城市交通應急疏散仿真系統及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及交通系統仿真與應急管理技術領域，特別涉及一種城市交通應急疏散仿真系統及控制方法。
【背景技術】
[0002]交通疏散是在緊急狀態下，利用交通系統將密集的人員分散轉移的行動。當威脅人類生命安全的突發事件發生或將要發生時，緊急疏散可以輔助應急管理部門分析疏散全過程，指導人們躲避危險，減少人員傷亡和經濟損失。隨著現代技術的發展，人們已經可以對突發事件進行短期預警，于是，如何在不同突發事件情境下，在災難降臨前幾天甚至幾小時之內，將處于危險區域的大范圍密集人群及時轉移到安全區域，已經成為城市應急管理與交通工程領域研宄的重要課題。
[0003]已有交通仿真軟件已經提供了執行疏散仿真的功能，但它們所使用的仿真模型仍然是常態下的模型。事實上，緊急疏散情境下的道路交通與常態時有本質的區別:(I)緊急狀態下，交通流的流向不再是隨機的，疏散者有確定的運動目標；(2)緊急狀態下，人們的心理狀態不再是穩定的。對于平靜的駕駛者和恐慌的駕駛者，他們的駕駛方式會有所不同；
[3]緊急狀態下，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。由于當前緊急疏散仿真模型并沒有一個成型的標準化系統，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比和驗證工作變得十分困難。除了建模和驗證的困難外，大規模緊急疏散應用仿真技術的另一個難題是計算量和工作量。相對于人類個體而言，城市區域的空間尺度太大了。在這樣大的尺度空間內執行面向個體的微觀仿真是一項非常耗時的工作。除此之外，為其編寫程序也將需要花費大量的時間，尤其是將時間花費在數學模型以外的內容上。諸如地理數據的結構化、數據存儲、顯示、人機交互等，而這部分內容通常與我們選擇的仿真模型無關。經技術檢索與調研，未發現有針對城市應急管理的交通疏散仿真系統建模方法與技術。

【發明內容】

[0004]本發明的目的旨在至少解決上述的技術缺陷之一。
[0005]為此，本發明的一個目的在于提出一種城市交通應急疏散仿真系統。該系統面向應急交通疏散，具有準確可靠的優點。
[0006]本發明的另一個目的在于提出一種城市交通應急疏散仿真系統的控制方法。
[0007]為了實現上述目的，本發明的第一方面的實施例公開了一種城市交通應急疏散仿真系統，包括:地理空間模塊，用于根據與城市交通相關的信息建立虛擬地理空間結構，其中，所述虛擬地理空間結構包括基于車道的路網模型和基于路段的路網模型；智能體模塊，用于構建虛擬地理空間中的動態實體，并對所述動態實體進行管理，以及將所述動態實體以智能體實體進行呈現；運動與行為模塊，用于在應急情境下利用“決策一博弈一個體行為一變換”模擬機動車行為，并根據嵌入的運動行為模型對所述機動車行為進行疏散仿真，得到機動車的運動過程并對所述機動車的運動過程進行目標規劃；仿真內核模塊，用于對所述智能體實體進行產生、回收、通信和運動處理，并捕捉智能體模塊中產生的虛擬地理空間內的宏觀數據；以及人機交互模塊，用于接收用戶指令，并根據所述用戶指令控制所述城市交通應急疏散仿真系統的運行，以及將所述城市交通應急疏散仿真系統的仿真結果呈現給用戶。
[0008]另外，根據本發明上述實施例的城市交通應急疏散仿真系統還可以具有如下附加的技術特征:
[0009]在一些示例中，所述與城市交通相關的信息包括:路網信息、建筑信息、地形信息和危險區域信息中的一個或多個。
[0010]在一些示例中，所述動態實體包括普通人員、指揮人員、交通控制設施和影響交通的障礙物中的一個或多個。
[0011]在一些示例中，所述仿真內核模塊進一步包括:產生器、回收器、運動行為管理器和通信管理器，其中，所述產生器用于對所述智能體實體進行產生，所述回收器用于回收所述智能體實體，所述運動行為管理器用于管理所述智能體實體，所述通信管理器用于在所述智能體實體間進行通信管理。
[0012]本發明第二方面的實施例公開了一種城市交通應急疏散仿真系統的控制方法，包括以下步驟:啟動所述城市交通應急疏散仿真系統；根據災害事件的影響，確定疏散區域的范圍，并將所述疏散區域的GIS數據載入交通疏散仿真平臺；設定應急管理初步規劃的交通疏散集結點，并在路網中的關鍵路口設立疏散向導；選擇疏散駕駛行為模型；按照街區的實際人口分布，生成機動車智能體并加載到城市路網，運行仿真系統，使車輛朝目標地運動，進行應急疏散。
[0013]另外，根據本發明上述實施例的城市交通應急疏散仿真系統的控制方法還可以具有如下附加的技術特征:
[0014]在一些示例中，還包括:輸出、顯示路網中機動車的實時流量、流速、路口擁堵情況、各集結點已疏散車輛數等數據。
[0015]在一些示例中，還包括:將應急疏散結果呈現給用戶。
[0016]本發明的實施例，從交通仿真系統在應急條件下的基本物理特征出發，針對突發事件情境下的城市緊急疏散仿真領域，設計一套完整的基于道路和多智能體結合的交通疏散微觀仿真框架，并研發一個大規模緊急疏散仿真系統。該系統應能夠完成以下任務:(I)建立城市路網空間結構和人員信息，并與GIS系統相結合；(2)構建合理的疏散情境；(3)建立基于多智能體的仿真模型架構；(4)能夠對確定的疏散模型執行仿真；(5)能夠輸出疏散仿真過程中的數據；(6)提供方便的人機交互服務。
[0017]本發明的實施能夠在不改變架構的前提下嵌入不同的微觀疏散仿真模型，能夠執行城市規模下的人員和車輛疏散的微觀仿真任務，并且能夠方便地獲取數據以進行分析和評價。
[0018]本發明附加的方面和優點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，或通過本發明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0019]本發明上述的和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中，
[0020]圖1是根據本發明一個實施例的城市交通應急疏散仿真系統的結構框圖；
[0021]圖2是根據本發明一個實施例的城市交通應急疏散仿真系統的控制方法的流程圖；
[0022]圖3是DGIT模型駕駛行為流程活動關系圖；
[0023]圖4是城市交通應急疏散仿真平臺架構圖；
[0024]圖5是本發明實施例的不同時段街區人數統計圖；
[0025]圖6是本發明實施例的街區與道路上人數隨時間變化曲線示意圖；
[0026]圖7是本發明實施例的最短路徑模型疏散效果圖；
[0027]圖8是本發明實施例的貪婪模型局部堵塞現象的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面詳細描述本發明的實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0029]在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，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、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0030]在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0031]以下結合附圖描述根據本發明實施例的城市交通應急疏散仿真系統及控制方法。
[0032]圖1是根據本發明一個實施例的城市交通應急疏散仿真系統的結構框圖。如圖1所示，根據本發明一個實施例的城市交通應急疏散仿真系統100，包括:地理空間模塊110、智能體模塊120