一种基于自适应边逆转的路网疏散系统与方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于路径规划、信息处理、地理信息学领域，并设及到图论的应用，具体地 说是一种基于自适应边逆转的路网疏散系统与方法。
【背景技术】
[0002] 交通拥堵、交通事故、恐怖事件等等一系列的人为或者自然灾害的发生次数越来 越频繁，对人们的时间、财产、生命安全等造成了严重的影响。为了解决运一系列的问题，路 网疏散问题被学者们提上了科研议程。如何能够进行科学的路径规划，来指导和控制待疏 散区域内人口的行动路径，W尽可能大的疏散效率和尽可能小的疏散时间将受灾区域的群 众安全地转移到指定的区域，具有重要的现实研究意义。
[0003] 针对路网疏散问题，人们提出了很多种算法模型来解决运类问题，例如传统的线 性规划和模拟仿真等方法。后来，在学术界也出现了一种名为启发式算法的方法，来解决 运类疏散问题。传统的疏散算法中，比较经典的就是参考文献《CapacityConstrained RoutingAlgorithmsforEvacuationPlanning:ASummaryofResults》中CCRP算法了， 大部分基于CCRP进行改进的算法，其所生成的疏散路径总是因为不能充分利用路径上剩 余容量的资源，延长了每次疏散路径选择的时间和疏散时间，从而导致路网疏散规划的疏 散效率低下。后来有学者，提出了路径逆转的求解思路，希望通过增大边的通行容量来提高 疏散效率。但是，运些方法中需要预先设定需要进行边调整的比例和范围，运就需要对道路 的疏散情况进行事先判断；城市路网数据大而复杂，事先判断需要极大的工作量，且错误率 高，而且运些方法也不太稳性，逆转比例和逆转范围的过高或者过低都会对最终的疏散效 率产生很大的影响。
【发明内容】
[0004] 本发明为克服现有技术的不足之处，提出了一种基于自适应边逆转的路网疏散系 统与方法，W期能减少人为操作对疏散规划确定的影响，从而最大程度地提高有向路网疏 散规划的疏散效率。 阳〇化]本发明为解决W上技术问题采用如下技术方案：
[0006] 本发明一种基于自适应边逆转的路网疏散系统与方法，是应用于由节点集和边集 组成的有向路网结构中；所述节点集包含有源节点、目的节点和中间节点；所述边集中的 所有边为单向边或者双向边；所述有向路网结构中各节点和各边均带有时间维度，其特点 是，所述系统包括：路网疏散规划参数构建模块、疏散路径计算模块、候选路径判断模块、路 径逆转模块、单一路径输出模块W及逆转历史路径输出模块；
[0007] 所述路网疏散规划参数构建模块用于定义所述疏散规划的参数，包括当前时刻为 t、逆转路径历史集合HPS、超级源节点V。;在所述超级源节点V。上设置有待疏散容量，并初 始化所述超级源节点V。的待疏散容量为所述源节点的待疏散人数的总和；
[0008] 所述疏散路径计算模块用于判断所述超级源节点V。的待疏散容量是否为0,若为 0,则表示疏散规划结束，并复原所述有向路网结构；若不为0,则根据所述有向路网利用带 通行容量时间约束的路径算法获取当前时刻t的疏散容量不为0且时间代价不为无穷大的 时间代价最小路径，若成功获取，将所述时间代价最小路径输出至所述候选路径判断模块； 否则，表示根据所述有向网络图利用带通行容量时间约束的路径算法无法获得当前时刻的 任何疏散路径，则将t+1赋值给t，并将所述逆转路径历史集合HPS中所存储的逆转路径输 出至所述逆转历史路径输出模块；
[0009] 所述候选路径判断模块用于判断所述逆转路径历史集合册S是否为空，若为空， 则将所述当前时刻t的时间代价最小路径转换为有效路径，并输出至所述路径逆转模块； 若不为空，则继续判断所述当前时刻t的时间代价最小路径在当前时刻下是否为有效路 径；
[0010] 若不为有效路径；则将t+1赋值给t，并将所述逆转路径历史集合册S中所存储的 逆转路径输出至所述逆转历史路径输出模块；
[0011] 若为有效路径，则判断所述有效路径是否存在于所述逆转路径历史集合HPS中；
[0012] 若存在，则将所述有效路径输出至所述单一路径输出模块；
[0013] 若不存在，则判断所述有效路径与所述逆转路径历史集合HPS中所存储的逆转路 径是否有相同的源节点；
[0014] 若没有相同源节点，则将所述有效路径输出至所述路径逆转模块；
[0015] 若有相同的源节点，则遍历所述具有相同源节点的逆转路径中是否存在逆转路径 满足疏散容量为0或者时间代价大于所述有效路径的时间代价，若存在，则将所述有效路 径输出至所述路径逆转模块；否则，继续遍历所述具有相同源节点的逆转路径中是否存在 逆转路径满足疏散效率优于所述有效路径的疏散效率，若存在，则返回所述疏散路径计算 模块用于获得当前时刻t的下一条时间代价最小路径；否则，则将所述有效路径输出至所 述路径逆转模块；
[0016] 所述路径逆转模块将所接收的有效路径转换为逆转路径，并将所述逆转路径的标 识符设置为0并存入所述逆转路径历史集合HPS;
[0017] 在所述有向路网结构上，按照从源节点到目的节点的流向，依次获得所述逆转路 径上所经过的各自双向边的到达时刻；依次在各自所述双向边的到达时刻及到达时刻之后 的各时间维度上：一是将所述双向边的剩余容量合并到与所述流向相同的边的剩余容量 上；二是将所述双向边按照所述流向转换为单向边，并将转换前的所述双向边的通行容量 合并为转换后的所述单向边的通行容量；从而更新所述有向路网结构W及所述有向路网结 构在不同时刻上的剩余容量；
[0018] 并将所述接收的有效路径输出至所述单一路径输出模块；
[0019] 所述单一路径输出模块将所接收的有效路径或逆转路径转换为单一路径进行输 出，并获取所述单一路径上的疏散容量，W及所述单一路径上所有节点和单向边的各自到 达时刻一并输出；将所述单一路径所有节点和单向边在各自到达时刻的时间维度上的剩余 容量减去所述单一路径上的疏散容量，从而更新所述有向路网在不同时刻上的剩余容量； 将所述超级源节点V。的待疏散容量减去所述单一路径的疏散容量，从而更新待疏散总人 数；
[0020] 判断所述单一路径输出模块所接收的是否为有效路径，若是，则完成输出后返回 所述疏散路径计算模块用于获取当前时刻t的下一条的时间代价最小路径；否则，表示所 接收的是逆转路径，返回所述逆转历史路径输出模块，用于遍历所述逆转路径历史集合HPS 中所存储的逆转路径；
[0021] 所述逆转历史路径输出模块遍历所述逆转路径历史集合HPS中所存储的逆转路 径在当前时刻t的疏散容量是否为0,若为0,则删除疏散容量为0的逆转路径；若不为0， 判断所述逆转路径的标识符是否为0,若为0,则将所述逆转路径的标识符设置为1，否则， 则将所述逆转路径输出至所述单一路径输出模块；从而在完成遍历后，返回所述疏散路径 计算模块用于获得新的时间代价最小路径。
[0022] 本发明一种基于自适应边逆转的路网疏散方法，是应用于由节点集和边集组成的 有向路网结构中；所述节点集包含有源节点、目的节点和中间节点；其特点是按如下步骤 进行：
[0023] 步骤1、参数定义：
[0024] 定义超级源节点V。;在所述超级源节点V。上设置待疏散容量，并初始化所述超级 源节点V。的待疏散容量为所述源节点的待疏散人数的总和； 阳0巧]定义当前时刻为t，并初始化t= 0 ; 阳〇%] 定义逆转路径历史集合为HPS;并初始化HPS为空；
[0027] 定义标记路径触发变量化，并初始化化为空； 阳028] 定义寻找路径触发变量化，并初始化化=true; 阳0巧]定义循环变量i，并初始化i= 1 ;
[0030] 步骤2、判断所述超级源节点V。的待疏散容量是否为0,若为0,则表示疏散规划结 束，并复原所述有向路网结构；若不为0,则根据所述有向网络图利用带通行容量时间约束 的路径算法获得当前时刻t的第i条时间代价最小路径，记为TPi,t;记所述第i条时间代 价最小路径TPiit的时间代价为瑪!r;记所述第i条时间代价最小路径TPiit的疏散容量为 了巧。P ?
[0031] 步骤3、判断所述第i条时间代价最小路径TPiit的时间代价巧为无穷大或者疏 散容量'巧7为0是否成立；若任意一个成立，则表示当前时刻t无法再获得任何疏散路径， 将t+1赋值给t，并执行步骤10 ;否则，则执行步骤4 ;
[0032] 步骤4、判断所述逆转路径历史集合册S是否为空，若为空，则将所述第i条时间代 价最小路径TPi,t按照步骤9进行逆转；若不为空，则判断化=false且化=TP是否成 立；若同时成立，则表示当前时刻t无法获得不同的疏散路径，将t+1赋值给t，并执行步骤 10;否则，执行步骤5;
[0033] 步骤5、判断所述寻找路径触发变量化=true是否成立，若成立，设置所述标记路 径触发变量化=TPi,t;否则，将化设置为true;
[0034] 步骤6、判断所述逆转路径历