基于可达时空域的多移动对象应急时空路径分配算法

自然和人为灾害应急已成为现代社会急迫的研究课题，复杂环境大量人员的应急疏散决策与安全诱导是本课题立论的一个重要科学问题。本课题针对目前应急疏散模型和交通仿真在多运动对象（包括车、人）协同时空推理能力上的不足，以及路网和建筑群集成环境交通流形成机理分析的缺乏，从移动对象的时空协调角度，来研究多移动对象应急时空路径优化分配模型及其算法，为复杂环境应急指挥和疏导控制提供科学合理的动态安全诱导和稳健协作的理论基础。主要研究内容为：移动对象的可达时空域模型；基于可达时空域的移动对象时空路径优化构建方法；多移动对象应急时空路径分配算法；对提出模型和算法进行试验分析。有助于提高交通系统多移动对象的协同时空推理能力，对探索路网和建筑群集成环境交通流形成过程以及传播特征有积极作用，能够提高智能交通系统多移动对象应急反应能力，为交通系统管理组织、安全诱导、交通流时空分配、应急反应等提供科学理论基础和技术支持。

本课题针对目前应急疏散模型和交通仿真在多运动对象（包括车、人）协同时空推理能力上的不足，以及路网和建筑群集成环境交通流形成机理分析的缺乏，从移动对象的时空协调角度，来研究多移动对象应急时空路径优化分配模型及其算法，为复杂环境应急指挥和疏导控制提供科学合理的动态安全诱导和稳健协作的理论基础。主要研究内容为：移动对象的可达时空域模型；基于可达时空域的移动对象时空路径优化构建方法；多移动对象应急时空路径分配算法；对提出模型和算法进行试验分析。本项目整个研究过程比较顺利，完成了全部的研究内容，取得成果包括：1）提出一种敏感的时空可达分析指标、一种基于时间地理的兴趣点时空可达性表达方法；2）分析了应急疏散路径计算算法需求与多目标要求，提出了面向高效率疏散的路网表达，在此基础上形成了一系列的移动对象时空路径构建算法，包括：基于时空拥挤度的应急疏散路径分配方法、基于粒子群算法的疏散路径计算方法、基于层次性疏散网络组织的疏散路径蚁群优化算法、基于遗传算法Pareto前沿分布的行人疏散路径优化算法，以及以总疏散距离、总的危险度以及总的拥挤度为指标的行人疏散路径优化模型、人车混合流疏散算法及其优化算法、常态下的应急车辆路径的优化分配算法等等，进行了充分的对比试验和分析，验证了算法的有效性；3）提出疏散时空路径分配的并行计算模型和框架结构，比如：提出了基于HEMO的多目标异构疏散模型，通过分析HEMO疏散模型的可并行性，构建了CPU+CUDA GPU异构计算架构，实现了主机端并行模型，并通过疏散解的多样性比较，证明了该算法是快速有效的，提高了求解的速度和解的质量；4）提出了疏散时空效能评价模型，并进行了验证，比如：提出了疏散时空效能评价模型--时空利用率模型、用于提高体育场馆疏散时空利用率的行人等待模型，实现了基于势能模型的教学楼疏散行为分析与模拟，以及人车混合疏散行为模拟与时空效能分析。结合研究成果，发表了19篇文章，参编了1本专著，毕业了3个博士和3位硕士毕业生。其中19篇文章包括7篇国外SCI/SSCI文章，3篇国内核心期刊文章，8篇国际会议论文。项目成员参与了19个国际学会会议或者国内学术会议。本项目研究有助于提高交通系统多移动对象的协同时空推理能力，对探索路网和建筑群集成环境交通流形成过程以及传播特征有积极作用，能够提高智能交通系统多移动对象应急反应能力。