一种基于关系亲密度的复合避难场所分配方法与流程

本发明涉及一种基于关系亲密度的复合避难场所分配方法，属于灾害防护
技术领域：
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背景技术：
：近年来，难以预测和控制的各类灾难事件频频爆发，给人类带来沉痛的灾难和巨大的经济损失，有些影响巨大而深远。2005年，“卡特里娜”飓风横扫美国佛罗里达州及墨西哥湾沿海地区，造成1800多人死亡，数百万人无家可归，经济损失达340多亿美元；2011年日本东部海域发生了9.0级地震，地震引发了巨大海啸，造成了重大人员伤亡和财产损失，地震和海啸还袭击了福岛核电站，引发了继切尔诺贝利核泄漏以来，最大规模的核泄漏事故，紧急疏散人数达10余万人，这些大型灾难事件都导致了大规模的群体性迁移避难行为。因此，如何针对灾难事件的高突发性、破坏性、复杂性和不确定性等特点，开展快速有效的灾难应急处理越来越受到世界各国政府及学术界的关注。而防止和减少事故造成人员伤亡的最重要措施是对处在灾难影响范围内的人员及时进行有序疏散规划。对于应急疏散规划问题(emergencyevacuationplanningproblem，eepp)，目前主要存在以下几个难点：(1)灾难发生时，由于灾难实况信息传播不及时，受灾区域内的待疏散人员处于高度紧张恐惧状态，影响了对灾难形势的判断，从众心理造成大范围的道路拥堵，无组织的疏散行为造成避难场所分配的严重不均衡，延误了宝贵的疏散时间。(2)现有的关于应急疏散规划的相关研究成果可分为宏观和微观两个方面。宏观疏散研究关注大规模的人员疏散，但是缺乏人性化疏散的考虑；微观疏散研究主要关注小规模人群在室内环境下的疏散，但是缺乏对宏观上避难场所分配的考虑，不具有普适性。(3)影响应急疏散规划的因素很多，例如待疏散人员位置、道路拥塞状况、避难场所分布及其容量等，但现有的研究通常仅考虑单方面或某几个方面的影响因素，进而影响了研究的科学性，且缺乏实际应用性。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效提高求解效率，缩短疏散路线长度和疏散时间，使周边避难场所剩余容量达到均衡状态的基于关系亲密度的复合避难场所分配方法。本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种基于关系亲密度的复合避难场所分配方法，用于针对灾难区中彼此存在亲属关系的各个待疏散人员，分部按如下步骤，实现待疏散人员向避难场所的疏散：步骤1.以待疏散人员的经纬度坐标x建立该疏散人员所对应的直角坐标系xoy，并进入步骤2；步骤2.获得待疏散人员经纬度坐标x与灾难发生点经纬度坐标o之前的欧几里得距离，作为危险距离do；获得待疏散人员经纬度坐标x分别与各个避难所经纬度坐标gm之间的欧几里得距离，作为待疏散人员分别对应各个避难所的疏散距离1≤m≤m，m表示避难所的总数；同时，获得待疏散人员经纬度坐标x分别与其所对应各个亲属关系待疏散人员经纬度坐标xr之间的欧几里得距离，作为待疏散人员分别对应其各个亲属关系待疏散人员的关系距离1≤r≤r，r表示与该待疏散人员具有亲属关系的待疏散人员总数，然后进入步骤3；步骤3.针对各个避难所，获得满足条件所对应的各个避难所，作为对应于待疏散人员的各个可选疏散避难所，ρg表示预设避难所安全疏散距离，然后进入步骤4；步骤4.分别针对各个可选疏散避难所，根据如下公式：获得各个可选疏散避难所分别针对待疏散人员的虚拟引力其中，i＝{1、…、i}，i≤m，i表示对应于待疏散人员的可选疏散避难所的个数，表示第i个可选疏散避难所针对待疏散人员的虚拟引力，k表示预设虚拟引力系数，ρ(x,gi)表示待疏散人员经纬度坐标x与第i个可选疏散避难所经纬度坐标gi之间的欧几里得距离；同时，根据如下公式：获得灾难发生点针对待疏散人员的虚拟斥力frep(x)，其中，m表示预设虚拟斥力系数，ρ(x,o)表示待疏散人员经纬度坐标x与灾难发生点经纬度坐标o之间的欧几里得距离，▽ρ(x,o)表示待疏散人员经纬度坐标x与灾难发生点经纬度坐标o之间的单位向量，ρ0表示灾难发生点的虚拟斥力作用半径，然后进入步骤5；步骤5.获得待疏散人员经纬度坐标x分别与各个可选疏散避难所经经纬度坐标gi之间的连线，并分别获得该各个连线与直角坐标系xoy中x轴之间的夹角αi，αi表示待疏散人员经纬度坐标与第i个可选疏散避难所经经纬度坐标之间连线和直角坐标系xoy中x轴之间的夹角；同时，获得待疏散人员经纬度坐标x与灾难发生点经纬度坐标o之间连线和直角坐标系xoy中x轴之间的夹角β，然后进入步骤6；步骤6.根据待疏散人员经纬度坐标x分别与各个可选疏散避难所经纬度坐标gi之间连线和直角坐标系xoy中x轴之间的夹角αi，以及待疏散人员经纬度坐标x与灾难发生点经纬度坐标o之间连线和直角坐标系xoy中x轴之间的夹角β，获得各个和frep(x)作用于直角坐标系xoy中x轴上的第一x轴分量合力fsumx1(x)，以及获得各个和frep(x)作用于直角坐标系xoy中y轴上的第一y轴分量合力fsumy1(x)；由fsumx1(x)和fsumy1(x)获得作用于待疏散人员的第一虚拟合力f1(x)，并获得第一虚拟合力f1(x)与直角坐标系xoy中x轴的第一夹角η1，然后进入步骤7；步骤7.针对待疏散人员的各个亲属关系待疏散人员，判断是否存在满足条件所对应的各个亲属关系待疏散人员，是则针对满足条件的各个亲属关系待疏散人员，选择其中与待疏散人员之间最高亲密度所对应的一位亲属关系待疏散人员，作为待疏散人员所对应的可选亲属关系待疏散人员，并进入步骤9；否则进入步骤8；ρe表示预设亲属关系待疏散人员的虚拟关系引力场作用距离；步骤8.根据合力f1(x)的夹角η1确定人员的疏散方向，获取待疏散人员的亲属xr所在的应急避难场所，作为待疏散人员x的最终避难场所，完成针对该待疏散人员的疏散规划；步骤9.根据如下公式：frel(x)＝-b·ρ(x,x*)获得待疏散人员所对应可选亲属关系待疏散人员对待疏散人员的虚拟关系引力frel(x)，其中；b表示预设虚拟关系引力系数，ρ(x,x*)表示该待疏散人员经纬度坐标x与对应可选亲属关系待疏散人员经纬度坐标x*之间的欧几里得距离；同时，获得待疏散人员经纬度坐标x与所对应可选亲属关系待疏散人员经纬度坐标x*之间的连线，并获得该连线与直角坐标系xoy中x轴之间的夹角σ*，然后进入步骤10；步骤10.根据待疏散人员经纬度坐标x与所对应可选亲属关系待疏散人员经纬度坐标x*之间连线和直角坐标系xoy中x轴之间的夹角σ*，获得frel(x)作用于直角坐标系xoy中x轴上的第二x轴分量合力以及获得frel(x)作用于直角坐标系xoy中y轴上的第二y轴分量合力并且结合第一x轴分量合力fsumx1(x)和第一y轴分量合力fsumy1(x)，获得作用于待疏散人员的第二虚拟合力f2(x)，并获得第二虚拟合力f2(x)与直角坐标系xoy中x轴的第二夹角ηx，然后进入步骤11；步骤11.判断夹角ε＝|σ*-η2|与预设可选亲属关系待疏散人员所对应的亲属关系是否对应，是则进入步骤12；否则返回步骤8；步骤12.针对待疏散人员经纬度坐标x分别与各个可选疏散避难所经纬度坐标gi之间连线和直角坐标系xoy中x轴之间的夹角αi，获得各个可选疏散避难所所对应|η2-αi|的值，最后将最小值所对应的可选疏散避难所，作为待疏散人员x的最终疏散避难所，完成针对该待疏散人员的疏散规划。作为本发明的一种优选技术方案：采用力的正交分解法执行所述步骤6和步骤10的操作。本发明所述一种基于关系亲密度的复合避难场所分配方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)本发明设计的基于关系亲密度的复合避难场所分配方法，该方法的基本思想是通过建立虚拟力场，将复杂的大规模疏散问题通过力场函数进行描述，并通过力场函数的负梯度方向决定待疏散人员的疏散方向，解决了对于复杂的灾难环境下的人性化疏散建模问题，使问题描述简单，算法在实现人性化疏散的同时，提升了算法的计算效率和准确性；(2)本发明设计的基于关系亲密度的复合避难场所分配方法中，通过引入虚拟关系引力，将待疏散人员之间的亲属关系通过虚拟关系引力函数进行描述，并对亲属关系进行等级划分，根据等级的不同对虚拟关系引力系数进行调整，从而对虚拟关系引力的大小进行调节。此外，通过设置亲属关系待疏散人员的虚拟关系引力场作用距离ρe，对是否存在虚拟关系引力进行判断，从而避免了因虚拟关系引力对算法的计算效率和准确性的影响，使算法性能得到保证。附图说明图1是本发明设计灾难环境下的待疏散人员在虚拟关系力场中的受力图；图2是本所设计基于关系亲密度的复合避难场所分配方法的流程图。具体实施方式下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。通过对大规模应急疏散规划问题建立虚拟力场的方法进行建模，对灾难环境建立的虚拟力场如图1所示。其基本思想是假设待疏散人员作为一个质点在虚拟的力场中移动，虚拟力场中的待疏散人员受到其周围作为目标点的多个避难场所的虚拟引力、灾难发生点作为障碍物点产生的虚拟斥力，以及其亲属作为次要目标点产生的虚拟关系引力，虚拟引力由目标点产生并且指向目标点，虚拟斥力由障碍物产生且指向远离障碍物的方向。于是，待疏散人员在虚拟力场中朝着下降的力场函数方向进行移动。通过虚拟引力和虚拟斥力的共同作用实现有效疏散。分别针对各个待疏散人员，具体按如下步骤，实现待疏散人员向避难场所的疏散实际应用中，设各个避难场的经纬度坐标为gm，单个待疏散人员的经纬度坐标为x，其亲属的经纬度坐标为xr。于是，环境空间中待疏散人员的总虚拟力场函数v(x)为：其中，v(x)表示虚拟复合力场，表示避难场所gm产生的虚拟引力场，vrep(x)表示灾难发生点经纬度坐标o位置产生的虚拟斥力场，vrel(x)为亲属经纬度坐标点xr产生的虚拟关系引力场。待疏散人员受到的虚拟力被定义为力场的负梯度。因此，待疏散人员受到的虚拟合力为其中，f(x)表示虚拟合力；表示避难场所gm产生的虚拟引力，frep(x)表示灾难发生点经纬度坐标o位置产生的虚拟斥力，frel(x)为亲属经纬度坐标点xr产生的虚拟关系引力。多个避难场所对待疏散人员产生的虚拟引力场可以将待疏散人员拉向目标点。由目标避难场所产生的虚拟引力场为其中，k为虚拟引力系数，ρ(x,gm)表示待疏散人员经纬度坐标x至避难场所gm的欧几里得距离。目标避难场所对待疏散人员产生的虚拟引力为其中，是一个朝向待疏散人员经纬度坐标x、并且大小与x和gm相关联的矢量。对灾难影响范围内的待疏散人员建立虚拟斥力场，其函数如下式所示：式中，l表示为虚拟斥力系数，ρ(x,o)表示待疏散人员经纬度坐标x至灾难发生点o的欧几里得距离，ρ0表示灾难发生点的虚拟斥力作用半径。定义虚拟斥力为虚拟斥力场的负梯度：对具有亲属关系的个体之间产生的虚拟关系引力构建虚拟关系引力场，其函数如下式所示：式中，b为虚拟关系引力系数，ρ(x,xr)表示疏散人员经纬度坐标x与其亲属经纬度坐标xr之间的欧几里得距离，ρe表示预设亲属关系待疏散人员的虚拟关系引力场作用距离，在ρe范围内的疏散人员受到其亲属关系个体的虚拟引力作用。定义虚拟关系引力为虚拟关系引力场的负梯度则如图2所示，即本发明所设计的一种基于关系亲密度的复合避难场所分配方法，分别针对各个待疏散人员，具体按如下步骤，实现待疏散人员向避难场所的疏散：步骤1.以待疏散人员的经纬度坐标x建立该疏散人员所对应的直角坐标系xoy，并进入步骤2。步骤2.获得待疏散人员经纬度坐标x与灾难发生点经纬度坐标o之前的欧几里得距离，作为危险距离do；获得待疏散人员经纬度坐标x分别与各个避难所经纬度坐标gm之间的欧几里得距离，作为待疏散人员分别对应各个避难所的疏散距离1≤m≤m，m表示避难所的总数；同时，获得待疏散人员经纬度坐标x分别与其所对应各个亲属关系待疏散人员经纬度坐标xr之间的欧几里得距离，作为待疏散人员分别对应其各个亲属关系待疏散人员的关系距离1≤r≤r，r表示与该待疏散人员具有亲属关系的待疏散人员总数，然后进入步骤3。步骤3.针对各个避难所，获得满足条件所对应的各个避难所，作为对应于待疏散人员的各个可选疏散避难所，ρg表示预设避难所安全疏散距离，然后进入步骤4。步骤4.分别针对各个可选疏散避难所，根据如下公式：获得各个可选疏散避难所分别针对待疏散人员的虚拟引力其中，i＝{1、…、i}，i≤m，i表示对应于待疏散人员的可选疏散避难所的个数，表示第i个可选疏散避难所针对待疏散人员的虚拟引力，k表示预设虚拟引力系数，ρ(x,gi)表示待疏散人员经纬度坐标x与第i个可选疏散避难所经纬度坐标gi之间的欧几里得距离。同时，根据如下公式：获得灾难发生点针对待疏散人员的虚拟斥力frep(x)，其中，m表示预设虚拟斥力系数，ρ(x,o)表示待疏散人员经纬度坐标x与灾难发生点经纬度坐标o之间的欧几里得距离，▽ρ(x,o)表示待疏散人员经纬度坐标x与灾难发生点经纬度坐标o之间的单位向量，ρ0表示灾难发生点的虚拟斥力作用半径，然后进入步骤5。步骤5.获得待疏散人员经纬度坐标x分别与各个可选疏散避难所经纬度坐标gi之间的连线，并分别获得该各个连线与直角坐标系xoy中x轴之间的夹角αi，αi表示待疏散人员经纬度坐标与第i个可选疏散避难所经纬度坐标之间连线和直角坐标系xoy中x轴之间的夹角；同时，获得待疏散人员经纬度坐标x与灾难发生点经纬度坐标o之间连线和直角坐标系xoy中x轴之间的夹角β，然后进入步骤6。步骤6.采用力的正交分解法，根据待疏散人员经纬度坐标x分别与各个可选疏散避难所经纬度坐标gi之间连线和直角坐标系xoy中x轴之间的夹角αi，以及待疏散人员经纬度坐标x与灾难发生点经纬度坐标o之间连线和直角坐标系xoy中x轴之间的夹角β，获得各个和frep(x)作用于直角坐标系xoy中x轴上的第一x轴分量合力fsumx1(x)，以及获得各个和frep(x)作用于直角坐标系xoy中y轴上的第一y轴分量合力fsumy1(x)；由fsumx1(x)和fsumy1(x)获得作用于待疏散人员的第一虚拟合力f1(x)，并获得第一虚拟合力f1(x)与直角坐标系xoy中x轴的第一夹角η1，然后进入步骤7。步骤7.针对待疏散人员的各个亲属关系待疏散人员，判断是否存在满足条件所对应的各个亲属关系待疏散人员，是则针对满足条件的各个亲属关系待疏散人员，选择其中与待疏散人员之间最高亲密度所对应的一位亲属关系待疏散人员，作为待疏散人员所对应的可选亲属关系待疏散人员，并进入步骤9；否则进入步骤8；ρe表示预设亲属关系待疏散人员的虚拟关系引力场作用距离。步骤8.根据合力f1(x)的夹角η1确定人员的疏散方向，获取待疏散人员的亲属xr所在的应急避难场所，作为待疏散人员x的最终避难场所，完成针对该待疏散人员的疏散规划。步骤9.根据如下公式：frel(x)＝-b·ρ(x,x*)获得待疏散人员所对应可选亲属关系待疏散人员对待疏散人员的虚拟关系引力frel(x)，其中；b表示预设虚拟关系引力系数，ρ(x,x*)表示该待疏散人员经纬度坐标x与对应可选亲属关系待疏散人员经纬度坐标x*之间的欧几里得距离；同时，获得待疏散人员经纬度坐标x与所对应可选亲属关系待疏散人员经纬度坐标x*之间的连线，并获得该连线与直角坐标系xoy中x轴之间的夹角σ*，然后进入步骤10。步骤10.采用力的正交分解法，根据待疏散人员经纬度坐标x与所对应可选亲属关系待疏散人员经纬度坐标x*之间连线和直角坐标系xoy中x轴之间的夹角σ*，获得frel(x)作用于直角坐标系xoy中x轴上的第二x轴分量合力以及获得frel(x)作用于直角坐标系xoy中y轴上的第二y轴分量合力并且结合第一x轴分量合力fsumx1(x)和第一y轴分量合力fsumy1(x)，获得作用于待疏散人员的第二虚拟合力f2(x)，并获得第二虚拟合力f2(x)与直角坐标系xoy中x轴的第二夹角η2，然后进入步骤11。步骤11.判断夹角ε＝|σ*-η2|与预设可选亲属关系待疏散人员所对应的亲属关系是否对应，是则进入步骤12；否则返回步骤8；其中，预设可选亲属关系待疏散人员所对应亲属关系与夹角ε，以及预设虚拟关系引力系数b的对应关系如下表1所示。亲属度亲属关系虚拟关系引力系数b夹角ε1父母、子女、夫妻10°≤ε≤90°2亲戚0.80°≤ε≤60°3朋友、同学0.60°≤ε≤30°表1步骤12.针对待疏散人员经纬度坐标x分别与各个可选疏散避难所经纬度坐标gi之间连线和直角坐标系xoy中x轴之间的夹角αi，获得各个可选疏散避难所所对应|η2-αi|的值，最后将最小值所对应的可选疏散避难所，作为待疏散人员x的最终疏散避难所，完成针对该待疏散人员的疏散规划。本发明设计的基于关系亲密度的复合避难场所分配方法，通过建立虚拟力场，将复杂的大规模疏散问题通过力场函数进行描述，并通过力场函数的负梯度方向决定人员的疏散方向，解决了对于复杂的灾难环境难以建模的问题，使问题描述简单，同时提升了算法的计算效率；不仅如此，能够将待疏散人员位置、避难场所分布及其容量等影响应急疏散规划的因素考虑在内，给待疏散人员提供及时的疏散引导，并且在算法的求解过程中，将应急避难场所实时剩余容量参数作为引力系数，使得整个疏散过程中避难场所的容量达到均衡状态，节省了大量疏散时间。随着疏散人数规模的增加，算法优势愈加明显。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。当前第1页12