基于移動(dòng)手機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)城市應(yīng)急疏散仿真方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及城市應(yīng)急疏散領(lǐng)域，特別是一種基于移動(dòng)手機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)城市應(yīng)急疏散仿真方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)主要是模擬在某種突發(fā)狀況下(自然災(zāi)害或者人為災(zāi)害)，大規(guī)模人群的疏散場(chǎng)景。它旨在模擬真實(shí)情況下的狀況，然后對(duì)各種不同狀況的發(fā)生進(jìn)行預(yù)測(cè)，并據(jù)此提出合理疏散規(guī)劃，幫助降低災(zāi)害發(fā)生后所產(chǎn)生的損失。這種方式與傳統(tǒng)的消防演習(xí)方式相比，可以減少人力財(cái)力損失，而且可以在更廣闊的區(qū)域上開(kāi)展。
[0003]傳統(tǒng)的應(yīng)急疏散涉及到的內(nèi)容主要包括擁堵路段人員交通指引、救護(hù)車(chē)、應(yīng)急物資的發(fā)放、疏散指示路牌、短信指引疏散等方法。
[0004]傳統(tǒng)的應(yīng)急疏散方法存在諸多缺點(diǎn):常用疏散仿真系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)——人口分布數(shù)據(jù)，大都基于靜態(tài)的人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。該統(tǒng)計(jì)一般很長(zhǎng)時(shí)間才進(jìn)行一次，比如五年。但是，現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展之快以及城市間人口流動(dòng)之大，還有各種人為統(tǒng)計(jì)誤差，導(dǎo)致該統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)一般與實(shí)際情況差別較大。此外，在現(xiàn)實(shí)中，人口的分布是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程。早上的時(shí)候，白領(lǐng)上班、學(xué)生上學(xué)，直到晚上回來(lái)休息之前，他們還可能去另外一些地方參加娛樂(lè)活動(dòng)。在這整個(gè)過(guò)程中，他們的位置信息都是變動(dòng)的。災(zāi)害發(fā)生時(shí)，他們極有可能不在自己的住宅內(nèi)。所以，如果僅僅只是把靜態(tài)的人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為疏散仿真的數(shù)據(jù)依據(jù)，這很明顯有失科學(xué)依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一是提供一種基于移動(dòng)手機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)城市應(yīng)急疏散仿真方法。
[0006]為達(dá)到本發(fā)明目的，這種基于移動(dòng)手機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)城市應(yīng)急疏散仿真方法，包括如下步驟:
[0007]I)利用GIS地圖信息子系統(tǒng)獲取GIS地圖信息，其中GIS地圖信息包括城市地理要素和要素間關(guān)系信息；
[0008]2)利用人員實(shí)時(shí)分布挖掘子系統(tǒng)通過(guò)移動(dòng)手機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)合GIS地圖信息子系統(tǒng)獲取的信息計(jì)算人員實(shí)時(shí)分布信息；
[0009]3)確定災(zāi)害類(lèi)型、級(jí)別和受災(zāi)地理位置后，利用受災(zāi)區(qū)域判斷子系統(tǒng)劃定疏散點(diǎn)做為所有人的疏散終點(diǎn)；
[0010]4)疏散仿真子系統(tǒng):根據(jù)以上獲取的GIS地圖信息、人員實(shí)時(shí)分布信息和災(zāi)害區(qū)域判斷信息，計(jì)算人員疏散路徑和全體人員疏散方案。
[0011]優(yōu)選地，還包括疏散方案生成與發(fā)布子系統(tǒng)，用于將疏散仿真子系統(tǒng)計(jì)算的結(jié)果生成最佳的疏散方案并發(fā)布。
[0012]優(yōu)選地，還包括三維渲染子系統(tǒng)，用于將生成的最佳方案渲染成三維模型。
[0013]優(yōu)選地，所述地理要素包括道路、建筑、山地、湖泊、河流；要素間關(guān)系信息是將所有道路交接處視為一個(gè)點(diǎn)，所有道路都是相鄰兩點(diǎn)的連線(xiàn)。
[0014]優(yōu)選地，所述每條道路根據(jù)負(fù)載能力給定一個(gè)權(quán)值，形成拓?fù)渎窂綀D。
[0015]優(yōu)選地，所述人員實(shí)時(shí)分布挖掘子系統(tǒng)獲取人員實(shí)時(shí)分布信息為:按生活、工作作息時(shí)間將一天分為多個(gè)時(shí)間段，統(tǒng)計(jì)在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)在相應(yīng)區(qū)域內(nèi)人員使用手機(jī)的時(shí)間、位置以及相應(yīng)的手機(jī)號(hào)，以若干天為一個(gè)周期將該相同時(shí)間段的數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，得到某個(gè)時(shí)間段人員的實(shí)時(shí)分布信息。進(jìn)一步地，所述周期為七天。
[0016]優(yōu)選地，所述受災(zāi)區(qū)域判斷子系統(tǒng)根據(jù)受災(zāi)地理位置及相應(yīng)區(qū)域GIS中的等高線(xiàn)來(lái)初步判定實(shí)際受災(zāi)區(qū)域，然后再選取其中面積最大的幾個(gè)非受災(zāi)區(qū)域作為安全疏散點(diǎn)。
[0017]優(yōu)選地，所述疏散仿真子系統(tǒng)將獲得的人員實(shí)時(shí)分布信息按區(qū)域人員結(jié)構(gòu)將模擬為每個(gè)人員都有相應(yīng)的年齡、心理狀態(tài)。
[0018]本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供一種基于移動(dòng)手機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)城市應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)，包括以下子系統(tǒng):
[0019]GIS地圖信息子系統(tǒng):用于獲取GIS地圖信息，包括城市地理要素和要素間關(guān)系信息；
[0020]人員實(shí)時(shí)分布挖掘子系統(tǒng):通過(guò)移動(dòng)手機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)合GIS地圖信息子系統(tǒng)獲取的信息計(jì)算人員實(shí)時(shí)分布信息；
[0021]受災(zāi)區(qū)域判斷子系統(tǒng):確定災(zāi)害類(lèi)型、級(jí)別和受災(zāi)地理位置后，劃定疏散點(diǎn)做為所有人的疏散終點(diǎn)；
[0022]疏散仿真子系統(tǒng):根據(jù)以上獲取的GIS地圖信息、人員實(shí)時(shí)分布信息和災(zāi)害區(qū)域判斷信息，計(jì)算人員疏散路徑和全體人員疏散方案。
[0023]優(yōu)選地，還包括疏散方案生成與發(fā)布子系統(tǒng)，用于將疏散仿真子系統(tǒng)計(jì)算的結(jié)果生成最佳的疏散方案并發(fā)布。
[0024]優(yōu)選地，還包括三維渲染子系統(tǒng)，用于將生成的最佳方案渲染成三維模型。
[0025]優(yōu)選地，所述地理要素包括道路、建筑、山地、湖泊、河流；要素間關(guān)系信息是將所有道路交接處視為一個(gè)點(diǎn)，所有道路都是相鄰兩點(diǎn)的連線(xiàn)。
[0026]優(yōu)選地，所述每條道路根據(jù)負(fù)載能力給定一個(gè)權(quán)值，形成拓?fù)渎窂綀D。
[0027]優(yōu)選地，所述人員實(shí)時(shí)分布挖掘子系統(tǒng)獲取人員實(shí)時(shí)分布信息為:按生活、工作作息時(shí)間將一天分為多個(gè)時(shí)間段，統(tǒng)計(jì)在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)在相應(yīng)區(qū)域內(nèi)人員使用手機(jī)的時(shí)間、位置以及相應(yīng)的手機(jī)號(hào)，以若干天為一個(gè)周期將該相同時(shí)間段的數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，得到某個(gè)時(shí)間段人員的實(shí)時(shí)分布信息。進(jìn)一步地，所述周期為七天。
[0028]優(yōu)選地，所述受災(zāi)區(qū)域判斷子系統(tǒng)根據(jù)受災(zāi)地理位置及相應(yīng)區(qū)域GIS中的等高線(xiàn)來(lái)初步判定實(shí)際受災(zāi)區(qū)域，然后再選取其中面積最大的幾個(gè)非受災(zāi)區(qū)域作為安全疏散點(diǎn)。
[0029]優(yōu)選地，所述疏散仿真子系統(tǒng)將獲得的人員實(shí)時(shí)分布信息按區(qū)域人員結(jié)構(gòu)將模擬為每個(gè)人員都有相應(yīng)的年齡、心理狀態(tài)。
[0030]有益效果:本發(fā)明通過(guò)手機(jī)通信數(shù)據(jù)挖掘方法，得出城市各區(qū)域的人口動(dòng)態(tài)分布點(diǎn)。將此種方法與城市疏散仿真相結(jié)合，得到疏散發(fā)生前整個(gè)城市的人口狀態(tài)，這種數(shù)據(jù)挖掘方法得到的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確、可靠，而且模擬操作成本低，可操作性強(qiáng)，可以多次模擬并加以驗(yàn)證，以期獲得與真實(shí)數(shù)據(jù)最接近的結(jié)果。從根本上保證了城市疏散仿真結(jié)果的科學(xué)性、準(zhǔn)確性，并為之后的疏散方案決策提供有效依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1是本發(fā)明疏散仿真系統(tǒng)原理圖。
[0032]圖2是本發(fā)明人員實(shí)時(shí)分布挖掘子系統(tǒng)工作原理圖。
[0033]圖3是本發(fā)明受災(zāi)區(qū)域判斷子系統(tǒng)工作原理圖。
[0034]圖4是本發(fā)明疏散仿真子系統(tǒng)工作原理圖。
[0035]圖5是本發(fā)明疏散方案生成與發(fā)布子系統(tǒng)工作原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面將結(jié)合附圖用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明實(shí)時(shí)城市應(yīng)急疏散仿真方法及系統(tǒng)進(jìn)一步說(shuō)明。
[0037]現(xiàn)如今手機(jī)的占有率已經(jīng)達(dá)到較高水平，據(jù)此可以大膽引入手機(jī)通信位置數(shù)據(jù)解決人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的問(wèn)題。雖然尚無(wú)法精準(zhǔn)判斷每一個(gè)人的具體位置，但是通過(guò)對(duì)手機(jī)通信位置數(shù)據(jù)的概率統(tǒng)計(jì)以及位置變化趨勢(shì)特點(diǎn)研究，將能得出在不同時(shí)段人口的分布特點(diǎn)。
[0038]現(xiàn)有應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)大都基于A(yíng)l (人工智能Artificial Intelligence)。這種方法的優(yōu)勢(shì)是可以最大限度模擬單個(gè)人員的一些特性(如，年齡、性格、性別等，因?yàn)檫@些因素將會(huì)影響人員的疏散速度及正確判斷出口的能力)。
[0039]拓?fù)渎窂揭?guī)劃:是假定所有的道路交接處都是一個(gè)點(diǎn)，所有點(diǎn)通過(guò)線(xiàn)(實(shí)際中的道路)連接起來(lái)，所有的線(xiàn)連成一個(gè)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在給Agent (智能體,即疏散對(duì)象)設(shè)定起點(diǎn)與終點(diǎn)后，通過(guò)數(shù)學(xué)方法(A*、動(dòng)態(tài)分配等)計(jì)算Agent的具體路徑，使Agent沿著給定路線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，最終到達(dá)安全的疏散終點(diǎn)。重復(fù)此步驟，直到所有Agent路徑都計(jì)算完畢。
[0040]在疏散過(guò)程中，采取Al的方法，根據(jù)Agent的個(gè)體行為及特性，例如年齡、性別、身體、心理狀況等因素，確定單個(gè)智能體的疏散速度及可視范圍，這些特性最終將通過(guò)影響人(智能體)等方式來(lái)影響仿真疏散的過(guò)程。以期達(dá)到最逼真的仿真效果。
[0041]在A(yíng)gent從一個(gè)道路節(jié)點(diǎn)到達(dá)另外一個(gè)道路節(jié)點(diǎn)的過(guò)程中，由于周?chē)h(huán)境(靜態(tài)及動(dòng)態(tài)障礙物)變化，例如人員擁堵、建筑物阻擋等情況，將導(dǎo)致智能體采取不同措施，如降低速度，改變方向等。
[0042]本系統(tǒng)將基于以上基本流程展開(kāi)。它主要是在某些關(guān)鍵部位進(jìn)一步細(xì)化和優(yōu)化，以期達(dá)到更好的效果。
[0043]如圖1所示，本發(fā)明基于移動(dòng)手機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)城市應(yīng)急疏散仿真方法，包括如下步驟:
[0044]I)利用 GIS (地理信息系統(tǒng)，Geographic Informat1n System 的簡(jiǎn)稱(chēng)，能在 GIS軟件上顯示的地圖數(shù)據(jù)，是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持下，能夠進(jìn)行自由交互操作的矢量地圖)地圖信息子系統(tǒng)獲取GIS地圖信息，其中信息包括城市地理要素和要素間關(guān)系信息，如道路(街道)、建筑、山地、湖泊、河流等；將地圖中的所有道路(街道)交接處視為一個(gè)點(diǎn)，所有道路都是相鄰兩點(diǎn)的連線(xiàn)。
[0045]2)利用人員實(shí)時(shí)分布挖掘子系統(tǒng)通過(guò)移動(dòng)手機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)合GIS地圖信息子系統(tǒng)獲取的信息計(jì)算人員實(shí)時(shí)分布信息；其中移動(dòng)手機(jī)數(shù)據(jù)主要是某個(gè)區(qū)域內(nèi)人們使用手機(jī)的時(shí)間、地理位置(該數(shù)據(jù)通過(guò)離手機(jī)最近的基站位置及wifi網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲取，精確度可以達(dá)到十米左右)以及相應(yīng)的手機(jī)號(hào)碼。這里將手機(jī)號(hào)碼作為ID來(lái)區(qū)別不同的人，并由此進(jìn)行分析，根據(jù)他們的使用情況來(lái)挖掘他們的生活規(guī)律信息。
[0046]具體而言，如圖2所示，先將所有的手機(jī)通信數(shù)據(jù)，即手機(jī)號(hào)碼及使用時(shí)的GPS位置等數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性初步處理之后，將所有的數(shù)據(jù)按照一周的時(shí)間進(jìn)行疊加(也可以用一個(gè)月做為一個(gè)周期)，從而得出一周內(nèi)人群的出行規(guī)律。例如一個(gè)城市內(nèi)人們周末最喜歡的出行地點(diǎn)，以及出行的比例等數(shù)據(jù)；然后將數(shù)據(jù)按照工作日和休息日劃分后，再按照每天的生活、工作時(shí)間段進(jìn)行劃分，并在每個(gè)時(shí)間段上進(jìn)行數(shù)據(jù)疊加。其中每天將分為晚上休息時(shí)間、娛樂(lè)時(shí)間和工作時(shí)間三個(gè)區(qū)段，得出同一地區(qū)不同時(shí)段人們的出行規(guī)律。也據(jù)此規(guī)律，劃分不同區(qū)域類(lèi)型。例如，晚上的時(shí)候人們可能在睡覺(jué)，這個(gè)時(shí)候住宅區(qū)的人較多，所以晚上人較多的應(yīng)該是住宅區(qū)。白天的時(shí)候人們可能在上班，那么寫(xiě)字樓區(qū)的人口較多，那么該區(qū)域就是寫(xiě)字樓區(qū)。如果是傍晚的休息時(shí)間或者周末，娛樂(lè)區(qū)或者住宅區(qū)人口則會(huì)較多；接著，找出人們的出行規(guī)律之后，對(duì)典型區(qū)域統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，由此判斷該區(qū)域的類(lèi)型，是住宅區(qū)還是商業(yè)區(qū)等等，并把區(qū)域類(lèi)型這個(gè)數(shù)據(jù)同每一個(gè)