[发明专利]一种基于元胞自动机的洪涝人员动态疏散路径分析方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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(Cellular Automata，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散模型是一种在微观和离散的角度上，通过制定人的行为规则，进而对人员疏散过程进行定量化的表达，对于分析洪涝人员动态疏散路径具有很好的指导意义。

洪涝疏散过程受多种因素共同制约，基于元胞自动机理论建模可以将洪水应急疏散过程离散化，从而充分考虑疏散人员的行为特点。同时，洪涝灾害条件下的人员疏散路径优化问题有其特殊性，评价路径优劣的标准不应该仅是路径最短，还应该结合洪涝变化过程在空间和时间上有足够的安全考虑。因此需要在算法上对DEM数据进行深入挖掘，得到对于洪涝动态疏散路径分析更有效的信息，从而为城市防洪减灾应急疏散预案提供可靠的理论依据。

发明内容

发明目的：围绕洪涝人员应急疏散问题，针对洪涝人员疏散过程的复杂性与特殊性，提供一种基于元胞自动机的洪涝人员动态疏散路径分析方法。

技术方案：本发明所述基于元胞自动机的洪涝人员动态疏散路径分析方法，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。

作为优选，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。