[發明專利]一種基于柵格路網的應急路徑規劃架構和方法

有效

• 申請號: 202011509992.2
• 申請日: 2020-12-19
• 公開（公告）號: CN112797997B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 楊博文;遲遠英;丁治明;侯治剛;伍佳名;袁磊;劉遵豪;劉元柱
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01C21/34
• 分類號: G01C21/34
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種基于柵格路網的應急路徑規劃架構和方法，該架構分為三部分，由下向上分別為：數據建模層、路網預處理層、路徑規劃層。本發明將已有相關路網數據和車輛的軌跡數據進行建模，對原始的路網進行柵格化并通過其柵格內道路的通行能力進行賦值，構建具有時空特性的路網結構，通過道路之間的鏈接對每個柵格進行排序，最終使得處在應急區域的車輛可通過行駛最大通行能力的道路進行有效的疏散。使得車輛在最短的時間內行駛出應急區域，這樣不僅能夠使得應急區域的車輛快速的撤離到安全的區域，并且有利于救援車輛更快的駛進應急區域進行有效的救援。

技術領域

本發明屬于應急災害管理領域，涉及歷史車輛數據監測成果集成架構，以及基于該架構的柵格路網的應急路徑規劃方法。

背景技術

面對地震災害，傳統的應急疏散技術通常依靠以往的數據和經驗支撐，缺乏靈活性和關聯性，已經難以應對日益增加的多變突發事件。在信息數據背景下，應急路徑規劃正從傳統的經驗模式向以數據作為驅動的多元分析模式轉變。城市重大災害中常常包含大量異構數據。如交通數據、氣象數據、地理數據等。這些海量增長的數據、頻繁快速的信息交互模式給傳統應急管理帶來了機遇和挑戰。一方面，需要應急路徑規劃策略在海量數據分析的基礎上做出疏散及規避區域選擇、疏散路線選擇等宏觀決策，還要考慮被規劃路況特征來合理安排快速準確定向規劃的微觀決策，而現有的數據分析方法，例如機器學習等和應急疏散策略已難以滿足這些需求。并且在災害發生時選用車輛作為疏散工具會較為方便，且對于城市生活的人員來說汽車的持有量還是較大的。目前一些研究著重于通過調查各種因素(包括駕駛員特征，疏散路徑特征等)來對疏散路徑進行規劃。還有一些研究是通過對道路車流量的提前預測進行路徑規劃的，但是這些方法都沒有考慮到應急事件的突發性，即發生事件后會伴隨一段時間的道路擁堵狀況，并且應急突發事件是沒有規律可循的。因此提出了一種面對應急狀況下的實時路徑規劃技術。

本發明將提供一種在地震災害后的城市道路路徑規劃技術。此發明能夠通過對歷史軌跡數據進行回溯后得到初步的城市道路交通車流量狀況，并將原有的路網進行柵格分區，使得在發生應急事件時方便管理和組織車輛進行有效疏散，減少路徑搜索區域，加快路徑規劃時間。本發明根據面向地震災害后的應急路徑規劃的實際特征情況，以數據及分析技術為基礎，結合應急疏散過程中的多目標、多因素等特點，對應急災害異構特征數據建模、時空特性路網進行矢量柵格劃分，車輛疏散及規避路線等展開研究。本發明首先對車輛歷史軌跡進行提取，并匹配到實際的路網上，根據不同時間不同道路的車輛軌跡提取和分析，采用層次回溯法和機器學習的方法還原道路的路網狀況。根據路網狀況和路網特征數據建立時空路網關聯模型，依照劃分好的時空矢量柵格化地圖進行合理的態勢路網路徑疏散導航和動態規避路線規劃，并根據道路的通行能力進而實現車輛精確快速的疏散。為地震后城市車輛的應急疏散導航和規避路線規劃提供有力的支持和幫助。

綜上所述，本發明將已有的車輛歷史軌跡數據進行回溯建模，形成一張具有時空特性的路網時空動態圖。基于此圖進行等間距的柵格化分割，將路網地圖分割成大小相等的區域，每個區域內包含的路口類型，路口個數及道路的等級等都是不同的。將已劃分好的柵格通過排序算法進行通勤能力的排序，并對每個柵格進行重要性排序及賦值，最終通過一種基于柵格路網的路徑規劃算法對處在應急區域的車輛進行有效的疏散。

發明內容

本發明提出了一種基于柵格路網的應急路徑規劃架構和方法。圖1為應急事件的車輛疏散技術總體架構。該架構分為三部分，由下向上分別為：數據建模層、路網預處理層、路徑規劃層。首先，最下層通過獲取路網的各項數據，例如；軌跡數據，微波數據(通過路網監控攝像頭獲取的車流量狀況),路網數據和天氣數據等。將這些數據進行處理和整合后，映射到二維的平面地圖上。中間層為路網預處理層，該層的作用是將路網進行柵格化處理后分成若干個等間距的柵格，每個柵格內分別存儲的有若干不等的路口和道路，并通過排序算法對整個路網進行柵格排序并賦予特征值，該特征值是反應柵格當前的路網通行能力。最上層為路徑規劃層，通過前兩部分的處理后。