一种面向油罐区火灾的消防作战力量智能部署方法和装置

摘要

本发明公开一种面向油罐区火灾的消防作战力量智能部署方法和装置，通过在GIS平台上加载油库厂区三维模型、人车三维模型、火灾动力学模型，构建三维的油库厂区消防作战的电子沙盘。利用火灾动力学模型中的火羽流模型以及热辐射模型，对相关火焰参数、危险范围和救援作战范围作出科学化预测，进而给出供消防作战指挥人员参考的消防作战策略，可实现在科学化预测的基础上消防作战力量的智能部署。提高消防指挥人员作战指挥水平和消防队的灭火救援能力，最大程度的降低火灾造成的人员伤亡和财产损失。

说明书

技术领域

本发明涉及消防技术领域，特别是一种面向油罐区火灾的消防作战力量智能部署方法和装置。

背景技术

由于我国国民经济的迅速发展和国家石油安全战略的实施，我国石油储罐的数量不断增加，规模不断扩大。石油储罐一旦发生火灾，其强烈的热辐射会直接影响到周围储罐，极易导致火势的蔓延，也给救援人员和设备的安全带来威胁。目前消防部队在力量部署、进攻方向等方面也极大地依赖灭火指挥人员的个人作战经验，而个人作战经验是在有限的救援作战中积累而成，存在着偶然性和不科学性，并且因时间、成本等条件限制，限制了消防指挥人员的作战水平，并对消防作战人员的安全造成了重大的威胁。

为了让消防救援人员准确、有效地获得建筑基本情况，及时制定可靠的应急救援方案，提高消防指挥人员作战指挥水平和消防队的灭火救援能力，最大程度的降低火灾造成的人员伤亡和财产损失，迫切需要构建一套三维可视化的消防作战力量智能部署平台。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向油罐区火灾的消防作战力量智能部署方法和系统，可让消防救援人员准确、有效地获得建筑基本情况，以及时制定可靠的应急救援方案，最大程度降低火灾造成的人员伤亡和财产损失。

本发明采取的技术方案为：一种面向油罐区火灾的消防作战力量部署方法，包括：

S1，构建火灾动力学模型，以及对应不同油品的火灾动力学模型参数数据库；

所述火灾动力学模型包括火羽流模型、用于确定引燃危险区域的第一热辐射模型，和用于作战禁止区域与警戒区域的第二热辐射模型；

所述火灾动力学模型参数数据库包括对应不同油品的燃烧参数数据；

S2，获取当前油库厂区环境温度、着火油罐的池火半径和油罐直径数据；

S3，基于火灾动力学模型参数数据库中相应油品的油品燃烧参数数据，和步骤S2获取的数据，利用火羽流模型计算着火油罐的池火平均火焰高度与单位表面积质量燃烧速率；

S4，基于火灾动力学模型参数数据库中相应油品的油品燃烧参数数据，和步骤S3计算得到的数据，利用第一热辐射模型确定着火油罐附近的未着火油罐受到的热辐射通量与距离之间的关系曲线；

定义未着火油罐受到热辐射通量的安全临界值，利用第一热辐射模型已确定的关系曲线，计算与安全临界值相对应的未着火油罐与着火油罐之间的安全临界距离；

以上述安全临界距离为半径，以着火油罐的油池液面中心坐标为圆心，绘制出的圆形区域即为引燃危险区域；

S5，基于火灾动力学模型参数数据库中的油品燃烧参数数据和步骤S3计算得到的数据，利用第二热辐射模型确定着火油罐周围人员接受的热辐射通量与距离之间的关系曲线；

定义分别对应消防人员和其它人员受到热负荷通量的安全临界值，利用第二热辐射模型已确定的关系曲线，分别计算与消防人员安全临界值相对应的消防人员与着火油罐之间的安全临界距离，和与其它人员安全临界值相对应的安全临界距离；

以上述消防人员安全临界距离为半径，以着火油罐的油池液面中心为圆心，绘制出的圆形区域即为作战禁止区域；

以上述其它人员安全临界距离为半径，以着火油罐的油池液面中心为圆心，绘制出的圆形区域即为警戒区域；

S6，针对作战禁止区域内的着火油罐，根据油罐类型、油罐直径和油罐池火面积确定扑灭着火油罐所需要的泡沫消防车数量N₁，以及扑灭流淌火所需要的泡沫消防车数量N₂；

S7，针对引燃危险区域内的着火油罐和未着火油罐，根据油罐直径确定冷却油罐所需水罐消防车的数量N₃；

S8，指定各泡沫消防车和水罐消防车的部署位置：部署N₁辆泡沫消防车在作战禁止区域靠近着火油罐一侧的边界线处对着火油罐进行灭火；部署N₂辆泡沫消防车在作战禁止区域内对着火油罐的流淌火进行灭火；部署N₃辆水罐消防车对引燃危险区域的着火油罐和未着火油罐进行冷却。

消防作战指挥人员可根据S8得到的部署方案对现场消防作战人员和车辆进行指挥，即可尽快扑灭火灾，较大限度降低火灾造成的人员伤亡和财产损失。

进一步的，步骤S1还包括：

获取油库厂区图片，基于所获取的油库厂区图片，构建油库厂区的三维模型；

构建可导入地理信息系统的水罐消防车和泡沫消防车的三维模型；

将油库厂区的三维模型导入地理信息系统并通过显示设备显示；

步骤S2获取当前油库厂区着火油罐的池火半径和油罐直径数据后，基于所获取的数据以及火灾动力学模型参数数据库中相应油品的油品燃烧参数数据，将火灾动力学模型加载入地理信息系统，以实现油库厂区火灾的三维展示。

更进一步的，火灾动力学模型还包括控制三维展示画面中火焰高度的火焰高度函数，步骤S3获取着火油罐的平均火焰高度后，将平均火焰高度数据赋值给火焰高度函数，以实现火焰在地理信息系统中的三维展示。火灾动力学模型的火焰高度函数为现有技术。

更进一步的，在步骤S指定各泡沫消防车和水罐消防车的部署位置后，将相应数量的泡沫消防车和水罐消防车的三维模型加载于地理信息系统中的相应位置并显示。可方便消防指挥人员更直观的获取消防作战策略，以更加高效的对现场消防作战人员和车辆进行作战指挥。当然，消防作战策略(包括消防车数量和部署位置)的输出也可通过其它数据形式输出，如不设置地理信息系统时，在计算机显示界面上输出关于消防作战策略的文字描述。

优选的，步骤S1中，利用倾斜摄影设备获取油库厂区图片。倾斜影像能从多个角度更加真实的反映地物的实际情况。

优选的，步骤S1中，火灾动力学模型参数数据库中存储的油品燃烧参数包括油品的定压比热容C_p、油品燃烧热H_c、油品常压沸点T_b、油品的汽化潜热H_vap、空气密度ρ₀、重力加速度g。

优选的，步骤S2包括：

S21，通过无人机实地观测以获取油库厂区环境温度T_o，并确定池火边界的参照物；

S22，在地理信息系统的三维界面中找到相应的参照物，读取每个参照物对应的三维坐标；

S23，基于三维GIS功能，计算参照物坐标围成的池火面积；

S24，基于池火面积根据当量半径的计算方法计算出池火半径R；

S25，在地理信息系统中的油罐三维模型上基于软件的测量分析功能进行三维测量，得到油罐的直径。包括着火油罐和位于引燃危险区域的未着火油罐的直径。无人机与地理信息系统的载体计算机之间可通过无线通信进行观测数据的传输。

优选的，步骤S3中利用火羽流模型计算着火油罐的平均火焰高度与单位表面积质量燃烧速率为：

从火灾动力学模型参数数据库中调取对应当前油库厂区油品的油品燃烧参数，根据公式(1)计算单位表面积质量燃烧速率

式中，为单位表面积质量燃烧速率，单位为kg/m²·s；C_p油品的定压比热容，单位为kJ/kg·K；H_c为油品燃烧热，单位为kJ/kg；T_b为油品常压沸点，单位为K；T_o为油库厂区环境温度，单位为K，H_vap为油品的汽化潜热，单位为kJ/kg。

根据式(2)计算油池火的平均火焰高度H_f：

式中，H_f为油池火的平均火焰高度，单位为m；R为油池火半径，单位为m；ρ₀为空气密度，单位为kg/m3；g为重力加速度，单位为N/kg；为单位表面积质量燃烧速率，单位为kg/(m2·s)。

本发明火灾动力学模型中的第一热辐射模型为：

式(3)中，为对着火油罐对临近油罐目标点的热辐射通量，单位为kW/m³；为火焰表面平均热辐射通量，单位为kW/m²；F₁₂为视角系数，是水平和竖直方向视角系数矢量和，即目标体在水平与竖直方向上接收火焰辐射量大小的系数，主要受面向火焰体的角度与自身形状影响，为矢量；τ为大气透射系数，可取τ＝1-0.058InL；L为目标到油池液面中心距离，单位为m；其中：

式(4)中，f为辐射系数，可取0.3；为单位表面积质量燃烧速率，单位为kg/(m2·s)；>c为油品燃烧热，单位为kJ/kg；R为油池火半径，单位为m；H_f为油池火的平均火焰高度，单位为m；

式(5)中，为水平方向视角系数矢量，为竖直方向视角系数矢量：

式(6)和式(7)中，L为未着火的临近油罐目标到着火油罐油池液面中心的距离；H_f为着火油罐油池火的平均火焰高度；R为着火油罐的油池火半径。

步骤S4中，当未着火油罐与着火油罐之间的距离使得该未着火油罐受到的热辐射通量大于安全临界值，则认为该未着火油罐位于引燃危险区域内。热辐射通量的安全临界值可设置为12.5kW/m³，然后通过式(3)反解出临近油罐目标到着火油罐油池液面中心距离L，进而画出引燃危险区域。

本发明火灾动力学模型中的第二热辐射模型为：

式(8)中，为着火油罐对目标人员的热辐射通量，单位为kW/m³；t_c为传导系数，可取1；L为目标人员到着火油罐油池液面中心距离，单位为m；为火焰总热辐射通量，单位为kW；其中：

式(9)中，η₂为效率因子，可取0.24；为单位表面积质量燃烧速率；H_f为油池火的平均火焰高度；H_c为油品燃烧热。

步骤S5中，当目标人员与着火油罐之间的距离使得该人员受到的热辐射通量大于安全临界值时，则认为该人员处于需要救援或安全疏散的危险区域。对应消防作战人员的热辐射通量安全临界值可设定为4kW/m³，对应其它普通人员的热辐射通量安全临界值可设定为1.6>3。进而通过式(8)反解出分别对应消防作战人员和其它普通人员的作战禁止区域和警戒区域。

本发明中，为了应对突发状况的消防作战部署，消防作战指挥人员可通过拖拽方式将人车三维模型导入油库厂区的三维模型中并显示。消防作战指挥人员在手动拖拽导入三维模型时，作战禁止区域内无法加载人车三维模型。依此可提示决策制定人员，作战力量的部署应避开此区域。拖拽导入并加载三维模型为地理信息系统技术中的现有技术。

步骤S6中，确定扑灭着火油罐所需要的泡沫消防车数量N₁包括步骤：

S61，根据罐体种类，计算着火油罐的池火面积A，罐体种类包括固定钉油罐和浮顶油罐：

固定顶油罐池火面积为：

式(10)中，π为圆周率，3.14；D₁为着火油罐直径；

浮顶油罐池火面积按油罐罐壁与罐体顶部的泡沫挡板之间的环形面积计算，公式为：

式(11)中，π为圆周率，3.14；D₁为着火油罐直径；l为泡沫挡板距罐壁的距离，可取1.2m；

S62，计算泡沫用量Q：

Q＝Aq (12)

式(12)中，Q为泡沫量，单位为L/s；A为池火面积，m²；q为对应油罐种类所需的泡沫供给强度，L/(s·m²)，对于固定顶油罐，q为0.8L/(s·m²)，对于浮顶油罐，q为>2)；q可采用查表方式获取，关于油罐种类与泡沫供给强度的对应数据表可预存于系统中；

S63，计算泡沫室数量n₁：

用于扑灭着火油罐所需泡沫室数量n₁为：

式中，n₁为所需泡沫室的数量，支；Δq为每支泡沫室的泡沫产生量，一般为100L/s；

S64，计算扑灭着火油罐所需泡沫消防车数量N₁：

N₁＝n₁。

步骤S6中确定扑灭流淌火所需要的泡沫消防车数量N₂为：

根据油罐直径确定用于扑救流散液体所用泡沫枪数n₂；当油罐直径＜15m时，所需的泡沫枪数为1个，当油罐直径在15～25m之间或大于25m，所需泡沫枪数为2个；计算机在进行相关计算时，n₂的取值可根据油罐直径查表获取，油罐直径与所需泡沫枪数量的对应表格数据可预先存储于系统中；

用于扑灭流淌火所需泡沫消防车数量N₂为：

N₂＝n₂。

步骤S7中针对引燃危险区域内的着火油罐和未着火油罐，根据油罐直径确定冷却油罐所需水罐消防车的数量N₃，包括步骤：

S71，计算油罐冷却总用水量Q′：

Q′＝Q₁+Q₂>

式(13)中，Q₁着火油罐冷却用水量，L/s；Q₂为临近油罐冷却用水量，L/s；其中：

Q₁＝πD₁·q₁>

式(14)中，D₁为着火油罐直径，m；q₁为着火油罐每米周长冷却用水量，可取0.8L/(s·m)；

式(15)中，D₂为邻近油罐直径，m；q₂为临近油罐每米周长冷却用水，L/(s·m)，取0.7；n为引燃危险区域内临近油罐的个数；

S72，计算所需的水罐消防车数量N₃：

式(16)中，q′为每辆消防车的供水量，可取15L/s；N_b为备用消防车数量，可取2辆。

进一步的，S7还包括步骤：

S73，计算每个引燃危险区域内未着火油罐冷却所需水罐消防车数量N₃₁：

N₃₁＝(N₃-n_x)/n>

计算每个着火油罐冷却所需水罐消防车数量N₃₂：

N₃₂＝(N₃-n_x)/n+n_x>

式(17)、(18)中，n为需要冷却的油罐数，等于引燃危险区域内未着火油灌的个数加上着火油罐的个数；n_x＝mod(N₃,n)，即n_x为N₃除以n的余数。

在部署消防车位置时，对于引燃危险区域的未着火油罐，地理信息系统自动加载相应数量的水罐消防车浮现在对应油罐的靠火侧，且消防车均匀分布；对于着火油罐，系统自动加载相应数量的水罐消防车浮现在着火油罐四周，且消防车均匀分布。

本发明还公开一种面向油罐区火灾的消防作战力量智能部署装置，包括存储设备、处理设备和显示设备；

所述存储设备存储有多种油品的燃烧相关参数数据、火灾动力学模型、水罐消防车和泡沫消防车的三维模型以及多条指令；所述火灾动力学模型包括火羽流模型、第一热辐射模型和第二热辐射模型；

所述处理设备用于加载并执行所述多条指令，所述多条指令包括：

获取油库厂区图片，构建油库厂区的三维模型，并导入地理信息系统；

将地理信息系统的三维模型输出至显示设备以显示；

获取当前油库厂区环境温度、着火油罐的池火半径和油罐直径数据；

将火灾动力学模型加载入地理信息系统，以实现油库厂区火灾的三维展示；

利用火羽流模型计算着火油罐的池火平均火焰高度与单位表面积质量燃烧速率；

利用第一热辐射模型确定着火油罐附近的未着火油罐受到的热辐射通量与距离之间的关系曲线；利用第一热辐射模型已确定的关系曲线，计算与安全临界值相对应的未着火油罐与着火油罐之间的安全临界距离；以上述安全临界距离为半径，以着火油罐坐标为圆心，绘制出的圆形区域即为引燃危险区域；

利用第二热辐射模型确定着火油罐周围人员接受的热辐射通量与距离之间的关系曲线；利用第二热辐射模型已确定的关系曲线，分别计算与消防人员安全临界值相对应的消防人员与着火油罐之间的安全临界距离，和与其它人员安全临界值相对应的安全临界距离；以上述消防人员安全临界距离为半径，以着火油罐为圆心，绘制出的圆形区域即为作战禁止区域；以上述其它人员安全临界距离为半径，以着火油罐为圆心，绘制出的圆形区域即为警戒区域；

针对作战禁止区域内的着火油罐，根据油罐类型、油罐直径和油罐池火面积确定扑灭着火油罐所需要的泡沫消防车数量N₁，以及扑灭流淌火所需要的泡沫消防车数量N₂；

针对引燃危险区域内的着火油罐和未着火油罐，根据油罐直径确定冷却油罐所需水罐消防车的数量N₃；

指定各泡沫消防车和水罐消防车的部署位置：部署N₁辆泡沫消防车在作战禁止区域靠近着火油罐一侧的边界线处对着火油罐进行灭火；部署N₂辆泡沫消防车在作战禁止区域内对着火油罐的流淌火进行灭火；部署N₃辆水罐消防车对引燃危险区域的着火油罐和未着火油罐进行冷却；

将相应数量的泡沫消防车和水罐消防车的三维模型加载于地理信息系统中的相应位置并显示。

进一步的，本发明装置还包括输入设备，所述输入设备包括用于获取油罐厂区图片的倾斜摄影设备、用于获取池火边界参照物的无人机设备，以及用于输入当前环境温度T_o和油池火半径R的键盘设备。其中环境温度T_o也可由无人机携带温度传感器测量并无线传输至系统，油池火半径也可由处理设备根据池火面积利用当量半径计算方法进行计算。

有益效果

本发明方法利用地理信息系统结合油库厂区模型以及火灾动力学模型技术，能够在火灾发生时对相关火焰参数、危险范围、救援作战范围作出科学化预测，进而给出可供消防作战指挥人员参考的消防作战策略，实现了在科学化预测基础上消防作战力量的智能部署。同时本发明方法和装置通过三维模型的输出，使得消防作战指挥人员能够更直观的获取准确、有效的火情及建筑基本情况，以及时制定可靠的应急救援方案，可提高消防指挥人员作战指挥水平和消防队的灭火救援能力，最大程度的降低火灾造成的人员伤亡和财产损失。

附图说明

图1所示为本发明一种具体实施例的方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

参考图1所示，本发明面向油罐区火灾的消防作战力量部署方法，包括：

S1，构建火灾动力学模型，以及对应不同油品的火灾动力学模型参数数据库；

所述火灾动力学模型包括火羽流模型、用于确定引燃危险区域的第一热辐射模型，和用于作战禁止区域与警戒区域的第二热辐射模型；

所述火灾动力学模型参数数据库包括对应不同油品的燃烧参数数据；

S2，获取当前油库厂区环境温度、着火油罐的池火半径和油罐直径数据；

S3，基于火灾动力学模型参数数据库中相应油品的油品燃烧参数数据，和步骤S2获取的数据，利用火羽流模型计算着火油罐的池火平均火焰高度与单位表面积质量燃烧速率；

S4，基于火灾动力学模型参数数据库中相应油品的油品燃烧参数数据，和步骤S3计算得到的数据，利用第一热辐射模型确定着火油罐附近的未着火油罐受到的热辐射通量与距离之间的关系曲线；

定义未着火油罐受到热辐射通量的安全临界值，利用第一热辐射模型已确定的关系曲线，计算与安全临界值相对应的未着火油罐与着火油罐之间的安全临界距离；

以上述安全临界距离为半径，以着火油罐坐标为圆心，绘制出的圆形区域即为引燃危险区域；

S5，基于火灾动力学模型参数数据库中的油品燃烧参数数据和步骤S3计算得到的数据，利用第二热辐射模型确定着火油罐周围人员接受的热辐射通量与距离之间的关系曲线；

定义分别对应消防人员和其它人员受到热负荷通量的安全临界值，利用第二热辐射模型已确定的关系曲线，分别计算与消防人员安全临界值相对应的消防人员与着火油罐之间的安全临界距离，和与其它人员安全临界值相对应的安全临界距离；

以上述消防人员安全临界距离为半径，以着火油罐为圆心，绘制出的圆形区域即为作战禁止区域；

以上述其它人员安全临界距离为半径，以着火油罐为圆心，绘制出的圆形区域即为警戒区域；

S6，针对作战禁止区域内的着火油罐，根据油罐类型、油罐直径和油罐池火面积确定扑灭着火油罐所需要的泡沫消防车数量N₁，以及扑灭流淌火所需要的泡沫消防车数量N₂；

S7，针对引燃危险区域内的着火油罐和未着火油罐，根据油罐直径确定冷却油罐所需水罐消防车的数量N₃；

S8，指定各泡沫消防车和水罐消防车的部署位置：部署N₁辆泡沫消防车在作战禁止区域靠近着火油罐一侧的边界线处对着火油罐进行灭火；部署N₂辆泡沫消防车在作战禁止区域内对着火油罐的流淌火进行灭火；部署N₃辆水罐消防车对引燃危险区域的着火油罐和未着火油罐进行冷却。

本发明将油库厂区的三维模型、消防人车三维模型和火灾动力学模型加载于地理信息系统中，在火灾发生时进行相关参数的预测和消防作战策略的制定，形成了一个面向油罐区火灾的消防作战力量智能部署系统。火灾动力学模型的构建可采用现有技术。消防作战指挥人员可根据S8得到的部署方案对现场消防作战人员和车辆进行指挥，即可尽快扑灭火灾，较大限度降低火灾造成的人员伤亡和财产损失。

实施例1

油库厂区的三维模型通过将倾斜摄影相机拍摄的高清图片导入Smart 3D中生成的obj文件，然后将该文件加载到地理信息系统中，通过网络开源的3D引擎实现3D驱动；消防人车三维模型是通过3D Max绘制生成的三维动画文件，能够加载在地理信息系统中；火灾动力学模型是基于火羽流模型与油池火辐射模型开发的现有程序语言，该程序语言能够在地理信息系统中实现油库火灾的三维展示与科学预测。

火羽流模型中用到的油品燃烧参数：油品的定压比热容C_p、油品燃烧热H_c、油品常压沸点T_b、油品的汽化潜热H_vap、空气密度ρ₀和重力加速度g，以数据库形式事先存入系统中，可在模型计算时根据所选油品种类实时调取；所述环境温度T_o、油池火半径R由操作人员根据实际情况现场录入。

第一热模型和第二热辐射模型中用到的单位表面积质量燃烧速率油池火的平均火焰高度H_f由火羽流模型计算得出。

在火灾发生时，本发明方法的具体实施步骤为：

Step1：将倾斜摄影相机拍摄的高清图片导入Smart 3D中生成的obj文件，该文件加载到地理信息系统中，通过网络开源的3D引擎实现3D驱动，将油库厂区的三维模型导入由地理信息系统实现的三维油库厂区消防作战电子沙盘。

Step2：通过无人机实地观测，确定油池火边界的参照物。然后，在系统三维界面中找到对应的参照物，读取每个参照物对应的三维坐标。最终，基于三维GIS的功能，计算出坐标围成的池火面积，由此根据当量半径的计算方法计算出池火半径R。在系统中的三维油罐模型上基于软件的测量分析功能直接进行三维测量得出油罐直径D₁、D₂。

Step3：从事先嵌入至系统中的数据库，根据实际情况调取油品的定压比热容C_p、油品燃烧热H_c、油品常压沸点T_b、油品的汽化潜热H_vap、空气密度ρ₀、重力加速度g，系统通过事先嵌入的火羽流模型算法计算面积质量燃烧速率油池火的平均火焰高度H_f，自动将平均火焰高度H_f的计算结果赋值给系统中控制三维火焰高度的函数，实现火焰在系统中的三维展示。

式中，为单位表面积质量燃烧速率，kg/m²·s；C_p为油品的定压比热容，kJ/kg·K；>c为油品燃烧热，kJ/kg；T_b为油品常压沸点，K；T_o为环境温度，K，H_vap为油品的汽化潜热，kJ/kg。

油池火平均火焰高度H_f为：

式中，H_f为油池火的平均火焰高度，m；R为油池火半径，m；ρ₀为空气密度，kg/m3；>为单位表面积质量燃烧速率，kg/(m2·s)。

Step4：通过事先嵌入的第一热辐射模型算法用来确定着火油罐邻近油罐所接受的热辐射通量与距离的关系曲线，当邻近油罐接受的热辐射通量大于被引燃临界值时，认为这个范围的油罐内是可能被引燃。

通过事先嵌入的第二热辐射模型算法确定着火油罐周围人员接受的热辐射通量与距离的关系曲线，当人员接受的热辐射通量大于安全临界值时，认为人员在这个范围内是危险的。

所述的第一热辐射模型的数学表达式为：

式中，为着火油罐对临近油罐的热辐射通量，kW/m3；F₁₂为视角系数，是水平和竖直方向视角系数矢量和；τ为大气透射系数，可取τ＝1-0.058InL；L为目标点临近油罐到油池液面中心距离，m。

式中，为火焰表面平均热辐射通量，kW/m2；f为辐射系数取0.3；为单位表面积质量燃烧速率，kg/(m2·s)；H_c为油品燃烧热，kJ/kg；R为油池火半径，m；H_f为油池火的平均火焰高度，m。

式中，F₁₂为视角系数，是水平和竖直方向视角系数矢量和。

式中，L为目标点临近油罐到油池液面中心距离，m；H_f为油池火的平均火焰高度，m；

R为油池火半径，m。

所述的第二热辐射模型的数学表达式为：

式(8)中，为着火油罐对人员的热辐射通量，单位为kW/m³；t_c为传导系数，可取1；L为目标人员到着火油罐油池液面中心距离，单位为m；为火焰总热辐射通量，单位为kW；其中：

式(9)中，η₂为效率因子，可取0.24；为单位表面积质量燃烧速率；H_f为油池火的平均火焰高度；H_c为油品燃烧热。

Step5：系统以着火油罐油池液面中心为圆心，目标到油池液面中心安全临界距离L为半径，画出各区域。

引燃危险区域的划分根据第一热辐射模型计算方法进行计算。令目标点的热辐射通量为12.5kW/m³，反解出目标到油池液面中心距离L。系统以火源坐标为圆心，目标到油池液面中心距离L为半径，画出引燃危险区域。引燃危险区域范围之内的油罐定义为引燃危险油罐。

作战禁止区域的划分根据第二热辐射模型算法进行计算。令目标点的热辐射通量为4 kW/m3，反解出目标到油池液面中心距离L。系统以火源坐标为圆心，目标到油池液面中心距离L为半径，画出作战禁止区域。作战禁止区域内的坐标点，系统无法加载人、车三维矢量模型。以此提示决策制定人员，作战力量的部署应避开相关划定区域。

警戒区域的划分根据第二热辐射模型计算方法进行计算。令目标点的热辐射通量为 1.6kW/m3反解出目标到油池液面中心距离L。系统以火源坐标为圆心，目标到油池液面中心距离L为半径，画出警戒区域。警戒区域划定的范围，系统将提示除救援作战人员之外的人员禁止入内。

Step6：确定火灾救援中扑灭着火油罐所需要的泡沫消防车数量N₁。

1)固定顶油罐池火面积：

式中，A为油罐面积，m²；π为圆周率，3.14；D₁为着火油罐直径，m。

2)浮顶油罐池火面积：按罐壁与罐体顶部的泡沫挡板之间的环形面积计算

式中，A为油罐面积，m²；π为圆周率，3.14；D₁为着火油罐直径，m；l为泡沫挡板距罐壁的距离，取1.2m。

泡沫用量：

Q＝Aq(12)

式中，Q为泡沫量，L/s；A为燃烧液面积，m²；q为泡沫供给强度，L/(s·m²)，查表>

表1泡沫供给强度表

扑救罐体所需泡沫室数量n₁：

式中，n₁为泡沫室的数量，支；Q为泡沫用量，L/s；100为每泡沫室的泡沫产生量，L/s。

扑灭着火油罐所需泡沫消防车数量N₁：

N₁＝n₁

Step7：确定火灾救援中扑灭流淌火所需要的泡沫消防车数量N₂。

扑救流散液体所用泡沫枪数n₂：根据油罐尺寸不同，查表2：

表2扑救流散液体火焰所需泡沫枪数表

扑灭流散液体所需泡沫消防车数量N₂：

N₂＝n₂。

Step8：确定火灾救援中冷却危险油罐所需要的水炮消防车数量N₃。

油罐冷却总用水量Q′：

Q′＝Q₁+Q₂(13)

Q₁＝πD₁·q₁(14)

式中，Q₁着火油罐冷却用水量，L/s；D₁为着火油罐直径，m；q₁着火油罐每米周长冷却用水量，L/(s·m)，取0.8。

式中，Q₂为临近油罐冷却用水量，L/s；D₂为邻近油罐直径，m；q₂为临近油罐每米周长冷却用水，L/(s·m)，取0.7；n为危险区域内油罐个数(不包括着火油罐)。

冷却油罐所需水罐消防车数量N₃：

式中Q′为冷却总用水量，L/s；q′每辆消防车的供水量，L/s，取15计算；N_b备用消防车数量，取2辆。

Step9：通过3D Max绘制生成的三维动画文件，在地理信息平台之上加在人车三维模型。

系统根据计算出扑灭油灌火灾所需泡沫消防车数量为N₁，操作界面同步显示相同数量的泡沫车模型均匀分布在禁止作战区域边界线靠近油罐一侧。

系统根据计算出扑灭流淌火所需泡沫消防车的数量为N₂，操作界面同步显示相同数量的泡沫车模型在着火油罐所在防火堤两侧，在禁止作战区域之外来回移动灭火。

系统根据计算出冷却油罐所需的水罐消防车数量为N₃，再根据如下算法进行调度：

n_x＝mod(N₃,n)

式中，N₃为所需水罐消防车的数量；n为需要冷却的油罐数，等于引燃危险油灌的个数加上着火油罐的个数；n_x为N₃除以n的余数。每个引燃危险油罐所需的水罐消防车数量为>3-n_x)/n，着火油罐所需的水罐消防车数量为(N₃-n_x)/n+n_x。

对于引燃危险油罐，系统自动加载相同数量的水罐消防车浮现在对应油罐的靠火侧，且消防车均匀分布；对于着火油罐，系统自动加载相同数量的水罐消防车浮现在着火油罐四周，且消防车均匀分布。

消防作战车辆的部署不能跨越系统划定的禁止作战区域与电子围栏构成的防火堤。在满足上述两个条件之后，车辆的排布遵循就近原则。

实施例2

一种面向油罐区火灾的消防作战力量智能部署装置，包括存储设备、处理设备和显示设备；

所述存储设备存储有多种油品的燃烧相关参数数据、火灾动力学模型、水罐消防车和泡沫消防车的三维模型以及多条指令；所述火灾动力学模型包括火羽流模型、第一热辐射模型和第二热辐射模型；

所述处理设备用于加载并执行所述多条指令，所述多条指令包括：

获取油库厂区图片，构建油库厂区的三维模型，并导入地理信息系统；

将地理信息系统的三维模型输出至显示设备以显示；

获取当前油库厂区环境温度、着火油罐的池火半径和油罐直径数据；

将火灾动力学模型加载入地理信息系统，以实现油库厂区火灾的三维展示；

利用火羽流模型计算着火油罐的池火平均火焰高度与单位表面积质量燃烧速率；

利用第一热辐射模型确定着火油罐附近的未着火油罐受到的热辐射通量与距离之间的关系曲线；利用第一热辐射模型已确定的关系曲线，计算与安全临界值相对应的未着火油罐与着火油罐之间的安全临界距离；以上述安全临界距离为半径，以着火油罐坐标为圆心，绘制出的圆形区域即为引燃危险区域；

利用第二热辐射模型确定着火油罐周围人员接受的热辐射通量与距离之间的关系曲线；利用第二热辐射模型已确定的关系曲线，分别计算与消防人员安全临界值相对应的消防人员与着火油罐之间的安全临界距离，和与其它人员安全临界值相对应的安全临界距离；以上述消防人员安全临界距离为半径，以着火油罐为圆心，绘制出的圆形区域即为作战禁止区域；以上述其它人员安全临界距离为半径，以着火油罐为圆心，绘制出的圆形区域即为警戒区域；

针对作战禁止区域内的着火油罐，根据油罐类型、油罐直径和油罐池火面积确定扑灭着火油罐所需要的泡沫消防车数量N₁，以及扑灭流淌火所需要的泡沫消防车数量N₂；

针对引燃危险区域内的着火油罐和未着火油罐，根据油罐直径确定冷却油罐所需水罐消防车的数量N₃；

指定各泡沫消防车和水罐消防车的部署位置：部署N₁辆泡沫消防车在作战禁止区域靠近着火油罐一侧的边界线处对着火油罐进行灭火；部署N₂辆泡沫消防车在作战禁止区域内对着火油罐的流淌火进行灭火；部署N₃辆水罐消防车对引燃危险区域的着火油罐和未着火油罐进行冷却；

将相应数量的泡沫消防车和水罐消防车的三维模型加载于地理信息系统中的相应位置并显示。

装置还包括输入设备，所述输入设备包括用于获取油罐厂区图片的倾斜摄影设备、用于获取池火边界参照物的无人机设备，以及用于输入当前环境温度T_o和油池火半径R的键盘设备。其中环境温度T_o也可由无人机携带温度传感器测量并无线传输至系统，油池火半径也可由处理设备根据池火面积利用当量半径计算方法进行计算。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。