，可運用於電子看板指引，

符合本計畫目標之演算方式。如同去年研究成果演算法也將微觀的人群概念帶入 宏觀的路徑規劃中，在考量整體路徑規劃的同時也兼顧大樓內逃生人員的心理狀 態，使規劃結果可以同時顧及到大樓的整體情況以及人群的逃生情形。

逃生導引演算法分為三大部分，分別是一開始的環境參數前處理、火災發生 時的逃生路線規劃，以及進行導引時持續的對整體環境做監控。

在演算法前處理部分，先對整個平面進行切割，將平面切割為適當大小距離 的區域，並針對每個區域測量所能容納的人數以及有多個出口的房間計算每個門 大小的比例。並且由出口往內計算每個節點與出口最近的 hop 數，並將這些資料 儲存於系統當中以供之後演算法運算使用。在平面的切割方法上，以每個房間的 出口與走廊的相對關係做為切割的主要依據，以房間出口位於切割之後的區域中 心為第一要素，主要是為了減少人群離開房間時在門口游移不定造成定位誤判的 問題，以增加之後系統路徑規劃的準確度。在進行路徑導引時會先將各個區域給 予個別的數值，依照數值高往低的順序規劃每個區域的逃生路線，依序往出口移 動。以內政部建築研究所 13 樓為例，經由本研究的方法轉換之後將圖 4-4 原始 的平面圖轉換成圖 4-5 的連通圖。

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圖 4- 4 內政部建築研究所 13 樓平面圖 (資料來源：內政部建築研究所)

圖 4- 5 轉換後之內政部建築研究所 13 樓連通圖 (資料來源：本研究自行繪製)

當系統偵測到火災發生時，首先針對平面中所有區域做人員百分比以及火源 發生點的計算，目的是要確保逃生時不會在某個區域因為人數過多產生壅擠的情 況而阻礙人員的逃生速度，以及在逃生的過程中不會穿越火源以及鄰近的區域。

而計算玩火災發生點極其周圍還有每個區域的人群百分比之後依據適當的比例 將數值做結合，形成每個區域不同的高低數值，簡稱區域高度。區域高度的高低 代表著該區域的危險程度，以高值代表危險、低值代表相對不危險，以之進行之 後與環境中其他數值的運算。並以安全為優先考量，先將人員往安全的區域導引 之後再往安全的出口移動。

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而在計算逃生路徑的過程中，採用許多不同的環境及人員的參數進行計算，

包括亮度、人群停留時間、區域出口數、區域高度等，依照這些環境情況將人群 依附往適合的逃生路線上進行逃生導引。特別是在逃生導引時，依據出口的方向 將人群往不同的出口導引以進行分群，減少出口以及路徑的負荷量。路徑及出口 的負荷一旦分散，便可減少人群在逃生時可能發生的阻塞之類問題，讓人群可以 更順暢的往出口移動。

規劃完逃生路線進行導引之後，系統也會不斷的進行整個環境的監控持續做 逃生路徑的及時更改，若是發現了人群不自然的在某區域持續停留則會做出即時 的相對應路徑修改，以避免該區域發生了系統沒有偵測到的危險情況阻礙了人群 的正常逃生，增加人員成功逃生的機率。本演算法預設為持續不斷的進行人員逃 生的導引，直到所有人都逃出了建築物為止，並且在過程中會依實際情況不斷進 行逃生路線的修改以確保給予人員最安全的逃生路線。以期許讓所有人都可以安 全、有效率的遠離災害，將損失降到最小。以下針對逃生導引演算法進行詳細介 紹及模擬：

在本研究的演算法之中，使用了照度、人群擁擠度、人群停留時間，以及火 災的發生點做為路徑規劃的判斷，以下針對這些參數做介紹。

區域密度：每個區域中人群擁擠程度的百分比。若區域中人數為總容納數的 70%，則於演算過程中本研究將區域密度設定為 70。

事件數值：發生火災區域的數值，在此本研究定義其為 110。

區域高度：將區域密度與事件數值兩者以較高者 80%與較低者 20%的比例結 合，但是當其中某一數值超過 90 時，本研究設為例外情形，直接以數值較高者 為區域高度。

區域高度= {

區域密度> 事件數值：區域密度 ∗ 80% + 事件數值 ∗ 20%

事件數值> 區域密度 ：事件數值 ∗ 80% + 區域密度 ∗ 20%

某一方數值> 90：取兩數值中較高值 停留過久：定義為同一人群在某區域停留未離開超過 10 秒，為避免該區域 發生了系統所不清楚的危險情況導致人員無法順利避難，本研究將該區域設定為 危險區域，並將區域高度提高為 100。

區域最低：某區域並非出口，且鄰近區域的區域高度皆不比該區域低。因為 本研究使用的導引模式為數值高往數值低移動，所以會導致該區域人群無法順利

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往出口導引，在這裡本研究使用提高區域數值的方式讓該區域的人群可以順利往 其他區域移動並導引往出口。如圖 4-6 (a)橘色節點為發生問題之節點其區域高 度為鄰近區域中的最低值，經過本研究的演算法修正之後，會將橘色節點的區域 高度提高如圖 3-6 (b)，使人群可以順利往出口導引。

(a) 區域最低 (b) 問題解決 圖 4- 6 區域最低問題

(資料來源：本研究自行繪製)

演算法中為了避免人群於逃生時往同一方向移動造成路徑的擁擠，演算法會 在計算完導引路線進行人員導引之前先針對各個區域做檢查，若是檢查到該區域 有一個以上的安全出口，便會將該區域裡的逃生路線進行多方向指引的動作，目 的是要減少各個出口以及之後逃生路線上的的負荷，讓人群在逃生路線上的移動 可以更順暢。接下來以內政部建築研究所為例，進行實際的導引模擬

1. 本研究將內政部建築研究所 13 樓的平面圖轉換為以下的節點圖，計算每 個節點與出口需要經過幾個節點，如圖 4-7。

圖 4- 7 情境展示: 綠色節點為走廊、藍色節點為房間，空心的節點代表出口 (資料來源：本研究自行繪製)

2.當火災發生時，本研究給予火災發生點以及周圍的區域事件數值，分別為 110、95、85、75，如圖 4-8。

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圖 4- 8 情境展示: 發生火災事件 (資料來源：本研究自行繪製)

3.並計算每個區域中目前人數占該區域所能容納人數的百分比，如圖 4-9，

圖中為本研究所假定的人群數量百分比。

圖 4- 9 情境展示: 容納人數 (資料來源：本研究自行繪製)

4.將事件數值與區域密度以比例結合，成為每個區域的區域高度，如圖 4-10，

圖中數值-5 代表出口位置。

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圖 4- 10 情境展示: 區域高度 (資料來源：本研究自行繪製)

5.進行各區域照度的檢查，若是照度因為視線不良以及人類天生對於黑暗有 恐懼的因素，有可能會在逃生過程中會因為路上的障礙物受傷或是太過緊 張而產生推擠、暴躁之行為，影響整體逃生的順暢度。所以本研究將照度 過低之區域假定為較危險的區域，並提高其區域高度。

6.檢查每個區域是否發生了區域最低的問題，並將所有發生問題的區域由距 離出口遠到近的順序依序將數值提升。並重複檢查以及提升的動作直至解 決所有區域最低問題。

圖 4- 11 情境展示: 區域最低偵測，橘色為發生問題的區域 (資料來源：本研究自行繪製)

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(a)

(b)

圖 4- 12 情境展示: 依照距離出口遠近的順序依序進行區域最低的解決 (資料來源：本研究自行繪製)

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圖 4- 13 情境展示: 解決區域最低之後所有區域的區域高度 (資料來源：本研究自行繪製)

7.依照各區的數值，由高至低將所有區域往出口做不同路線的逃生導引，如 圖 4-14。

圖 4- 14 情境展示: 逃生路線指引 (資料來源：本研究自行繪製)

8.若是人群在逃生過程中停留在某區域過久，本研究將該區域假定為危險區 域，並將該區域之區域高度提升為 100，接這進行相對應之路徑重新規劃 並在逃生導引時避開該區域，如圖 3-15、3-16。

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(a) 人群停留過久區域 (b) 重新進行相對應之路線規劃

圖 4- 15 情境展示： 偵測危險區域

(資料來源：本研究自行繪製)

圖 4- 16 情境展示: 修改之後的路徑規劃

(資料來源：本研究自行繪製)

9.路徑導引時系統會持續進行整體環境以及人員的監控，若是發現異常狀況 便會做出相對應逃生路線的修改，讓人群可以即時的避開危險並往安全的 出口逃生。

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