[發明專利]一種基于元胞自動機的洪澇人員動態疏散路徑分析方法

在審

• 申請號: 201811307543.2
• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號: CN109583628A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 陳求穩;何夢男;陳誠;嚴晗璐;董建瑋;王智源;王麗
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/26
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

本發明公開了一種基于元胞自動機的洪澇人員動態疏散路徑分析方法，針對洪澇過程人員疏散路徑的復雜性與特殊性，以人在洪澇過程中的疏散機制為基礎，所述方法具體包含：根據收集的研究區域基礎數據，模擬典型洪澇變化過程，構建基于元胞自動機的洪澇應急疏散場景；針對模擬的洪澇變化過程，制定洪澇障礙判斷規則識別動態洪澇障礙分布；根據人的尋路行為規律，制定距離疊加規則和動態最小繞行規則，在構建動態繞行距離場的基礎上，實現洪澇人員動態疏散路徑的規劃。該發明可規劃各種洪澇響應程度下的動態疏散路徑，并可結合洪澇變化過程快速求解不同地理位置的最佳疏散時間范圍，對于防洪減災應急預案的制定具有重要的理論與實踐意義。

技術領域

本發明涉及水文學的洪澇人員疏散研究領域，特別涉及到洪澇人員動態疏散路徑分析技術。

背景技術

在極端天氣事件頻率和強度都在增加的氣候變化大背景下，城市已成為世界上最易受到洪澇災害影響的地區。城市化的快速發展過程中，由于城市規劃和綜合管理的能力跟不上建設的速度，一到梅雨季節眾多城市出現“城市看海”現象，給人民生活出行帶來不便，甚至造成生命財產的巨大損失。如何既趨利避害又科學高效地規劃洪澇應急疏散路徑，是制定合理的洪澇災害應急疏散預案的關鍵研究內容，對于保障人民群眾的生命財產安全具有重要的現實意義。

以往的洪澇應急疏散分析方法主要基于路網拓撲圖，屬于宏觀概化模型，相關算法對人的疏散行為細節無法考量，往往直接忽略掉人的疏散行為對路徑應有的合理抉擇，尤其是在動態洪澇場景下現有的Dijkstra算法、A*算法等理論和方法已不適用。同時，隨著路網基礎數據量和維度的增加，路網拓撲圖的繁瑣建模過程限制著疏散路徑的求解效率。

元胞自動機(Cellular Automata，CA)是由大量個體通過局部聯系組成的時間、空間、狀態都離散的系統。基于元胞自動機的疏散模型是一種在微觀和離散的角度上，通過制定人的行為規則，進而對人員疏散過程進行定量化的表達，對于分析洪澇人員動態疏散路徑具有很好的指導意義。

洪澇疏散過程受多種因素共同制約，基于元胞自動機理論建模可以將洪水應急疏散過程離散化，從而充分考慮疏散人員的行為特點。同時，洪澇災害條件下的人員疏散路徑優化問題有其特殊性，評價路徑優劣的標準不應該僅是路徑最短，還應該結合洪澇變化過程在空間和時間上有足夠的安全考慮。因此需要在算法上對DEM數據進行深入挖掘，得到對于洪澇動態疏散路徑分析更有效的信息，從而為城市防洪減災應急疏散預案提供可靠的理論依據。

發明內容

發明目的：圍繞洪澇人員應急疏散問題，針對洪澇人員疏散過程的復雜性與特殊性，提供一種基于元胞自動機的洪澇人員動態疏散路徑分析方法。

技術方案：本發明所述基于元胞自動機的洪澇人員動態疏散路徑分析方法，包括：

(1)根據收集的研究區域基礎數據，構建基于元胞自動機的洪澇應急疏散場景，包括元胞模型定義以及模擬典型洪水過程并確定安全區域；

(2)結合洪澇模擬結果計算人體危險程度指數，執行洪澇障礙判斷規則，得到具有連續時間序列的動態洪澇障礙場；

(3)以出口為源，由近及遠地按照遍歷順序執行距離疊加規則，得到具有連續時間序列的動態繞行距離場；

(4)執行動態最小繞行規則，實現洪澇人員動態疏散路徑規劃。

作為優選，所述步驟(1)中元胞模型定義時根據人站立時的身體尺寸確定元胞邊長L，以L*L的正方形作為基本的元胞網格劃分研究區域；元胞鄰域關系采用Moore型鄰域；元胞狀態屬性包括元胞所在處的地形高程、水深、流速、可進入性以及繞行距離。