專利名稱：一種基于活動的區(qū)域應(yīng)急交通疏散仿真系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及區(qū)域大范圍應(yīng)急交通疏散技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于活動的區(qū)域應(yīng)急交通疏散系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
·應(yīng)急交通疏散是世界上很多國家處置自然或人為災(zāi)害的重要手段。借助大范圍應(yīng)急交通疏散仿真系統(tǒng)開展應(yīng)急交通疏散工作，對于科學(xué)制定合理、高效的應(yīng)急交通疏散預(yù)案，提高城市應(yīng)對突發(fā)事件的能力，具有十分重要的意義。雖然傳統(tǒng)的仿真系統(tǒng)可以應(yīng)用于應(yīng)急交通疏散工作，但是由于這些系統(tǒng)僅針對常態(tài)交通行為考慮，不能很好地反映應(yīng)急交通疏散的復(fù)雜性特點，模擬結(jié)果同實際相差較遠(yuǎn)?，F(xiàn)有的針對應(yīng)急交通疏散的仿真系統(tǒng)部分考慮了應(yīng)急情況下的交通行為，但沒有考慮個體和家庭的決策行為和活動，模擬結(jié)果同實際也有一定距離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是給出一種基于活動的大范圍應(yīng)急交通疏散仿真系統(tǒng)，其能模擬個體和家庭在整個疏散過程中的活動過程，能科學(xué)、有效地實現(xiàn)應(yīng)急交通疏散預(yù)案的評估，為決策者快速、合理做出突發(fā)事件處置方案提供決策支持。本發(fā)明提出了一種基于活動的區(qū)域應(yīng)急交通疏散系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括災(zāi)害演化模塊、路網(wǎng)構(gòu)建模塊、人口及活動生成模塊、微觀交通仿真模塊、動畫顯示模塊、統(tǒng)計分析模塊，其中，所述災(zāi)害演化模塊用于提供隨時間的推進(jìn)，災(zāi)害對道路路段、交叉口的破壞程度；所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊用于創(chuàng)建道路交通網(wǎng)絡(luò)，以及居民小區(qū)、辦公場所、避難場所等活動地點；所述人口及活動生成模塊分別與所述災(zāi)害演化模塊和所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊連接，其用于產(chǎn)生不同類別的疏散人口，并根據(jù)所述災(zāi)害演化模塊輸出的災(zāi)害的發(fā)展信息、災(zāi)害對道路路段、交叉口的破壞程度、以及所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊創(chuàng)建的道路交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，生成相應(yīng)的個人和家庭逃離活動計劃；所述微觀交通仿真模塊分別與所述災(zāi)害演化模塊、所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊和所述人口及活動生成模塊連接，其用于根據(jù)所述人口及活動生成模塊生成的個人及家庭逃離活動計劃和所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊創(chuàng)建的道路交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，生成疏散人口借助于不同的交通方式在道路交通網(wǎng)絡(luò)上的細(xì)節(jié)運動過程，即人口、車輛的運動軌跡以及系統(tǒng)運行指標(biāo)；所述動畫顯示模塊與所述微觀交通仿真模塊連接，其根據(jù)所述微觀交通仿真模塊輸出的人口、車輛的運動軌跡，在人機(jī)交互界面上直觀地顯示疏散人口、車輛的運動過程；所述統(tǒng)計分析模塊與所述微觀交通仿真模塊連接，其根據(jù)所述微觀交通仿真模塊輸出的系統(tǒng)運行指標(biāo)對疏散時的交通運行狀況進(jìn)行統(tǒng)計分析。本發(fā)明提出的一種基于活動的大范圍應(yīng)急交通疏散仿真系統(tǒng)的有益效果是克服現(xiàn)有技術(shù)不能考慮個體和家庭在疏散過程中的活動，綜合考慮了疏散過程中的個人和家庭逃離計劃活動、災(zāi)害對路網(wǎng)的破壞影響，以及采用微觀交通仿真描述車輛運動過程，能夠更加準(zhǔn)確的描述疏散動態(tài)過程，使得整個交通疏散模擬過程更加貼合實際，能有效實現(xiàn)應(yīng)急交通疏散預(yù)案的評估。本發(fā)明能準(zhǔn)確評估評估應(yīng)急交通疏散預(yù)案，幫助科學(xué)制定合理、高效的應(yīng)急交通疏散預(yù)案，提高城市應(yīng)對突發(fā)事件的能力。


圖I是本發(fā)明基于活動的區(qū)域應(yīng)急交通疏散系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是用路網(wǎng)構(gòu)建模塊構(gòu)建好的一區(qū)域路網(wǎng)界面。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖I是本發(fā)明基于活動的區(qū)域應(yīng)急交通疏散系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖I所示，本發(fā)明基于活動的區(qū)域應(yīng)急交通疏散系統(tǒng)包括災(zāi)害演化模塊、路網(wǎng)構(gòu)建模塊、人口及活動生成模塊、微觀交通仿真模塊、動畫顯示模塊、統(tǒng)計分析模塊。其中災(zāi)害演化模塊用于提供隨時間的推進(jìn)，災(zāi)害對道路路段、交叉口的破壞程度；路網(wǎng)構(gòu)建模塊用于創(chuàng)建道路交通網(wǎng)絡(luò)，以及居民小區(qū)、辦公場所、避難場所等活動地點；人口及活動生成模塊分別與所述災(zāi)害演化模塊和所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊連接，其用于產(chǎn)生不同類別的疏散人口，并根據(jù)所述災(zāi)害演化模塊輸出的災(zāi)害的發(fā)展信息、災(zāi)害對道路路段、交叉口的破壞程度、以及所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊創(chuàng)建的道路交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，生成相應(yīng)的個人和家庭逃離活動計劃；微觀交通仿真模塊分別與所述災(zāi)害演化模塊、所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊和所述人口及活動生成模塊連接，其用于根據(jù)所述人口及活動生成模塊生成的個人及家庭逃離活動計劃和所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊創(chuàng)建的道路交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，生成疏散人口借助于不同的交通方式在道路交通網(wǎng)絡(luò)上的細(xì)節(jié)運動過程，即人口、車輛的運動軌跡以及系統(tǒng)運行指標(biāo)；動畫顯示模塊與所述微觀交通仿真模塊連接，其根據(jù)所述微觀交通仿真模塊輸出的人口、車輛的運動軌跡，在人機(jī)交互界面上直觀地顯示疏散人口、車輛的運動過程；統(tǒng)計分析模塊與所述微觀交通仿真模塊連接，其根據(jù)微觀交通仿真模塊輸出的系統(tǒng)運行指標(biāo)對疏散時的交通運行狀況進(jìn)行統(tǒng)計分析。具體地，災(zāi)害演化模塊采用XML文件格式儲存不同災(zāi)害信息，包括災(zāi)害名稱，指定災(zāi)害在不同時間所到達(dá)的范圍，所影響的人口范圍，以及對道路路段、交叉口的破壞程度，上述這些信息由專業(yè)人員根據(jù)災(zāi)害預(yù)報相關(guān)部門所提供的資料來確定，比如**災(zāi)害(比如颶風(fēng))將于15:15(時間)到達(dá)**區(qū)**路以西(影響范圍)，該區(qū)域內(nèi)的人口將會受颶風(fēng)影響，**路、**路、**街等會被破壞；15:25 (時間)到達(dá)**區(qū)**路以西(影響范圍)，該區(qū)域內(nèi)的人口將會受颶風(fēng)影響，**路、**路、**街等會被破壞，無法使用。路網(wǎng)構(gòu)建模塊以圖形用戶界面形式創(chuàng)建道路交通網(wǎng)絡(luò)和活動場所，配置道路交通網(wǎng)絡(luò)和活動場所的屬性，比如道路寬度、車道寬度、車道數(shù)、道路限速、場所的性質(zhì)和容量等，并提供對道路交通網(wǎng)絡(luò)和活動場所的放大、縮小、居中、顯示全局網(wǎng)絡(luò)等功能。所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊采用(虛)節(jié)點-弧的形式來描述道路交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用節(jié)點的形式來描述居民小區(qū)、辦公場所、學(xué)校、購物場所、醫(yī)院、休閑娛樂場所、飲食場所和避難場所等活動場所，如圖2所示。人口及活動生成模塊產(chǎn)生指定比例的老人、年輕人、中年人、小孩、嬰兒等不同年齡段和性別的疏散人口，并且每個人口個體隸屬于某一確定家庭，所述比例可由建模人員手工輸入，該比例可根據(jù)實際研究區(qū)域內(nèi)的人口數(shù)據(jù)統(tǒng)計獲得；其中，每個個體和家庭能夠根據(jù)所述災(zāi)害演化模塊輸出的災(zāi)害演化信息、災(zāi)害對道路的破壞信息決定是否自己一個人、還是某些家庭成員之間一起逃離，如果某個個體不屬于某個家庭，該個體將會決定自己逃離，如果某個個體屬于某個家庭，則該家庭的逃離決策由家庭成員決定，可以根據(jù)調(diào)查問卷的形式來確定家庭成員逃離決策結(jié)果，即不同類型的家庭以多大比例選擇成員自己逃離還是一起逃離，如果個體和家庭的決定出現(xiàn)矛盾，則以家庭決定為準(zhǔn)，并進(jìn)一步根據(jù)所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊輸出的道路交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)生成相應(yīng)的個人和家庭逃離活動計劃，所述逃離活動計劃包括逃離時刻、集合地點和時間、逃離路徑、安全目的地、所乘交通工具等。
其中，對于逃離時刻，由于人與人之間存在差異，處于或即將處于危險中的人們選擇何時離開危險區(qū)域的時刻是不一樣的，人們對于逃離時刻的選擇是符合一定的概率分布的，為了滿足不同的需求，采用以下兩種方式來確定逃離時刻一是采用指定的概率分布，比如均勻分布、正態(tài)分布等，這時需要確定逃離時刻的取值范圍，以及均值和方差等隨機(jī)變量的數(shù)字特征；二是給出累積概率分布，這時需要給出分界值及其相應(yīng)的概率。對于逃離路徑選擇，逃離路徑選擇行為遵循的原則有以下3個(I)距離最短原則，即選擇到達(dá)安全目的地長度最短的那條路徑；(2)時間最短原則，即選擇到達(dá)安全目的地時間最少的那條路徑；(3)感知費用最少原則，即選擇到達(dá)安全目的地感知費用最少的那條路徑。對于安全目的地選擇，人員在選擇安全目的地時，遵循以下幾個原則(I)安全原則，即人們只選取自己認(rèn)為安全、可達(dá)的目的地作為自己的逃生前往地占.(2)就近原則，即人們?yōu)榱吮M可能快地逃離危險區(qū)域，選擇離自己最近的安全地點作為逃生前往地點；(3)隨機(jī)原則，即人們隨機(jī)選擇一個安全地點作為逃生前往地點。對于所乘的交通工具，一般是指小汽車。比如，某家庭有成員成年人A、成年人B和老人C，當(dāng)災(zāi)害來臨時，A回家接老人后駕車沿距離最短路徑逃往安全地點，B獨自駕車沿距離最短路徑逃往安全地點。微觀交通仿真模塊根據(jù)所述人口及活動生成模塊生成的個人和家庭逃離活動計劃和所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊輸出的道路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)生成疏散人口、車輛在道路交通網(wǎng)絡(luò)上的運動軌跡(所述運動軌跡指的是每一仿真時刻車輛的位置)，同時還生成系統(tǒng)運行指標(biāo)，所述系統(tǒng)運行指標(biāo)包括疏散速度，即道路路段上車輛運行平均速度、不同時刻到達(dá)安全地點的人數(shù)(所述安全地點由建模人員事先指定，比如可將公園、學(xué)校等設(shè)為安全地點)、25%疏散時間(疏散25%的人口所需時間，即從第一個人員開始逃離到有25%的人員抵達(dá)安全地點所需的時間)、50%疏散時間(疏散50%的人口所需時間)、75%疏散時間(疏散75%的人口所需時間)、95%疏散時間(疏散95%的人口所需時間)、100%疏散時間(疏散完全部人口所需時間)等。所述微觀交通仿真模塊中車輛的運動軌跡所涉及的交通行為包括車輛的跟馳、自由換道的交通行為和車輛只跟馳、不換道的交通行為；在所述微觀交通仿真模塊中，疏散人口能根據(jù)所述災(zāi)害演化模塊當(dāng)前輸出的災(zāi)害演化信息、以及應(yīng)急交通疏散管理控制措施和管理部門提供的實時動態(tài)交通信息更新路徑、安全目的地等逃離活動計劃。其中，所述交通行為中，車輛運動模型至少包含下面兩類模型中的一類一類是離散模型，如元胞自動機(jī)模型，一類是連續(xù)模型，如智能駕駛員模型。所述元胞自動機(jī)模型和所述智能駕駛員模型均為本領(lǐng)域中通用的車輛運動模型，具體描述可見賈斌等著的基于元胞自動機(jī)的交通系統(tǒng)建模與模擬、Martin Treiber等發(fā)表的文章Congested TrafficStates in Empirical Observations and Microscopic Simulations,在此不作贊述。統(tǒng)計分析模塊根據(jù)所述微觀交通仿真模塊輸出的系統(tǒng)運行指標(biāo)計算系統(tǒng)運行指標(biāo)的平均值、最小值、最大值、方差，并輸出所述系統(tǒng)運行指標(biāo)隨時間變化的柱狀圖、折線圖等圖表，以方便用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和匯報。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于活動的區(qū)域應(yīng)急交通疏散系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括災(zāi)害演化模塊、路網(wǎng)構(gòu)建模塊、人口及活動生成模塊、微觀交通仿真模塊、動畫顯示模塊、統(tǒng)計分析模塊,其中， 所述災(zāi)害演化模塊用于提供隨時間的推進(jìn)，災(zāi)害對道路路段、交叉口的破壞程度； 所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊用于創(chuàng)建道路交通網(wǎng)絡(luò)，以及居民小區(qū)、辦公場所、避難場所等活動地點； 所述人口及活動生成模塊分別與所述災(zāi)害演化模塊和所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊連接，其用于產(chǎn)生不同類別的疏散人口，并根據(jù)所述災(zāi)害演化模塊輸出的災(zāi)害的發(fā)展信息、災(zāi)害對道路路段、交叉口的破壞程度、以及所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊創(chuàng)建的道路交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，生成相應(yīng)的個人和家庭逃離活動計劃； 所述微觀交通仿真模塊分別與所述災(zāi)害演化模塊、所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊和所述人口及活動生成模塊連接，其用于根據(jù)所述人口及活動生成模塊生成的個人及家庭逃離活動計劃和所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊創(chuàng)建的道路交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，生成疏散人口借助于不同的交通方式在道路交通網(wǎng)絡(luò)上的細(xì)節(jié)運動過程，即人口、車輛的運動軌跡以及系統(tǒng)運行指標(biāo)； 所述動畫顯示模塊與所述微觀交通仿真模塊連接，其根據(jù)所述微觀交通仿真模塊輸出的人口、車輛的運動軌跡，在人機(jī)交互界面上直觀地顯示疏散人口、車輛的運動過程； 所述統(tǒng)計分析模塊與所述微觀交通仿真模塊連接，其根據(jù)所述微觀交通仿真模塊輸出的系統(tǒng)運行指標(biāo)對疏散時的交通運行狀況進(jìn)行統(tǒng)計分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述災(zāi)害演化模塊采用XML文件格式儲存不同災(zāi)害信息，指定災(zāi)害在不同時間所到達(dá)的范圍，所影響的人口范圍，以及對道路路段、交叉口的破壞程度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊以圖形用戶界面形式創(chuàng)建道路交通網(wǎng)絡(luò)和活動場所，配置道路交通網(wǎng)絡(luò)和活動場所的屬性，并提供對道路交通網(wǎng)絡(luò)和活動場所的放大、縮小、居中、顯示全局的功能；所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊采用節(jié)點-弧的形式來描述道路交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用節(jié)點的形式來描述活動場所。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述道路交通網(wǎng)絡(luò)和活動場所的屬性至少包括道路寬度、車道寬度、車道數(shù)、道路限速、場所的性質(zhì)和容量；所述活動場所包括居民小區(qū)、辦公場所、學(xué)校、購物場所、醫(yī)院、休閑娛樂場所、飲食場所和避難場所。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述人口及活動生成模塊產(chǎn)生指定比例的不同年齡段和性別的疏散人口，其中，每個人口個體隸屬于某一確定家庭，每個個體和家庭能夠根據(jù)所述災(zāi)害演化模塊輸出的災(zāi)害演化信息、災(zāi)害對道路的破壞信息決定是否自己一個人、還是某些家庭成員之間一起逃離，并進(jìn)一步根據(jù)所述路網(wǎng)構(gòu)建模塊輸出的道路交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)生成相應(yīng)的個人和家庭逃離活動計劃。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述逃離活動計劃包括逃離時刻、集合地點和時間、逃離路徑、安全目的地、所乘交通工具。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)運行指標(biāo)包括疏散速度、疏散路網(wǎng)負(fù)和度、不同時刻到達(dá)安全地點的人數(shù)、25 %疏散時間、50 %疏散時間、75 %疏散時間、95 %疏散時間、100 %疏散時間。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微觀交通仿真模塊中車輛的運動軌跡所涉及的交通行為包括車輛的跟馳、自由換道的交通行為和車輛只跟馳、不換道的交通行為。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述微觀交通仿真模塊中，疏散人口進(jìn)一步能根據(jù)所述災(zāi)害演化模塊當(dāng)前輸出的災(zāi)害演化信息、以及應(yīng)急交通疏散管理控制措施和實時動態(tài)交通信息更新逃離活動計劃。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述統(tǒng)計分析模塊根據(jù)所述微觀交通仿真模塊輸出的系統(tǒng)運行指標(biāo)計算系統(tǒng)運行指標(biāo)的平均值、最小值、最大值、方差，并輸出所述系統(tǒng)運行指標(biāo)隨時間變化的圖表。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于活動的大范圍區(qū)域應(yīng)急交通疏散仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括災(zāi)害演化模塊、路網(wǎng)構(gòu)建模塊、人口及活動生成模塊、微觀交通仿真模塊、動畫顯示模塊、統(tǒng)計分析模塊。其中，災(zāi)害演化模塊提供災(zāi)害對道路系統(tǒng)的影響；路網(wǎng)構(gòu)建模塊創(chuàng)建道路網(wǎng)絡(luò)及活動場所；人口及活動生成模塊生成疏散人口和個人、家庭逃離計劃；微觀交通仿真模塊生成疏散人口、車輛運動軌跡；動畫顯示模塊顯示疏散人口、車輛運動過程；統(tǒng)計分析模塊對疏散時的交通狀況進(jìn)行統(tǒng)計分析。本發(fā)明綜合考慮了疏散過程中個人和家庭逃離計劃和災(zāi)害對路網(wǎng)的破壞影響，采用微觀交通仿真描述車輛運動過程，使得整個交通疏散模擬過程更加貼合實際，有效地實現(xiàn)應(yīng)急交通疏散預(yù)案的評估。
文檔編號G08G1/00GK102779408SQ20121026904
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者葉佩軍, 呂宜生, 朱鳳華, 湯淑明, 王飛躍, 陳松航 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所