本发明涉及隧道安全，具体为一种高速公路隧道意外模拟系统、方法及设备。
背景技术：
1、在申请号为202011468228.5的中国专利中公开了“一种公路隧道运营安全风险模拟评估系统，包括：模拟驾驶系统，用于驾驶员进行模拟驾驶；隧道环境模拟单元，用于接收控制处理单元输出控制命令模拟隧道内的环境；检测单元，用于检测驾驶员在模拟驾驶系统内进行模拟驾驶时的驾驶行为参数以及车辆状态参数；控制处理单元，用于接收检测单元输出的检测参数并进行行车安全评估；通过上述系统，能够对公路隧道的行车环境进行准确模拟，而且能够对驾驶员在场景中的驾驶行为进行准确监测，并通过驾驶员的行为对隧道的行车安全进行准确评估，无需到实际运营的隧道中对不同车流量环境进行直接测试，大大减少了人力和物力成本，提高了测试的准确性。”
2、该现有技术仅仅解决了现有技术中，对于隧道的交通流量主要依靠车检器等传感器监测，但针对隧道内的交通流量对隧道行车的影响并没有准确的评价方法，从而不能对隧道内不同交通流量条件下隧道内的安全行车作出一个正确的指导措施的问题，未考虑到对隧道内不同车辆信息的情况进行模拟，且未对隧道内出现因交通冲突而产生火灾的情况进行模拟，且在隧道内出现火灾时应进一步对隧道内人群数量及占比不同的情况进行模拟，进一步对人群疏散情况进行模拟。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种高速公路隧道意外模拟系统、方法及设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高速公路隧道意外模拟系统，包括隧道数据采集单元，所述隧道数据采集单元用于对隧道的相关数据以及在监测时间段内通过隧道的车辆的相关信息进行获取，并基于获取的隧道的相关数据信息进行隧道建模；
3、隧道限速模拟单元，所述隧道限速模拟单元用于基于获取的通过隧道的车辆的相关信息，进行交通仿真，并通过构建的交通安全评价指标体系进行评价，基于评价结果生成相应的隧道内车辆限速值，并在仿真软件中对车辆的相关信息进行调整，以对不同的交通冲突情况进行模拟；
4、隧道火灾模拟单元，所述隧道火灾模拟单元用于在仿真软件中，因出现交通冲突导致出现火灾时，对隧道火灾模型进行建立，因出现交通冲突的车辆种类不同，在火灾模型中对火灾火源参数进行设定，进而对隧道的通风参数进行设定，并基于设定完成的火源参数和通风参数信息，对火灾扩散情况进行模拟；
5、人群疏散模拟单元，所述人群疏散模拟单元用于在仿真软件中，因出现交通冲突导致出现火灾时，建立人群疏散模型，并对隧道内人员参数和火源位置进行设定，进而对人员安全疏散所需的时间进行模拟，并对最终模拟结果进行记录。
6、优选的，所述隧道数据采集单元包括隧道信息采集模块和隧道车辆信息采集模块，所述隧道信息采集模块用于以以隧道的意外模拟为例，对隧道的相关数据进行获取，包括隧道的长度、墙体厚度、车道宽度、隧道观测点的位置信息、隧道高度以及隧道安全出口位置信息，所述隧道车辆信息采集模块用于对监测时间段内通过隧道的车辆的相关信息进行获取，包括车辆的速度、不同车型的限速值、数量以及车型比。
7、优选的，所述隧道数据采集单元还包括隧道建模模块，所述隧道建模模块用于基于隧道信息采集模块获取的隧道的相关数据，通过solidworks软件对隧道进行建模。
8、优选的，所述隧道限速模拟单元包括交通仿真模块和交通安全评价模块，所述交通仿真模块用于基于获取的隧道的相关数据以及在监测时间段内通过隧道的车辆的相关信息，通过vissim软件进行交通仿真，所述交通安全评价模块用于通过构建的交通安全评价指标体系对车辆行驶的情况进行评价，交通安全评价指标体系具体包括车速标准差、交通冲突率和通行效率三个指标，其中车速标准差的具体计算公式如下：；
9、式中，表示车速标准差，表示通过观测点第辆车的速度，表示监测时间内通过观测点所有车辆的平均速度，表示通过观测点的第辆车，表示通过观测点的车辆总数，其中交通冲突率的具体计算公式如下：；
10、式中，表示交通冲突率，表示交通冲突次数，表示交通量，表示隧道长度，其中通行效率的具体计算公式如下：；
11、式中，表示通行效率，表示大型车比例，表示隧道形程时间。
12、优选的，所述隧道限速模拟单元还包括限速值数据生成模块和交通冲突模拟模块，所述限速值数据生成模块用于基于交通安全评价模块中交通安全评价指标体系内各指标的计算结果，通过基于critic的加权平均法确定车辆的安全运行车速，并将计算结果与不同车型的限速值进行比较，选取其中的最小值作为最终隧道内车辆安全行驶的限速值，所述交通冲突模拟模块用于在vissim软件对车辆的相关参数信息进行调整，输出调整后的格式为trj.的车辆轨迹文件，通过ssam软件对车辆轨迹文件进行识别，进而对文件中车辆轨迹坐标进行计算处理，以得到交通冲突数据，并将其中的ttc和pet两个交通冲突参数与ssam软件内默认的相应的阈值进行比较，从而判断是否发生交通冲突，具体判断规则如下：当计算得到的ttc数值小于相应的阈值时，即判断发生交通冲突，当计算得pet数值小于相应的阈值时，即判断发生交通冲突。
13、优选的，所述隧道火灾模拟单元包括火灾模型建立模块和火源参数设定模块，所述火灾模型建立模块用于将solidworks软件中建立的隧道的模型导入到pyrosim模拟软件中，并设置隧道模型的相应属性参数，包括混凝土密度、导热系数以及定压比热容，从而得到初步的隧道火灾模型，所述火源参数设定模块用于基于发生交通冲突且发生火灾的车辆的类型信息，通过火灾增长算法对火灾增长速度进行计算，其具体计算公式如下：；
14、式中，表示火源的热释放速度，表示火灾发生的时间，表示火灾增长系数，当发生火灾的车辆类型为小轿车时，为0.00293，当发生火灾的车辆为大客车时，为0.01172，当发生火灾的车辆为重载货车时，为0.04689。
15、优选的，所述隧道火灾模拟单元还包括隧道通风参数设定模块和火灾扩散情况模拟模块，所述隧道通风参数设定模块用于在隧道内发生火灾时，通过临界风速计算算法对隧道内的通风速度进行计算，其具体计算公式如下：；
16、式中，表示隧道临界风速，表示常数，取值为1，表示重力加速度，表示隧道断面高度，表示空气密度，表示定压比热容，表示隧道断面面积，表示隧道内的平均烟气温度，并基于计算结果设置五组以计算结果为中心值的隧道纵向通风速度，所述火灾扩散情况模拟模块用于基于计算得到的火灾增长速度和设置的隧道纵向通风速度，对隧道火灾模型的相应参数进行更改，并通过fds软件对火灾扩散情况进行模拟，具体包括对隧道内温度分布情况、co体积分数分布情况以及能见度分布情况进行模拟，并基于模拟结果中相应数据类型达到危险阈值所需要的时间，选取时间最短的数据类型所对应的时间数据作为人员安全疏散的可用时间。
17、优选的，所述人群疏散模拟单元包括人员参数设定模块和人员安全疏散时间模拟模块，所述人员参数设定模块用于对隧道内人群的总数以及人员类型占比进行设定，并基于发生火灾的车辆的位置信息以及隧道安全出口位置信息，通过pathfinder模拟软件对人员疏散情况进行模拟，所述人员安全疏散时间模拟模块用于通过疏散时间算法计算人员安全疏散所需要的时间，其具体计算公式如下：；
18、式中，表示人员安全疏散所需要的时间，表示火灾报警时间，表示人员响应时间，表示人员安全疏散的可用时间，并对同次模拟过程中获取的所有数据信息上传到模拟数据库中进行储存，并将同次模拟过程中获取的所有数据信息建立关联。
19、一种高速公路隧道意外模拟方法，包括以下步骤：
20、s1：通过隧道信息采集模块对隧道的相关数据进行获取，通过隧道车辆信息采集模块对监测时间段内通过隧道的车辆的相关信息进行获取，通过隧道建模模块对隧道进行建模；
21、s2：通过交通仿真模块进行交通仿真，通过交通安全评价模块基于构建的交通安全评价指标体系对车辆行驶的情况进行评价，通过限速值数据生成模块基于交通安全评价模块中交通安全评价指标体系内各指标的计算结果，确定车辆的安全运行车速，进而确定最终隧道内车辆安全行驶的限速值，通过交通冲突模拟模块对车辆的相关参数信息进行调整，从而对车辆交通冲突情况进行模拟；
22、s3：通过火灾模型建立模块将建立的隧道的模型导入到pyrosim模拟软件中，从而得到初步的隧道火灾模型，通过火源参数设定模块基于发生交通冲突且发生火灾的车辆的类型信息，对火灾增长速度进行计算，通过隧道通风参数设定模块对隧道内的通风速度进行计算，通过火灾扩散情况模拟模块对隧道火灾模型的相应参数进行更改，并对火灾扩散情况进行模拟；
23、s4：通过人员参数设定模块对隧道内人群的总数以及人员类型占比进行设定，并基于发生火灾的车辆的位置信息以及隧道安全出口位置信息，对人员疏散情况进行模拟，通过人员安全疏散时间模拟模块对人员安全疏散所需要的时间进行计算，且将同次模拟过程中获取的所有数据信息进行储存。
24、一种高速公路隧道意外模拟设备，包括：
25、存储器，其上存储有可执行程序；
26、处理器，用于执行所述存储器中的所述可执行程序，以实现上述方法的步骤。
27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
28、1、本发明提出了一种高速公路隧道意外模拟系统、方法及设备，通过设置的隧道数据采集单元对隧道的相关数据以及在监测时间段内通过隧道的车辆的相关信息进行获取，并对隧道进行建模，通过设置的隧道限速模拟单元对实际情况下隧道内交通情况进行仿真，通过构建的交通安全评价指标体系进行评价，进而得到隧道内车辆安全行驶的限速值，在仿真软件中车辆的相关参数信息进行调整，以实现对隧道内交通情况的模拟；
29、2、本发明提出了一种高速公路隧道意外模拟系统、方法及设备，在模拟情况为隧道内出现交通冲突且发生火灾时通过设置的隧道火灾模拟单元构建初步的隧道火灾模型，并基于发生火灾的车辆的类型信息，对火灾增长速度和隧道内火灾临界风速进行计算，基于计算结果对隧道火灾模型的相应参数进行更改，进而对火灾扩散情况进行模拟，以实现对不同类型车辆引起的火灾的扩散情况进行模拟，通过设置的人群疏散模拟单元在火灾模拟的基础上，对隧道内人群相关数据进行设定，并对人员疏散情况进行模拟，进而得到人员安全疏散所需要的时间，且将同次模拟过程中获取的所有数据信息进行储存并建立关联，以便进行查找。
1.一种高速公路隧道意外模拟系统，其特征在于：包括隧道数据采集单元（100），所述隧道数据采集单元（100）用于对隧道的相关数据以及在监测时间段内通过隧道的车辆的相关信息进行获取，并基于获取的隧道的相关数据信息进行隧道建模；
2.根据权利要求1所述的一种高速公路隧道意外模拟系统，其特征在于：所述隧道数据采集单元（100）包括隧道信息采集模块（101）和隧道车辆信息采集模块（102），所述隧道信息采集模块（101）用于以隧道的意外模拟为例，对隧道的相关数据进行获取，包括隧道的长度、墙体厚度、车道宽度、隧道观测点的位置信息、隧道高度以及隧道安全出口位置信息，所述隧道车辆信息采集模块（102）用于对监测时间段内通过隧道的车辆的相关信息进行获取，包括车辆的速度、不同车型的限速值、数量以及车型比。
3.根据权利要求2所述的一种高速公路隧道意外模拟系统，其特征在于：所述隧道数据采集单元（100）还包括隧道建模模块（103），所述隧道建模模块（103）用于基于隧道信息采集模块（101）获取的隧道的相关数据，通过solidworks软件对隧道进行建模。
4.根据权利要求1所述的一种高速公路隧道意外模拟系统，其特征在于：所述隧道限速模拟单元（200）包括交通仿真模块（201）和交通安全评价模块（202），所述交通仿真模块（201）用于基于获取的隧道的相关数据以及在监测时间段内通过隧道的车辆的相关信息，通过vissim软件进行交通仿真，所述交通安全评价模块（202）用于通过构建的交通安全评价指标体系对车辆行驶的情况进行评价，交通安全评价指标体系具体包括车速标准差、交通冲突率和通行效率三个指标。
5.根据权利要求4所述的一种高速公路隧道意外模拟系统，其特征在于：所述隧道限速模拟单元（200）还包括限速值数据生成模块（203）和交通冲突模拟模块（204），所述限速值数据生成模块（203）用于基于交通安全评价模块（202）中交通安全评价指标体系内各指标的计算结果，通过基于critic的加权平均法确定车辆的安全运行车速，并将计算结果与不同车型的限速值进行比较，选取其中的最小值作为最终隧道内车辆安全行驶的限速值，所述交通冲突模拟模块（204）用于在vissim软件对车辆的相关参数信息进行调整，输出调整后的格式为trj.的车辆轨迹文件，通过ssam软件对车辆轨迹文件进行识别，进而对文件中车辆轨迹坐标进行计算处理，以得到交通冲突数据，并将其中的ttc和pet两个交通冲突参数与ssam软件内默认的相应的阈值进行比较，从而判断是否发生交通冲突，具体判断规则如下：当计算得到的ttc数值小于相应的阈值时，即判断发生交通冲突，当计算得pet数值小于相应的阈值时，即判断发生交通冲突。
6.根据权利要求1所述的一种高速公路隧道意外模拟系统，其特征在于：所述隧道火灾模拟单元（300）包括火灾模型建立模块（301）和火源参数设定模块（302），所述火灾模型建立模块（301）用于将solidworks软件中建立的隧道的模型导入到pyrosim模拟软件中，并设置隧道模型的相应属性参数，包括混凝土密度、导热系数以及定压比热容，从而得到初步的隧道火灾模型，所述火源参数设定模块（302）用于基于发生交通冲突且发生火灾的车辆的类型信息，通过火灾增长算法对火灾增长速度进行计算。
7.根据权利要求1所述的一种高速公路隧道意外模拟系统，其特征在于：所述隧道火灾模拟单元（300）还包括隧道通风参数设定模块（303）和火灾扩散情况模拟模块（304），所述隧道通风参数设定模块（303）用于在隧道内发生火灾时，通过临界风速计算算法对隧道内的通风速度进行计算，并基于计算结果设置五组以计算结果为中心值的隧道纵向通风速度，所述火灾扩散情况模拟模块（304）用于基于计算得到的火灾增长速度和设置的隧道纵向通风速度，对隧道火灾模型的相应参数进行更改，并通过fds软件对火灾扩散情况进行模拟，具体包括对隧道内温度分布情况、co体积分数分布情况以及能见度分布情况进行模拟，并基于模拟结果中相应数据类型达到危险阈值所需要的时间，选取时间最短的数据类型所对应的时间数据作为人员安全疏散的可用时间。
8.根据权利要求1所述的一种高速公路隧道意外模拟系统，其特征在于：所述人群疏散模拟单元（400）包括人员参数设定模块（401）和人员安全疏散时间模拟模块（402），所述人员参数设定模块（401）用于对隧道内人群的总数以及人员类型占比进行设定，并基于发生火灾的车辆的位置信息以及隧道安全出口位置信息，通过pathfinder模拟软件对人员疏散情况进行模拟，所述人员安全疏散时间模拟模块（402）用于通过疏散时间算法计算人员安全疏散所需要的时间，并对同次模拟过程中获取的所有数据信息上传到模拟数据库中进行储存，并将同次模拟过程中获取的所有数据信息建立关联。
9.一种高速公路隧道意外模拟方法，其特征在于包括以下步骤：
10.一种高速公路隧道意外模拟设备，其特征在于，包括：
