一種基于最大流率路徑優(yōu)先的路網(wǎng)疏散規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于路徑規(guī)劃、信息處理、地理信息學(xué)領(lǐng)域，并涉及到圖論的應(yīng)用，具體地 說是一種基于最大流率路徑優(yōu)先的路網(wǎng)疏散規(guī)劃方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今社會，大城市的人口密度越來越大，城市交通擁堵的情況也越來越突出，此 外，城鎮(zhèn)人口的密集化帶來了在災(zāi)害事件發(fā)生時能否及時疏散來降低危害影響的問題，因 此，路網(wǎng)疏散問題逐漸成為人們亟待解決的一個課題。如何能夠進行科學(xué)的路徑規(guī)劃，來指 導(dǎo)和控制待疏散區(qū)域內(nèi)人口的彳丁動路徑，以盡可能大的疏散效率和盡可能小的疏散時間將 受災(zāi)區(qū)域的群眾安全地轉(zhuǎn)移到指定的區(qū)域，具有重要的現(xiàn)實研究意義。
[0003] 針對這種情況，人們提出了很多種算法模型來解決這類問題，例如傳統(tǒng)的線性規(guī) 劃和模擬仿真等方法。后來，在學(xué)術(shù)界也出現(xiàn)了一種名為啟發(fā)式算法的方法，來解決這類疏 散問題。一時間很多種相類似的啟發(fā)式算法云涌而出，例如貪婪算法，回溯算法，逆流算法 等等層出不窮。前幾年，盧青松教授在MRCCP算法的基礎(chǔ)之上提出了一種CCRP的啟發(fā)式算 法思想，在限制疏散容量的情況下每次總是讓疏散路徑短的路徑優(yōu)先進行疏散，實踐證明， CCRP的效率比MRCCP的效率有了一定的提高。后來，有學(xué)者在CCRP的基礎(chǔ)之上，提出了多 種改進的算法，有的是長路徑優(yōu)先算法，有的提出智能減載算法。然而，這些算法思想所生 成的疏散路徑總是因為不能充分利用路徑上剩余容量的資源，延長了每次疏散路徑選擇的 時間和疏散時間，因此不可避免的會影響到總的疏散時間，從而導(dǎo)致路網(wǎng)疏散規(guī)劃的疏散 效率低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提出了一種基于最大流率路徑優(yōu)先的路網(wǎng)疏 散規(guī)劃方法，綜合考慮了所求疏散路徑的疏散時間和疏散容量兩方面影響，以求在每次路 徑選擇時，總是能選擇出在最短疏散時間內(nèi)疏散最多容量的疏散路徑，從而能提高該路網(wǎng) 疏散規(guī)劃的疏散效率。
[0005] 本發(fā)明為解決以上技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明一種基于最大流率路徑優(yōu)先的路網(wǎng)疏散規(guī)劃方法，是應(yīng)用于模擬有向路網(wǎng) 結(jié)構(gòu)G(V，E)中，在所述模擬有向路網(wǎng)結(jié)構(gòu)G(V，E)中，V表示節(jié)點集，并有V= {Vs，Vz，Vd}; Vs表示源節(jié)點集，VZ表示中間節(jié)點集；Vd表示目的節(jié)點集；并有：V S= IV1, V2，…，V1，…，VJ ; V1表示所述源節(jié)點集V s中第i個源節(jié)點，且V {V lirap，VlitlJ，V1imp表示所述源節(jié)點集V s 中第i個源節(jié)點V1的節(jié)點通行容量，V liC]。。表示所述源節(jié)點集V s中第i個源節(jié)點V i的初始 待疏散容量，1彡i彡a ;VZ= {V a+1，…，Vj，…，Vb}，Vj表示所述中間節(jié)點集V z中第j個中間 節(jié)點，且Vj= {V _ji(：ap}，vji(：ap表示所述中間節(jié)點集V z中第j個中間節(jié)點V 的節(jié)點通行容量， a+Ι彡j彡b ;Vd= {V b+1，…，Vk，…，V。}，Vk表示所述目的節(jié)點集V d中第k個目的節(jié)點，且V k ={\MP，\ J，\MP表示所述目的節(jié)點集V d中第k個目的節(jié)點V k的節(jié)點通行容量，V 表示所述目的節(jié)點集Vd中第k個目的節(jié)點V k的可容納疏散容量，b+1彡k彡C ;E表示邊 集，并有E = Ie1, e2，…，eh，…，eH}，eh表示所述邊集E中第h條邊，假設(shè)所述第h條邊e h是
由所述節(jié)點集V中第nh個節(jié)點匕,出發(fā)到與其相連的第nh'個節(jié)點&結(jié)束所生成的邊，并 有 表示第h條邊eh的通行容量，Jw'4〉表示通過第h條邊e h tra· 的通行時間；其特點是，所述路網(wǎng)疏散規(guī)劃方法按如下步驟進行：
[0007] 步驟1、構(gòu)造超級源節(jié)點V。并與所述有向路網(wǎng)結(jié)構(gòu)G(V，E)進行關(guān)聯(lián)：
[0008] 步驟1. 1、構(gòu)建超級源節(jié)點V。，并有
表示所述超級源節(jié)點 V。的疏散容量；
[0009] 步驟1. 2、將所述超級源節(jié)點V。分別與所述源節(jié)點集Vs中的每個源節(jié)點相連，從 而生成a條邊，記為
e丨表示所述超級源節(jié)點V。與所述源節(jié)點集V s 中第i個源節(jié)點1相連所生成的邊，并有：
表示所述超級源節(jié)點V。 與所述源節(jié)點集Vs中第i個源節(jié)點V 4目連所生成的邊 < 的通行容量，表示通過所述 超級源節(jié)點\與所述源節(jié)點集V s中第i個源節(jié)點V 4目連所生成的邊ef的通行時間；
[0010] 步驟1. 3、將所述源節(jié)點集Vs中第i個源節(jié)點V i的初始待疏散容量V liCJ!武值給
,實現(xiàn)所述超級源節(jié)點V。與所述源節(jié)點集V s中第i個源節(jié)點V i的關(guān) 聯(lián)；從而實現(xiàn)所述超級源節(jié)點V。與所述模擬有向路網(wǎng)結(jié)構(gòu)G (V，E)的關(guān)聯(lián)；
[0011] 步驟2、路網(wǎng)疏散規(guī)劃參數(shù)定義：
[0012] 步驟2. 1、路徑規(guī)劃參數(shù)定義：
[0013] 定義時刻為t，并用于記錄所述疏散規(guī)劃的時間進程，初始化t = 0 ;
[0014] 定義帶時間維度的路徑遍歷有向路網(wǎng)結(jié)構(gòu)為G(V，E)'，并用于求解疏散最短路 徑；
[0015] 定義t時刻的路徑代價向量為Dt，并有Dt= {D t，b+i，Dt，b+2，…，Dt，k，…，Dt，c}，D t， k表 示所述路徑代價向量Dt中的第k個分量，并用于存儲t時刻從所述超級源節(jié)點V。到所述目 的節(jié)點集V d中第k個目的節(jié)點V k所花費的最小時間代價；
[0016] 定義t時刻的路徑選擇隊列向量為Patht，并有Patht= {P t,b+1，Pt,b+2,…，Pt, k，… ，PtlJ ;Ptlk表示所述路徑選擇隊列向量Path t中的第k個分量，并用于存儲t時刻從所述超 級源節(jié)點V。到所述目的節(jié)點集V d中第k個目的節(jié)點V 花費的最小時間代價D tik所對應(yīng) 的路徑，并記為最短路徑；
[0017] 定義t時刻的路徑流率向量為Ratet，并有Ratet= {R t,b+1，Rt,b+2，…，Rtik，… ，U，R tlk表示所述路徑流率向量Rate t中的第k個分量，并用于存儲t時刻所述路徑選擇 隊列向量Patht中的第k個分量P tik上容納的最大通行容量與通行時間的比率，即從所述超 級源節(jié)點V。到所述目的節(jié)點集V d中第k個目的節(jié)點V k的最短路徑P tik的流率；
[0018] 定義t時刻的路徑流率向量Ratet*最大分量為最大流率R ti_;
[0019] 定義t時刻由所述路徑選擇隊列向量Patht中的最大流率R ti_所對應(yīng)的最短路 徑，為最大流率路徑，記為Pt，max;
[0020] 定義路徑輸出隊列集合為〇utPut_Path，并初始化所述路徑輸出隊列集合 OutPut_Path 為空；
[0021] 步驟2. 2、路網(wǎng)狀態(tài)參數(shù)定義并初始化：
[0022] 定義t時刻通行容量節(jié)點集為Κ?，用來表示所述節(jié)點集V中所有節(jié)點在t時刻的 剩余通行容量，并有
表示所述節(jié)點集V中第m個節(jié)點Vni在t時刻
的剩余通行容量；
[0023] 當(dāng)t = 0時，初始化 ：'^^表示所述節(jié)點集V中第m個節(jié)點V m的通 行容量，從而獲得t = 0時刻的通行容量節(jié)點集
[0024] 定義剩余容量時間擴展節(jié)點集為Vrap，將t = 0時刻的通行容量節(jié)點集存入所 述剩余容量時間擴展節(jié)點集Vmp中；
[0025] 合并所述邊集E和邊集Ev。中所有邊，構(gòu)成邊全集E u_n;
[0026] 定義t時刻通行容量邊集為F=，用于表示所述邊全集Eunicin中各條邊在t時刻的 剩余通行容量，并有
> 且R = H+a ; = ?1}表示所述邊全集Eunicin 中第r條邊在t時刻的剩余通行容量，假設(shè)第r條邊的剩余通行容量C是由所述節(jié)點集V 和所述超級源節(jié)點V。中第n ^個節(jié)點V m出發(fā)到與其相連的第η /個節(jié)點仏結(jié)束所生成的 邊在t時刻的剩余通行容量，并有&尤:;
[0027] t = 0時刻時，將所述邊全集Eunicin中從第n/h節(jié)點V m出發(fā)到與其相連的第η / 個節(jié)點&結(jié)束所生成的邊的通行容量et 'M賦值給，從而獲得t = 0時刻的通行 容量邊集〇 ;
[0028] 定義剩余容量時間擴展邊集為Erap，將t = 0時刻的通行容量邊集存入所述剩 余容量時間擴展邊集Emp中；
[0029] 步驟3、疏散規(guī)劃的路徑選擇：
[0030] 步驟3. 1、在t時刻，進行所述路徑規(guī)劃參數(shù)復(fù)位操作：
[0031] 步驟3. L 1、參數(shù)復(fù)位：
[0032] 設(shè)置t時刻的路徑代價向量Dt= {Dtib+1, Dtib+2,…，Dtik,…，DtitJ中各分量值均為正 無窮大；設(shè)置t時刻的路徑選擇隊列向量Path t= {P t,b+1，Pt,b+2,…，Pt, k，…，Pt,。}中各向量 值均為空；設(shè)置t時刻的路徑流率向量Ratet= {Rtib+1，Rtib+2，…，Rtik，…，Rti。}中各分量值 均為空；設(shè)置t時刻的最大流率R ti_= 0 ;設(shè)置t時刻的最大流率路徑P ti_為空；
[0033] 步驟3. 1. 2、帶時間維度的路徑遍歷有向路網(wǎng)結(jié)構(gòu)G(V，E)'復(fù)位：
[0034] 將所述有向路網(wǎng)結(jié)構(gòu)G (V，E)賦值給G (V，EV ;
[0035] 根據(jù)所述剩余容量時間擴展節(jié)點集Vmp中剩余通行容量為0的節(jié)點獲得所對應(yīng)的 時間維度，并判定在G (V，E)'中剩余通行容量為O的節(jié)點在所對應(yīng)的時間維度上為無效；
[0036] 根據(jù)所述剩余容量時間擴展邊集Emp中剩余通行容量為0的邊獲得所對應(yīng)的時間 維度，并判定在G (V，E)'中剩余通行容量為0的邊在所對應(yīng)的時間維度上為無效；從而獲 得帶時間維度的路徑遍歷有向路網(wǎng)結(jié)構(gòu)G(V，E)';
[0037] 步驟3. 2、根據(jù)所述帶時間維度的路徑遍歷有向路網(wǎng)結(jié)構(gòu)G(V，E)'中節(jié)點和邊是 否為無效，遍歷所述帶時間維度的路徑遍歷有向路網(wǎng)結(jié)構(gòu)G (V，E)'中從所述超級源節(jié)點V。 到所述目的節(jié)點集Vd中第k個目的節(jié)點V k所經(jīng)過的所有路徑；
[0038] 選取到達第k個目的節(jié)點\所經(jīng)過的所有路徑中花費時間代價最小的路徑作為 第k個目的節(jié)點\的最短路徑并分別存入t時刻的路徑選擇隊列向量Path t的第k個分量 Ptik中；從而將所述目的節(jié)點集V d中所有目的節(jié)點的最短路徑分別存入所述路徑選擇隊列 向量Pathjg應(yīng)的分量中；
[0039] 步驟3. 3、將t時刻路徑選擇隊列向量Patht中第k個分量P tik所花費的時間代價 存入所述路徑代價向量Dt的第k個分量D tik中，從而將所述目的節(jié)點集V ,中所有目的節(jié)點 的最短路徑所花費時間代價分別存入所述路徑代價向量〇,相應(yīng)的分量中；
[0040] 步驟3. 4、獲得t時刻路徑選擇隊列向量Patht中第k個分量P tik所表示的最短路 徑上允許通行的最大疏散容量Fptik;從而獲得在t時刻從所述超級源節(jié)點 v。到所述目的節(jié) 點集Vd中所有目的節(jié)點的最短路徑上的最大疏散容量集{F Ptib+1，F(xiàn)Ptib+2，…，F(xiàn)ptik，…，F(xiàn)Pti。};
[0041] 步驟3. 4. 1、獲得t時刻路徑選擇隊列向量Patht中第k個分量P tik所表示的最短 路徑，記為
并有
；Ntik表示所述最 短路徑Ptik中除超級源節(jié)點V。外所經(jīng)過的節(jié)點總數(shù)；表示所述最短路徑Ptik中所經(jīng)過 的第 ntil/h節(jié)點，1 彡 n t,k< N t,k;
[0042] 步驟3. 4. 2、利用式⑴獲得所述最短路徑Ptik中所經(jīng)過第0個節(jié)點巧》以及經(jīng)過 的第nt， k個節(jié)點的到達時間;從而獲得所述最短路徑Ptik中所經(jīng)過的節(jié)點的到達時 間集
[0043]
[0044] 式⑴中，
表示在所述邊全集Eunicin中，由所述最短路徑P tik中從第n tik-l 個節(jié)點出發(fā)到與其相連的第nt，k個節(jié)點結(jié)束所生成的邊的通行時間；
[0045] 步驟3. 4. 3、更新路網(wǎng)狀態(tài)參數(shù)：
[0046] 步驟3. 4. 3. 1、根據(jù)所述最短路徑Pt,k中所經(jīng)過