一种基于数字孪生的智慧医院消安联动控制方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于数字孪生的智慧医院消安联动控制方法，包括：构建消安联动系统，将设置在医院内的消安设备接入系统；获取医院的各项数据建立对应的医院数字孪生模型并导入系统中，与实体消安设备一一映射；在系统中预设若干演练场景以及对应演练场景下的处理方案，演练场景对应有其特征消安参数；匹配消安设备实际采集的消安参数与演练场景的特征消安参数，以对应演练场景下的处理方案对实际情况进行处理；还公开了基于数字孪生的智慧医院消安联动系统。本发明在消安联动系统中建立与医院实体相对应的医院数字孪生模型，以该数字孪生模型为基础实现消防设备和安防设备的联动控制，提高消防事件和安防事件的处理效率，保证医院的安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及消防及安防技术领域，尤其是涉及一种基于数字孪生的智慧医院消安联动控制方法及系统。

背景技术

在现代社会中已经大量安装应用了各种类型的消防安防系统，它们对于保证建筑物的正常使用、保证人身和设备财产安全等起到了相当重要的作用。如今，医院作为人流密集的公共场所，其防火问题依然是消防安全管理的重点与难点。究其原因，是多方面的。除了在火灾发生初期由于人工监控的原因不能及时、准确地探测到火灾，错过了火灾扑救的最佳时机；在酿成火灾后，也缺少有效的灭火应急方案。此外还缺乏快速有效的逃生系统和逃生通道；平时为了加强安防，建立了牢固的安防设施，缺乏与消防系统的融合与联动，一旦发生火灾，无法及时开启安防系统中的控制通道，不利于人员疏散和消防员进入。在进行消防灭火救援之前，消防员都必须先拆除防盗门、铁栅栏窗才能营救被困人员，错过了灭火的最佳时机，严重制约了灭火救援。

在中国专利文献上公开的“基于物联网技术的智慧消防系统及方法”，其公开号为CN114028756A，公开日期为2022-02-11，包括感知层、分析层、传输层和应用层，所述感知层、分析层和应用层之间通过传输层连接，实现感知层、分析层和应用层之间的信息交互，以便及时获知消防情况，所述感知层包括社会单位和公共场所配套的消防设备对应的消防自动报警系统，所述消防自动报警系统包括报警模块和视频监控模块。本发明中，通过感知层、传输层和应用层的建立，实现消防系统的自动化智能监控，提高消防事件处理效率，节省人工，且通过智能巡检系统的建立，便于监督下级安防人员及时排查消防设备，避免因安防人员工作懈怠带来的消防隐患问题。但是该技术中对于消防监控的显示是二维的视频监控，并不能直观和有效地反应不同位置的具体情况；此外该技术中是单独的消防系统的具体应用，缺少消防与安防的融合联动控制。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中医院的消防系统和安防系统相对独立缺乏有效联动，从而存在安全隐患的问题，提供了一种基于数字孪生的智慧医院消安联动控制方法及系统，在消安联动系统中建立与医院实体相对应的医院数字孪生模型，以该数字孪生模型为基础实现消防设备和安防设备的联动控制，提高消防事件和安防事件的处理效率，保证医院的安全性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于数字孪生的智慧医院消安联动控制方法，包括：

S1、构建消安联动系统，将设置在医院内的消安设备接入所述系统；

S2、获取医院的建筑数据和设备数据建立对应的医院数字孪生模型并导入所述系统中，与实体消安设备一一映射；

S3、在所述系统中预设若干演练场景以及对应演练场景下的处理方案，所述演练场景对应有其特征消安参数；

S4、匹配消安设备实际采集的消安参数与演练场景的特征消安参数，以对应演练场景下的处理方案对实际情况进行处理。

本发明中针对整个医院建立消安联动系统，同时将消安设备通过有线或无线连接的方式和消安联动系统连接，实现数据传输和远程控制功能；另外在系统中建立医院数字孪生模型，可以通过三维图像的方式更直观地反应医院和其内部设备及设施的状态，同时将数字孪生模型与实体消安设备一一映射，可以将消安设备传输到系统的数据在模型的相应位置进行显示；在系统中还预先设置有演练场景和对应的处理方案作为参考，当实际情况中消安设备采集到的消安数据匹配成功演练场景后，可以直接采用对应的处理方案进行处理，提高处理效率。

作为优选，所述S2中包括以下步骤：

获取医院建筑的三维结构数据构建虚拟建筑模型；

获取医院内消安设备的实际位置信息，并在虚拟建筑模型对应的虚拟位置添加虚拟设备模型后导入所述系统；

以实际位置信息和虚拟位置的对应关系，将虚拟设备模型与实际的消安设备进行映射。

本发明中获取医院的建筑结构并用revit软件建立医院的1比1模型，然后通过datasimth插件进行导出，结合3DMAX、MAYA、PS软件，以及bridge的材质库对模型进行再处理，形成虚拟建筑模型；同时对于医院建筑内的设备、设施都按照同样的比例在虚拟建筑模型内对应的位置进行添加，从而在消安联动系统内构建出一个与实际医院建筑相同的医院数字孪生模型，从而将现实中医院各处的状态情况在数字孪生模型相同的位置进行显示，更加直观。

作为优选，所述特征消安参数包括演练场景发生时消安设备采集到的消安参数和对消安参数经过处理后的数据；

在医院数字孪生模型中根据特征消安参数模拟演练场景的发生，同时模拟执行对应处理方案下的处理结果；在现实医院中同步触发相应的消安设备进行相同处理方案下的实际演习，根据实际演习结果和模拟处理结果的差异对处理方案进行修正，完成演练场景和对应处理方案的预设。

本发明中特征消安参数是用于判断是否发生演练场景的依据，不同的演练场景对应有不同的特征消安参数；如浓烟场景下，烟雾检测器检测到的空气颗粒物密度或烟雾数据超过特定的阈值；明火场景下，温度检测器或红外检测器检测到温度数据超过温度阈值；车辆违停场景下，摄像头采集到的车辆停止区域在停车线以外，等等。同时对于演练场景和对应的处理方案，可以先通过医院数字孪生模型对演练场景和对应的处理方案进行模拟获得模拟处理结果，然后在线下根据处理方案进行实际演习得到实际演习结果，负责人员查找两者的差异和不足之处并对处理方案进行修正，提高处理方案的反应速度和准确性。

作为优选，所述医院数字孪生模型根据医院不同区域的功能区别划分为若干模型区域，所述模型区域预设的演练场景包括有因区域功能而设置的特有演练场景和整个医院数字孪生模型通用的公共演练场景。

本发明中医院不同的区域有着不同的功能，同时由于区域功能的不同，对于异常事件的判定也不相同，因此会根据区域的不同而存在特有演练场景；比如在医院出入通道区域设定有人流拥堵场景，而在停车场区域则不存在人流拥堵场景，却存在车辆违停场景；而公共演练场景则是在所有区域都可能发生的场景，包括明火场景和浓烟场景。

作为优选，所述S4中的消安设备包括安防设备中的图像采集装置，

图像采集装置采集医院内的图像传输到消安联动系统中；

在医院数字孪生模型中根据图像采集装置的位置信息确定图像所在的模型区域；

提取图像中的异常数据匹配模型区域内的演练场景；

若匹配未成功则无异常，若成功匹配演练场景则根据演练场景对应的处理方案进行处理，同时发送告警提醒；

处理完成后反馈处理过程数据和结果到消安联动系统中。

本发明中在消防设备未检测到消防异常事件时，安防设备单独进行安防措施；通过图像采集装置采集的图像，进行视频图像分析提取视频图像中存在异常的数据，包括人员在图像中停留时间过长、人员携带有违禁刀具、图像内有物品堆放等等，然后匹配图像采集装置所在区域的所有演练场景来判断是否有异常事件发生；在发生演练场景内的异常事件后按处理方案进行处理，或发送告警提醒相关工作人员前往处理；同时反馈的过程数据和结果可以为后续处理方案的修改提供参考。

作为优选，所述S4中的消安设备包括消防设备中的消防检测设备和安防设备中的图像采集装置，

消防检测设备采集到异常数据信息传输到消安联动系统中；

在医院数字孪生模型中根据消防检测设备的位置信息确定所在的模型区域；

控制模型区域对应位置的图像采集装置进行图像采集并传输到消安联动系统中；

综合异常数据信息和图像中提取的异常数据，与模型区域内的演练场景进行匹配；

若匹配未成功则无异常，若成功匹配演练场景则根据演练场景对应的处理方案进行处理，同时发送告警提醒；

处理完成后反馈处理过程数据和结果到消安联动系统中。

本发明中检测到发生消防异常事件时，开始进行消防和安防的联动；在消防检测设备检测到异常信息数据后，由于可能会受外界影响存在误判的问题，因此启动和消防检测设备在同一区域附近位置的图像采集装置进行图像视频采集，通过检测数据和图像数据双重认定来判断是否有异常事件发生，在提高异常事件判断准确性的情况下还能精确定位异常事件位置，有利于提高后续事件处理的效率。

一种基于数字孪生的智慧医院消安联动系统，包括：

数据感知层，包括设置在医院内的消安设备，用于医院的数据采集和传输；

平台处理层，用于建立医院数字孪生模型，接收并处理来自数据感知层的数据，同时储存演练场景和对应的处理方案；

应用控制层，根据平台处理层接收和处理的数据进行分析，结合医院数字孪生模型匹配演练场景，并按照对应的处理方案控制消安设备的工作；

展示交互层，用于显示消安联动系统的工作状态，进行信息交互。

本发明中数据感知层包括但不限于消安设备，其他能够采集医院内各项数据的数据信息采集装置都属于数据感知层范围，其遍布在医院各个角落；平台处理层和应用控制层属于消安联动系统的主体共同存在于服务器或者其他运行设备内，本发明中消安联动控制方法的所有数据处理和分析过程都在上述部分进行；展示交互层属于工作人员与系统交流的部分，包括有大型显示屏、计算机、移动终端等，可以显示系统内的数据，也可以向系统输入数据。

作为优选，所述消安设备包括消防设备和安防设备，所述消防设备包括用于采集数据的烟雾检测器和温度检测器以及用于信息提示的告警装置和应急指示灯；所述安防设备包括用于采集数据的图像采集装置以及设置在医院各个出入口的门禁装置。

本发明中消安设备是消防设备和安防设备的统称，烟雾检测器和温度检测器可以集成在同一个装置中安装在医院的各个位置，告警装置和应急指示灯则安装在医院的各个通道处进行道路指引；图像采集装置可以根据位置的不同选择不同类型的摄像头；门禁装置不仅可以包括通过开合控制人员进出的装置，还有安检设备用于检测违禁物品。

本发明具有如下有益效果：在消安联动系统中建立与医院实体相对应的医院数字孪生模型，以该数字孪生模型为基础实现消防设备和安防设备的联动控制，提高消防事件和安防事件的处理效率，保证医院的安全性；在完成演练场景相对应的处理方案执行后，会将处理过程数据和结果反馈到系统中，以便于根据实际处理结果对处理方案进行改进，从而提高后续异常事件发生时事件处理的效率和准确性；针对医院的不同区域设置有各自的特有演练场景，避免了部分异常事件因为发生区域的不同导致的误判或者漏判问题。

附图说明

图1是本发明消安联动控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示，一种基于数字孪生的智慧医院消安联动控制方法，包括：

S1、构建消安联动系统，将设置在医院内的消安设备接入消安联动系统。

S2、获取医院的建筑数据和设备数据，建立对应的医院数字孪生模型并导入消安联动系统中，将数字孪生模型中的虚拟消安设备模型与实体消安设备一一映射；S2中包括以下步骤：

获取医院建筑的三维结构数据构建虚拟建筑模型；

获取医院内消安设备的实际位置信息，并在虚拟建筑模型对应的虚拟位置添加虚拟设备模型后导入所述系统；

以实际位置信息和虚拟位置的对应关系，将虚拟设备模型与实际的消安设备进行映射。

S3、在消安联动系统中预设若干演练场景以及对应演练场景下的处理方案，每个演练场景对应有其特征消安参数；特征消安参数包括演练场景发生时消安设备采集到的消安参数和对消安参数经过处理后的数据；

在医院数字孪生模型中根据特征消安参数模拟演练场景的发生，同时模拟执行对应处理方案下的处理结果；在现实医院中同步触发相应的消安设备进行相同处理方案下的实际演习，根据实际演习结果和模拟处理结果的差异对处理方案进行修正，完成演练场景和对应处理方案的预设。

S4、匹配消安设备实际采集的消安参数与演练场景的特征消安参数，找到实际发生的异常事件所对应的演练场景，以对应演练场景下的处理方案对实际发生的异常事件进行处理。

医院数字孪生模型根据医院不同区域的功能区别划分为若干模型区域，模型区域预设的演练场景包括有因区域功能而设置的特有演练场景和整个医院数字孪生模型通用的公共演练场景。

S4中的消安设备包括安防设备中的图像采集装置，安防异常事件的处理过程包括：

图像采集装置采集医院内的图像传输到消安联动系统中；

在医院数字孪生模型中根据图像采集装置的位置信息确定图像所在的模型区域；

提取图像中的异常数据匹配模型区域内的演练场景；

若匹配未成功则无异常，若成功匹配演练场景则根据演练场景对应的处理方案进行处理，同时发送告警提醒；

处理完成后反馈处理过程数据和结果到消安联动系统中。

S4中的消安设备还包括消防设备中的消防检测设备和安防设备中的图像采集装置，消防异常事件的消安联动处理过程包括：

消防检测设备采集到异常数据信息传输到消安联动系统中；

在医院数字孪生模型中根据消防检测设备的位置信息确定所在的模型区域；

控制模型区域对应位置的图像采集装置进行图像采集并传输到消安联动系统中；

综合异常数据信息和图像中提取的异常数据，与模型区域内的演练场景进行匹配；

若匹配未成功则无异常，若成功匹配演练场景则根据演练场景对应的处理方案进行处理，同时发送告警提醒；

处理完成后反馈处理过程数据和结果到消安联动系统中。

本发明中针对整个医院建立消安联动系统，同时将消安设备通过有线或无线连接的方式和消安联动系统连接，实现数据传输和远程控制功能；另外在系统中建立医院数字孪生模型，可以通过三维图像的方式更直观地反应医院和其内部设备及设施的状态，同时将数字孪生模型与实体消安设备一一映射，可以将消安设备传输到系统的数据在模型的相应位置进行显示；在系统中还预先设置有演练场景和对应的处理方案作为参考，当实际情况中消安设备采集到的消安数据匹配成功演练场景后，可以直接采用对应的处理方案进行处理，提高处理效率。

本发明中获取医院的建筑结构并用revit软件建立医院的1比1模型，然后通过datasimth插件进行导出，结合3DMAX、MAYA、PS软件，以及bridge的材质库对模型进行再处理，形成虚拟建筑模型；同时对于医院建筑内的设备、设施都按照同样的比例在虚拟建筑模型内对应的位置进行添加，从而在消安联动系统内构建出一个与实际医院建筑相同的医院数字孪生模型，从而将现实中医院各处的状态情况在数字孪生模型相同的位置进行显示，更加直观。

本发明中特征消安参数是用于判断是否发生演练场景的依据，不同的演练场景对应有不同的特征消安参数；如浓烟场景下，烟雾检测器检测到的空气颗粒物密度或烟雾数据超过特定的阈值；明火场景下，温度检测器或红外检测器检测到温度数据超过温度阈值；车辆违停场景下，摄像头采集到的车辆停止区域在停车线以外，等等。同时对于演练场景和对应的处理方案，可以先通过医院数字孪生模型对演练场景和对应的处理方案进行模拟获得模拟处理结果，然后在线下根据处理方案进行实际演习得到实际演习结果，负责人员查找两者的差异和不足之处并对处理方案进行修正，提高处理方案的反应速度和准确性。

本发明中医院不同的区域有着不同的功能，同时由于区域功能的不同，对于异常事件的判定也不相同，因此会根据区域的不同而存在特有演练场景；比如在医院出入通道区域设定有人流拥堵场景，而在停车场区域则不存在人流拥堵场景，却存在车辆违停场景；而公共演练场景则是在所有区域都可能发生的场景，包括明火场景和浓烟场景。

本发明中在消防设备未检测到消防异常事件时，安防设备单独进行安防措施；通过图像采集装置采集的图像，进行视频图像分析提取视频图像中存在异常的数据，包括人员在图像中停留时间过长、人员携带有违禁刀具、图像内有物品堆放等等，然后匹配图像采集装置所在区域的所有演练场景来判断是否有异常事件发生；在发生演练场景内的异常事件后按处理方案进行处理，或发送告警提醒相关工作人员前往处理；同时反馈的过程数据和结果可以为后续处理方案的修改提供参考。

本发明中检测到发生消防异常事件时，开始进行消防和安防的联动；在消防检测设备检测到异常信息数据后，由于可能会受外界影响存在误判的问题，因此启动和消防检测设备在同一区域附近位置的图像采集装置进行图像视频采集，通过检测数据和图像数据双重认定来判断是否有异常事件发生，在提高异常事件判断准确性的情况下还能精确定位异常事件位置，有利于提高后续事件处理的效率。

一种基于数字孪生的智慧医院消安联动系统，包括：

数据感知层，包括设置在医院内的消安设备，用于医院的数据采集和传输；

平台处理层，用于建立医院数字孪生模型，接收并处理来自数据感知层的数据，同时储存演练场景和对应的处理方案；

应用控制层，根据平台处理层接收和处理的数据进行分析，结合医院数字孪生模型匹配演练场景，并按照对应的处理方案控制消安设备的工作；

展示交互层，用于显示消安联动系统的工作状态，进行信息交互。

消安设备包括消防设备和安防设备，消防设备包括用于采集数据的烟雾检测器和温度检测器以及用于信息提示的告警装置和应急指示灯；安防设备包括用于采集数据的图像采集装置以及设置在医院各个出入口的门禁装置。

本发明中数据感知层包括但不限于消安设备，其他能够采集医院内各项数据的数据信息采集装置都属于数据感知层范围，其遍布在医院各个角落；平台处理层和应用控制层属于消安联动系统的主体共同存在于服务器或者其他运行设备内，本发明中消安联动控制方法的所有数据处理和分析过程都在上述部分进行；展示交互层属于工作人员与系统交流的部分，包括有大型显示屏、计算机、移动终端等，可以显示系统内的数据，也可以向系统输入数据。

本发明中消安设备是消防设备和安防设备的统称，烟雾检测器和温度检测器可以集成在同一个装置中安装在医院的各个位置，告警装置和应急指示灯则安装在医院的各个通道处进行道路指引；图像采集装置可以根据位置的不同选择不同类型的摄像头；门禁装置不仅可以包括通过开合控制人员进出的装置，还有安检设备用于检测违禁物品。

在本发明的实施例中，进行消安联动系统设置时在系统内输入常见的医院异常事件对应的演练场景和处理方案；演练场景和处理方案的来源可以是其他医院消安联动系统的历史数据信息或者消防、安防专家的意见；在完成演练场景和处理方案的首次预设后，在医院数字孪生模型中先进行处理方案的模拟得到模拟处理结果，然后同步在线下进行同样处理方案的演习获取实际演习结果，根据模拟处理结果和实际演习结果对处理方案进行修正。

然后根据医院的区域功能不同对医院数字孪生模型进行区域划分，比如出入通道、停车场、走廊和楼道、住院区、门诊区、药房、手术区、服务台等等；在出入通道预设人流拥堵特殊演练场景，以采集到的图像中识别的人体部分数据与图像总数据之比超过设定值作为特征消安参数；在停车场区域预设车辆违停特殊演练场景，在系统中根据停车线设置电子围栏，以采集到的的视频图像中识别车辆在停车线对应的电子围栏以外停留的时间超过设定时长作为特征消安参数；在服务台预设人员离岗特殊演练场景，以指定识别人员持续处于视频图像采集范围以外的时间超过设定时间长度作为特征消安参数；对不同的区域根据实际情况设定特殊演练场景和特征消安参数，并预设处理方案；同时进行数字孪生模型的模拟和线下的实习演练，并根据模拟处理结果和实际实习结果对特殊演练场景的处理方案进行修改。

实施例一、在医院的日常安防管理过程中，数字监控摄像头采集监控图像传输到消安联动系统的平台处理层，同时消安联动系统根据传输图像的数字监控摄像头实际位置在医院数字孪生模型中找到其对应的虚拟设别模型和相应的模型区域；根据模型区域所包含的所有演练场景和其特征消安参数，对图像进行分析处理提取疑似有异常的数据作为实际采集的消安参数，将实际采集的消安参数与所有特征消安参数进行匹配。匹配成功后说明该区域内正在发生对应演练场景中的异常事件（包括车辆违停、人流拥堵、人员离岗等等），此时系统进行预警提醒，将异常事件信息和具体位置发送到展示交互层的移动终端、大型显示屏等设备上通知相关人员到达现场进行处理；或者在进行预警提醒的同时自动执行对应演练场景的处理方案；在完成对异常事件的处理后，向系统反馈处理过程和结果。若匹配不成功则说明并没有异常事件发生。

实施例二、在医院的消安联动控制过程中，以吸烟这种公共演练场景为例进行说明；烟雾检测器在医院内检测到异常烟雾数据传输到消安联动系统的平台处理层，同时消安联动系统根据烟雾检测器的实际位置控制同区域内其实际位置附近的数字监控摄像头采集视频图像，在视频图像中提取香烟的特征图像数据或者烟头的发光图像作为吸烟特征图像；当烟雾检测器检测到异常烟雾数据且视频图像中采集到吸烟特征图像数据时，说明消安设备采集的消安参数与吸烟演练场景的特征消安参数相匹配，确定该区域发生吸烟异常事件；系统根据烟雾检测器检测到的烟雾浓度和图像数据中提取到的吸烟特征图像数量判定报警级别，系统进行预警提醒，将异常事件信息和具体位置发送到展示交互层的移动终端、大型显示屏等设备上通知相关人员到达现场进行处理；同事通过对应区域内的广播提醒吸烟人员停止吸烟。

实施例三、在医院的消安联动控制过程中，以火灾演练场景为例进行说明，烟雾检测器检测到异常烟雾数据、温度检测器检测到异常温度数据及其他火情监测装置监测到异常火情数据时，相关的异常数据传输到消安联动系统的平台处理层，同时消安联动系统根据烟雾检测器以及温度检测器的实际位置控制同区域内其实际位置附近的数字监控摄像头采集视频图像，在图像中提取火焰特征图像；当烟雾检测器检测到异常烟雾数据、温度检测器检测到异常温度数据且视频图像中存在火焰特征图像，则说明实际采集的消安参数与火灾演练场景的特征消安参数相匹配，确定该区域发生火灾异常事件；此时以所有检测到异常烟雾数据的烟雾检测器位置坐标在数字孪生模型中连线圈定烟雾异常范围，以所有检测到异常温度数据的温度检测器位置坐标在数字孪生模型中连线圈定温度异常范围，同时以所有拍摄到火焰特征图像的数字监控摄像头的位置坐标和摄像头拍摄的图像范围内的火焰特征图像区域大小在数字孪生模型中拼接成图像异常范围，将烟雾异常范围、温度异常范围和图像异常范围取并集作为实际火灾面积上传系统，系统进行报警提醒，将火灾信息和具体区域位置发送到展示交互层的移动终端、大型显示屏等设备上通知相关人员到达现场进行火情处理，同时自动拨打消防电话；在确认火灾发生进行报警的同时，系统根据着火区域自动执行火灾演练场景的处理方案，在涉及火灾区域内的安防设备中的门禁全部自动开启，告警装置及广播进行火灾情况播放通知火灾区域内人员疏散，应急指示灯发光指示人员逃离路线。

在本发明的实施例中，医院间隔固定时间对医院数字孪生模型进行更新，并对消安联动系统中的各个演练场景在医院数字孪生模型中进行模拟获取模拟处理结果，同时在线下同步进行相同演练场景和处理方案的演习；既能锻炼医院内的人员执行对应演练场景下的处理方案的能力，熟能生巧，也能定期更新修正系统内的演练场景和处理方案，使得处理方案更高效安全。

上述实施例是对本发明的进一步阐述和说明，以便于理解，并不是对本发明的任何限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。