一种基于元胞自动机的洪涝人员动态疏散路径分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于元胞自动机的洪涝人员动态疏散路径分析方法，针对洪涝过程人员疏散路径的复杂性与特殊性，以人在洪涝过程中的疏散机制为基础，所述方法具体包含：根据收集的研究区域基础数据，模拟典型洪涝变化过程，构建基于元胞自动机的洪涝应急疏散场景；针对模拟的洪涝变化过程，制定洪涝障碍判断规则识别动态洪涝障碍分布；根据人的寻路行为规律，制定距离叠加规则和动态最小绕行规则，在构建动态绕行距离场的基础上，实现洪涝人员动态疏散路径的规划。该发明专利技术可规划各种洪涝响应程度下的动态疏散路径，并可结合洪涝变化过程快速求解不同地理位置的最佳疏散时间范围，对于防洪减灾应急预案的制定具有重要的理论与实践意义。

A Dynamic Evacuation Route Analysis Method for Flood Personnel Based on Cellular Automata

The present invention discloses a dynamic evacuation path analysis method for flood personnel based on cellular automata. In view of the complexity and particularity of the evacuation path in flood process, the method is based on the evacuation mechanism of people in flood process. The method includes: according to the basic data collected in the study area, simulating the typical flood change process, and constructing a flood response based on cellular automata. Emergency evacuation scenarios; flood obstacle judgment rules are formulated to identify the dynamic distribution of flood obstacles according to the simulated process of flood change; distance superposition rules and dynamic minimum bypass rules are formulated according to the law of human routing behavior, and the dynamic evacuation path planning of flood personnel is realized based on the construction of dynamic bypass distance field. The invention can plan dynamic evacuation paths under various flood response levels, and can quickly solve the optimal evacuation time range of different geographical locations in combination with the flood change process. It has important theoretical and practical significance for the formulation of emergency plans for flood control and disaster reduction.

【技术实现步骤摘要】
一种基于元胞自动机的洪涝人员动态疏散路径分析方法
本专利技术涉及水文学的洪涝人员疏散研究领域，特别涉及到洪涝人员动态疏散路径分析技术。
技术介绍
在极端天气事件频率和强度都在增加的气候变化大背景下，城市已成为世界上最易受到洪涝灾害影响的地区。城市化的快速发展过程中，由于城市规划和综合管理的能力跟不上建设的速度，一到梅雨季节众多城市出现“城市看海”现象，给人民生活出行带来不便，甚至造成生命财产的巨大损失。如何既趋利避害又科学高效地规划洪涝应急疏散路径，是制定合理的洪涝灾害应急疏散预案的关键研究内容，对于保障人民群众的生命财产安全具有重要的现实意义。以往的洪涝应急疏散分析方法主要基于路网拓扑图，属于宏观概化模型，相关算法对人的疏散行为细节无法考量，往往直接忽略掉人的疏散行为对路径应有的合理抉择，尤其是在动态洪涝场景下现有的Dijkstra算法、A*算法等理论和方法已不适用。同时，随着路网基础数据量和维度的增加，路网拓扑图的繁琐建模过程限制着疏散路径的求解效率。元胞自动机(CellularAutomata，CA)是由大量个体通过局部联系组成的时间、空间、状态都离散的系统。基于元胞自动机的疏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于元胞自动机的洪涝人员动态疏散路径分析方法，其特征在于：该方法包括：(1)根据收集的研究区域基础数据，构建基于元胞自动机的洪涝应急疏散场景，包括元胞模型定义以及模拟典型洪水过程并确定安全区域；(2)结合洪涝模拟结果计算人体危险程度指数，执行洪涝障碍判断规则，得到具有连续时间序列的动态洪涝障碍场；(3)以出口为源，由近及远地按照遍历顺序执行距离叠加规则，得到具有连续时间序列的动态绕行距离场；(4)执行动态最小绕行规则，实现洪涝人员动态疏散路径规划。

【技术特征摘要】
1.一种基于元胞自动机的洪涝人员动态疏散路径分析方法，其特征在于：该方法包括：(1)根据收集的研究区域基础数据，构建基于元胞自动机的洪涝应急疏散场景，包括元胞模型定义以及模拟典型洪水过程并确定安全区域；(2)结合洪涝模拟结果计算人体危险程度指数，执行洪涝障碍判断规则，得到具有连续时间序列的动态洪涝障碍场；(3)以出口为源，由近及远地按照遍历顺序执行距离叠加规则，得到具有连续时间序列的动态绕行距离场；(4)执行动态最小绕行规则，实现洪涝人员动态疏散路径规划。2.根据权利要求1所述基于元胞自动机的洪涝人员动态疏散路径分析方法，其特征在于：所述步骤(1)中元胞模型定义时根据人站立时的身体尺寸确定元胞边长L，以L*L的正方形作为基本的元胞网格划分研究区域；元胞邻域关系采用Moore型邻域；元胞状态属性包括元胞所在处的地形高程、水深、流速、可进入性以及绕行距离。3.根据权利要求1所述基于元胞自动机的洪涝人员动态疏散路径分析方法，其特征在于：所述步骤(1)中模拟典型洪水过程并确定安全区域为：根据洪水资料设计典型洪水过程，结合划分好的元胞网格和糙率，采用水动力计算软件模拟洪涝演进过程，得到不同时刻每个元胞网格的水深和流速，以人往高处走为原则，设置水淹没不到的安全高程Zsafe，则地形高程Z≥Zsafe的元胞即是安全区域。4.根据权利要求1所述基于元胞自动机的洪涝人员动态疏散路径分析方法，其特征在于：所述步骤(2)中人体危险程度指数其中(x，y)为元胞所处位置的坐标，vt(x,y)为t时刻元胞网格中洪涝的流速，为t时刻元胞网格中洪涝使人失稳时的临界流速，具体公式为：其中，ρ为水的密度；hp(x,y)、mp(x,y)分别为元胞位置(x，y)处人的身高和体重；a1、b1、a2、b2均为结合人身体结构特征设定的参数，α和β是由人体失稳水槽实验设定的参数。5.根据权利要求4所述基于元胞自动机的洪涝人员动态疏散路径分析方法，其特征在于：所述步骤(2)中洪涝障碍判断规则具体为：其中，ΔZ为相邻元胞高程差，P表示人跨越地形障碍的最大能力；St(x,y)为t时刻元胞网格的可进入性，St(x,y)＝-1表示该元胞为障碍元胞，St(x,y)＝1表示该元胞被人占据，St(x,y)＝-1表示该元胞可以进入；HDt(x,y)为t时刻该元胞网格的人体危险程度指数，HDdanger为视为障碍元胞时的危险程度指数；ht(x,y)为t时刻该元胞网格的水深，hdanger为避免人走入水深过大位置，发生潜在失稳时的最大水深；vt(x,y)为t时刻该元胞网格的流速，vdanger为避免人走入流速过大位置，发生潜在失稳时的最大流速。6.根据权利要求1所述基于元胞自动机的洪涝人员动态疏散路径分析方法，其特征在于：所述步骤(3)中距离叠加规则涉及的计算和判断公式具体为：其中，c为人运动到的元胞位置，n为邻居元胞编号；Zc为人所在中心元胞c的高程，Zn为邻居元胞n的高程，L为元胞边长，dn为中心元胞c到邻居元胞n的空间三维距离；Dt为t时刻所有元胞到出口元胞exit的绕行距离构...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈求稳，何梦男，陈诚，严晗璐，董建玮，王智源，王丽，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32