一种基于城市路网交通环境变化的应急救援路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于城市路网交通环境变化的应急救援路径规划方法，包括步骤：1)获取城市路网交通环境变化信息和应急救援信息；2)分析城市应急救援特性，确定应急救援路径规划评价指标；3)根据城市路网交通环境变化信息、应急救援信息、城市应急救援特性和应急救援路径规划评价指标，构建应急救援路径规划协同优化的基本框架；4)根据应急救援路径规划协同优化的基本框架，提出一种协同优化算法；5)运用协同优化算法求解并输出应急救援路径规划结果。本发明专利技术基于城市路网交通环境的变化来规划最优路径，可降低救援行程时间，每隔一段距离获取城市路网交通环境的最新数据，重新预测城市路网交通环境的变化并调整规划路径，提高应急救援的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于城市路网交通环境变化的应急救援路径规划方法
本专利技术涉及城市应急救援路径规划的
，尤其是指一种基于城市路网交通环境变化的应急救援路径规划方法。
技术介绍
应急救援是阻止突发事件(例如：交通事故、火灾、医疗事故等)造成的影响进一步恶化、保障受伤人员生命安全的关键手段。应急救援效率与救援时间高度相关，其中，救援行程时间最为关键，换而言之，救援行程时间决定了应急救援效率，而救援行程时间的大小取决于救援路径规划，应急救援路径规划应尽可能地缩短行程时间，因此，路径规划是应急救援响应过程中最重要的一环。在实际场景中，城市路网交通环境的状态是不断变化的，城市路网交通环境指的是路网交通流速度、交通流密度等。为了尽可能地缩短城市应急救援时间并提高其可靠性，本专利技术提出了一种基于城市路网交通环境变化的应急救援路径规划方法，即在预测城市路网交通环境变化的基础上，路径规划与路网交通环境变化协同优化，以规划出行程时间最短的路径；其次，在救援车辆行进过程中，每隔一段距离就根据路网交通环境的实时状态重新对路网交通环境的变化进行预测，并修正规划路径；最后，提出一种协同优化算法以实现协同优化进程。本专利技术适用于城市应急救援场景，即城市应急救援场景下的路径规划均在本专利技术研究范围内，可为城市应急救援路径规划提供参考与支持。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于城市路网交通环境变化的应急救援路径规划方法，基于城市路网交通环境的变化来规划最优路径，以有效降低救援行程时间，同时，每隔一段距离获取城市路网交通环境的最新数据，重新预测城市路网交通环境的变化并调整规划路径，提高应急救援的可靠性。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种基于城市路网交通环境变化的应急救援路径规划方法，包括以下步骤：1)获取城市路网交通环境变化信息和应急救援信息；2)根据城市路网交通环境变化信息，分析城市应急救援特性，确定应急救援路径规划评价指标；3)根据城市路网交通环境变化信息、应急救援信息、城市应急救援特性和应急救援路径规划评价指标，构建应急救援路径规划协同优化的基本框架；4)根据应急救援路径规划协同优化的基本框架，提出一种协同优化算法；5)运用协同优化算法求解并输出应急救援路径规划结果。在步骤1)中，所述城市路网交通环境变化信息包括城市路网交叉口节点信息、城市路网各路段长度信息、城市路网交通流的历史数据和实时数据、城市路网各路段车辆平均行驶速度、城市路网交叉口节点通行平均延误的历史信息和实时信息及城市路网各路段车辆平均行驶速度和路网交叉口节点通行平均延误的预测信息；所述应急救援信息包括救援起点的地理位置和救援终点的地理位置。所述步骤2)包括以下步骤：2.1)分析城市应急救援特性：城市应急救援是保障受伤人员生命安全的关键手段，因此，应急救援的目标是尽可能缩短救援时间，提高应急救援效率，而应急救援效率的高低受救援路径行程时间的限制，并且路径行程时间的可靠性是确保救援车辆能够按时到达的关键；2.2)评价指标选取：根据城市应急救援特性分析，确定应急救援路径规划评价指标包括路径行程时间及其可靠性，同时，引入路径长度作为路径规划中的一般性指标，在此用T表示路径行程时间，R表示路径长度，用T85％和R85％反映可靠性，其中T85％表示所述路径行程时间的85分位数，即85％的路径行程时间小于该值；R85％表示所述路径长度的85分位数，即85％的路径长度小于该值。在步骤3)中，协同优化的基本框架是以当前位置作为新的起点，通过城市路网交通流的历史数据预测未来的城市路网交通流状态，得到城市路网交通环境变化信息，在此基础上规划路径，即路径的规划过程与城市路网交通环境变化协同进行；同时，设置固定时间步长Tunit用于定时更新城市路网交通流数据及城市路网交通流预测信息，并根据车辆的当前位置重新协同优化最优路径，直至车辆到达救援终点，换而言之，即路径的完整规划是由多个子路径规划整合而成；协同优化是以路径行程时间最小化为主要目标：式中，为t时刻输出的最优路径，即子路径；P表示子路径的集合，N(P)表示子路径的个数；表示路径的时间成本函数；T表示车辆沿子路径集合P行驶的路径行程时间；目标函数满足以下约束条件：I(P(i),P(i+1))＝1,i＝1,...,N(P)-1(2)式中，I(P(i),P(i+1))表示子路径P(i)和P(i+1)的衔接状态，其中1表示衔接，即P(i+1)的起点为P(i)的终点，0表示不衔接；表示路径包含的节点数；表示路径的第i个节点；表示在预测时刻t+k时节点与节点之间的连通状态，其中1表示连通，0表示不连通；表示在预测时刻t+k时车辆通过路径第i个节点的平均延误；表示在预测时刻t+k时车辆通过路径第i个节点与第i+1个节点之间路段的行程时间；表示路径的行程时间成本函数；式(2)至式(4)清晰地表明了车辆沿路径行驶过程中子路径的连通性与行程时间都是随时间协同变化的，子路径在预测时刻t+k时的城市路网连通状态和城市路网交通环境信息是由时刻t时的城市路网交通环境动态演变和预测而来。在步骤4)中，所述协同优化算法的核心思想包括以下四个部分：①节点的数值属性：给每个城市路网交叉口节点定义一个F值属性，F值的计算公式为：F(i)＝G(i)+H(i)(6)式中，F(i)表示节点i的F值，F值表示当前节点经由节点i到达路网终点的移动代价；G(i)表示节点i的G值；H(i)表示节点i的H值；G值表示从当前节点到节点i的移动代价，H值表示从节点i到路网终点的估算代价；②节点的选取方式：定义l为节点的选取步数，当l＝1时，选取节点为当前节点的邻接节点；当l≥2时，选取步骤如下所述：a、定义节点的一个属性为“是否被标记”，如果该节点被选取过，则该节点的属性为已标记，否则为未标记；同时，定义一个集合M表示选取节点的集合，将l＝1时选取的节点放入集合M中；b、对于集合M中的所有节点，选取每个节点的邻接节点，并将所有属性为“未标记”的邻接节点，作为新的集合M，即更新集合M中的节点为新选取的未标记的邻接节点，同时l的值增加1；c、如果l的值已经达到设定的值，即达到设定的选取步数，则集合M中的节点即为最终的选取节点，否则，返回第b步，需要注意的是，当前节点不会被选取；如果终点在选取的过程中被标记，则将终点放入集合M中，并跳过接下来的所有步骤，即集合M中只有终点；③结合②中所提到的节点的选取方式，采用动态Dijkstra算法来计算G值，动态Dijkstra的核心思想是：根据城市路网交通流的预测信息和城市路网交通环境的变化来计算路径权重，即路径权重的计算过程和城市路网交通环境的变化是协同进行的，首先声明一个数组Dis用于储存起点到其余节点的最短行程时间，以及一个集合Q储存已经找到最短行程时间的节点；初始时，集合Q中只有起点，将起点作为当前节点，根据当前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于城市路网交通环境变化的应急救援路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)获取城市路网交通环境变化信息和应急救援信息；/n2)根据城市路网交通环境变化信息，分析城市应急救援特性，确定应急救援路径规划评价指标；/n3)根据城市路网交通环境变化信息、应急救援信息、城市应急救援特性和应急救援路径规划评价指标，构建应急救援路径规划协同优化的基本框架；/n4)根据应急救援路径规划协同优化的基本框架，提出一种协同优化算法；/n5)运用协同优化算法求解并输出应急救援路径规划结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于城市路网交通环境变化的应急救援路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取城市路网交通环境变化信息和应急救援信息；
2)根据城市路网交通环境变化信息，分析城市应急救援特性，确定应急救援路径规划评价指标；
3)根据城市路网交通环境变化信息、应急救援信息、城市应急救援特性和应急救援路径规划评价指标，构建应急救援路径规划协同优化的基本框架；
4)根据应急救援路径规划协同优化的基本框架，提出一种协同优化算法；
5)运用协同优化算法求解并输出应急救援路径规划结果。


2.根据权利要求1所述的一种基于城市路网交通环境变化的应急救援路径规划方法，其特征在于：在步骤1)中，所述城市路网交通环境变化信息包括城市路网交叉口节点信息、城市路网各路段长度信息、城市路网交通流的历史数据和实时数据、城市路网各路段车辆平均行驶速度、城市路网交叉口节点通行平均延误的历史信息和实时信息及城市路网各路段车辆平均行驶速度和路网交叉口节点通行平均延误的预测信息；所述应急救援信息包括救援起点的地理位置和救援终点的地理位置。


3.根据权利要求1所述的一种基于城市路网交通环境变化的应急救援路径规划方法，其特征在于，所述步骤2)包括以下步骤：
2.1)分析城市应急救援特性：城市应急救援是保障受伤人员生命安全的关键手段，因此，应急救援的目标是尽可能缩短救援时间，提高应急救援效率，而应急救援效率的高低受救援路径行程时间的限制，并且路径行程时间的可靠性是确保救援车辆能够按时到达的关键；
2.2)评价指标选取：根据城市应急救援特性分析，确定应急救援路径规划评价指标包括路径行程时间及其可靠性，同时，引入路径长度作为路径规划中的一般性指标，在此用T表示路径行程时间，R表示路径长度，用T85％和R85％反映可靠性，其中T85％表示所述路径行程时间的85分位数，即85％的路径行程时间小于该值；R85％表示所述路径长度的85分位数，即85％的路径长度小于该值。


4.根据权利要求1所述的一种基于城市路网交通环境变化的应急救援路径规划方法，其特征在于：在步骤3)中，协同优化的基本框架是以当前位置作为新的起点，通过城市路网交通流的历史数据预测未来的城市路网交通流状态，得到城市路网交通环境变化信息，在此基础上规划路径，即路径的规划过程与城市路网交通环境变化协同进行；同时，设置固定时间步长Tunit用于定时更新城市路网交通流数据及城市路网交通流预测信息，并根据车辆的当前位置重新协同优化最优路径，直至车辆到达救援终点，换而言之，即路径的完整规划是由多个子路径规划整合而成；
协同优化是以路径行程时间最小化为主要目标：



式中，为t时刻输出的最优路径，即子路径；P表示子路径的集合，N(P)表示子路径的个数；表示路径的时间成本函数；T表示车辆沿子路径集合P行驶的路径行程时间；目标函数满足以下约束条件：
I(P(i),P(i+1))＝1,i＝1,...,N(P)-1(2)






式中，I(P(i),P(i+1))表示子路径P(i)和P(i+1)的衔接状态，其中1表示衔接，即P(i+1)的起点为P(i)的终点，0表示不衔接；表示路径包含的节点数；表示路径的第i个节点；表示在预测时刻t+k时节点与节点之间的连通状态，其中1表示连通，0表示不连通；表示在预测时刻t+k时车辆通过路径第i个节点的平均延误；表示在预测时刻t+k时车辆通过路径第i个节点与第i+1个节点之间路段的行程时间；表示路径的行程时间成本函数；
式(2)至式(4)清晰地表明了车辆沿路径行驶过程中子路径的连通性与行程时间都是随时间协同变化的，子路径在预测时刻t+k时的城市路网连通状态和城市路网交通...

【专利技术属性】
技术研发人员：温惠英，林译峰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44