城市交通應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及交通系統(tǒng)仿真與應(yīng)急管理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種城市交通應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]交通疏散是在緊急狀態(tài)下，利用交通系統(tǒng)將密集的人員分散轉(zhuǎn)移的行動(dòng)。當(dāng)威脅人類生命安全的突發(fā)事件發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生時(shí)，緊急疏散可以輔助應(yīng)急管理部門分析疏散全過(guò)程，指導(dǎo)人們躲避危險(xiǎn)，減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)可以對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行短期預(yù)警，于是，如何在不同突發(fā)事件情境下，在災(zāi)難降臨前幾天甚至幾小時(shí)之內(nèi)，將處于危險(xiǎn)區(qū)域的大范圍密集人群及時(shí)轉(zhuǎn)移到安全區(qū)域，已經(jīng)成為城市應(yīng)急管理與交通工程領(lǐng)域研宄的重要課題。
[0003]已有交通仿真軟件已經(jīng)提供了執(zhí)行疏散仿真的功能，但它們所使用的仿真模型仍然是常態(tài)下的模型。事實(shí)上，緊急疏散情境下的道路交通與常態(tài)時(shí)有本質(zhì)的區(qū)別:(I)緊急狀態(tài)下，交通流的流向不再是隨機(jī)的，疏散者有確定的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)；(2)緊急狀態(tài)下，人們的心理狀態(tài)不再是穩(wěn)定的。對(duì)于平靜的駕駛者和恐慌的駕駛者，他們的駕駛方式會(huì)有所不同；
[3]緊急狀態(tài)下，不能保證所有道路都能正常通行，存在某條道路由于不可抗原因而突然中斷的可能性。由于當(dāng)前緊急疏散仿真模型并沒(méi)有一個(gè)成型的標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)，因而仿真模型所采用的自定義參量種類繁雜，不易相互換算。這使得不同仿真模型的對(duì)比和驗(yàn)證工作變得十分困難。除了建模和驗(yàn)證的困難外，大規(guī)模緊急疏散應(yīng)用仿真技術(shù)的另一個(gè)難題是計(jì)算量和工作量。相對(duì)于人類個(gè)體而言，城市區(qū)域的空間尺度太大了。在這樣大的尺度空間內(nèi)執(zhí)行面向個(gè)體的微觀仿真是一項(xiàng)非常耗時(shí)的工作。除此之外，為其編寫(xiě)程序也將需要花費(fèi)大量的時(shí)間，尤其是將時(shí)間花費(fèi)在數(shù)學(xué)模型以外的內(nèi)容上。諸如地理數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示、人機(jī)交互等，而這部分內(nèi)容通常與我們選擇的仿真模型無(wú)關(guān)。經(jīng)技術(shù)檢索與調(diào)研，未發(fā)現(xiàn)有針對(duì)城市應(yīng)急管理的交通疏散仿真系統(tǒng)建模方法與技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。
[0005]為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種城市交通應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)面向應(yīng)急交通疏散，具有準(zhǔn)確可靠的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種城市交通應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)的控制方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例公開(kāi)了一種城市交通應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)，包括:地理空間模塊，用于根據(jù)與城市交通相關(guān)的信息建立虛擬地理空間結(jié)構(gòu)，其中，所述虛擬地理空間結(jié)構(gòu)包括基于車道的路網(wǎng)模型和基于路段的路網(wǎng)模型；智能體模塊，用于構(gòu)建虛擬地理空間中的動(dòng)態(tài)實(shí)體，并對(duì)所述動(dòng)態(tài)實(shí)體進(jìn)行管理，以及將所述動(dòng)態(tài)實(shí)體以智能體實(shí)體進(jìn)行呈現(xiàn)；運(yùn)動(dòng)與行為模塊，用于在應(yīng)急情境下利用“決策一博弈一個(gè)體行為一變換”模擬機(jī)動(dòng)車行為，并根據(jù)嵌入的運(yùn)動(dòng)行為模型對(duì)所述機(jī)動(dòng)車行為進(jìn)行疏散仿真，得到機(jī)動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)過(guò)程并對(duì)所述機(jī)動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行目標(biāo)規(guī)劃；仿真內(nèi)核模塊，用于對(duì)所述智能體實(shí)體進(jìn)行產(chǎn)生、回收、通信和運(yùn)動(dòng)處理，并捕捉智能體模塊中產(chǎn)生的虛擬地理空間內(nèi)的宏觀數(shù)據(jù)；以及人機(jī)交互模塊，用于接收用戶指令，并根據(jù)所述用戶指令控制所述城市交通應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)的運(yùn)行，以及將所述城市交通應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)的仿真結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。
[0008]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的城市交通應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0009]在一些示例中，所述與城市交通相關(guān)的信息包括:路網(wǎng)信息、建筑信息、地形信息和危險(xiǎn)區(qū)域信息中的一個(gè)或多個(gè)。
[0010]在一些示例中，所述動(dòng)態(tài)實(shí)體包括普通人員、指揮人員、交通控制設(shè)施和影響交通的障礙物中的一個(gè)或多個(gè)。
[0011]在一些示例中，所述仿真內(nèi)核模塊進(jìn)一步包括:產(chǎn)生器、回收器、運(yùn)動(dòng)行為管理器和通信管理器，其中，所述產(chǎn)生器用于對(duì)所述智能體實(shí)體進(jìn)行產(chǎn)生，所述回收器用于回收所述智能體實(shí)體，所述運(yùn)動(dòng)行為管理器用于管理所述智能體實(shí)體，所述通信管理器用于在所述智能體實(shí)體間進(jìn)行通信管理。
[0012]本發(fā)明第二方面的實(shí)施例公開(kāi)了一種城市交通應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:啟動(dòng)所述城市交通應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)；根據(jù)災(zāi)害事件的影響，確定疏散區(qū)域的范圍，并將所述疏散區(qū)域的GIS數(shù)據(jù)載入交通疏散仿真平臺(tái)；設(shè)定應(yīng)急管理初步規(guī)劃的交通疏散集結(jié)點(diǎn)，并在路網(wǎng)中的關(guān)鍵路口設(shè)立疏散向?qū)В贿x擇疏散駕駛行為模型；按照街區(qū)的實(shí)際人口分布，生成機(jī)動(dòng)車智能體并加載到城市路網(wǎng)，運(yùn)行仿真系統(tǒng)，使車輛朝目標(biāo)地運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行應(yīng)急疏散。
[0013]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的城市交通應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)的控制方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0014]在一些示例中，還包括:輸出、顯示路網(wǎng)中機(jī)動(dòng)車的實(shí)時(shí)流量、流速、路口擁堵情況、各集結(jié)點(diǎn)已疏散車輛數(shù)等數(shù)據(jù)。
[0015]在一些示例中，還包括:將應(yīng)急疏散結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。
[0016]本發(fā)明的實(shí)施例，從交通仿真系統(tǒng)在應(yīng)急條件下的基本物理特征出發(fā)，針對(duì)突發(fā)事件情境下的城市緊急疏散仿真領(lǐng)域，設(shè)計(jì)一套完整的基于道路和多智能體結(jié)合的交通疏散微觀仿真框架，并研發(fā)一個(gè)大規(guī)模緊急疏散仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)能夠完成以下任務(wù):(I)建立城市路網(wǎng)空間結(jié)構(gòu)和人員信息，并與GIS系統(tǒng)相結(jié)合；(2)構(gòu)建合理的疏散情境；(3)建立基于多智能體的仿真模型架構(gòu)；(4)能夠?qū)Υ_定的疏散模型執(zhí)行仿真；(5)能夠輸出疏散仿真過(guò)程中的數(shù)據(jù)；(6)提供方便的人機(jī)交互服務(wù)。
[0017]本發(fā)明的實(shí)施能夠在不改變架構(gòu)的前提下嵌入不同的微觀疏散仿真模型，能夠執(zhí)行城市規(guī)模下的人員和車輛疏散的微觀仿真任務(wù)，并且能夠方便地獲取數(shù)據(jù)以進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。
[0018]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0019]本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中，
[0020]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的城市交通應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0021]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的城市交通應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)的控制方法的流程圖；
[0022]圖3是DGIT模型駕駛行為流程活動(dòng)關(guān)系圖；
[0023]圖4是城市交通應(yīng)急疏散仿真平臺(tái)架構(gòu)圖；
[0024]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的不同時(shí)段街區(qū)人數(shù)統(tǒng)計(jì)圖；
[0025]圖6是本發(fā)明實(shí)施例的街區(qū)與道路上人數(shù)隨時(shí)間變化曲線示意圖；
[0026]圖7是本發(fā)明實(shí)施例的最短路徑模型疏散效果圖；
[0027]圖8是本發(fā)明實(shí)施例的貪婪模型局部堵塞現(xiàn)象的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0029]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0030]在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
[0031]以下結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的城市交通應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)及控制方法。
[0032]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的城市交通應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的城市交通應(yīng)急疏散仿真系統(tǒng)100，包括:地理空間模塊110、智能體模塊120