[发明专利]一种基于最大流率路径优先的路网疏散规划方法

摘要

本发明公开了一种基于最大流率路径优先的路网疏散规划方法，是应用于模拟有向路网结构中，其特征是如下步骤进行1、构造超级源节点并与有向路网结构进行关联；2路网疏散规划参数定义；3疏散规划的路径选择。本发明综合考虑了所求疏散路径的疏散时间和疏散容量两方面影响，以求在每次路径选择时，总是能选择出在最短疏散时间内疏散最多容量的疏散路径，从而能提高该路网疏散规划的疏散效率。

主权项

一种基于最大流率路径优先的路网疏散规划方法，是应用于模拟有向路网结构G(V,E)中，在所述模拟有向路网结构G(V,E)中，V表示节点集，并有V＝{Vs,Vz,Vd}；Vs表示源节点集，Vz表示中间节点集；Vd表示目的节点集；并有：Vs＝{V1,V2,…,Vi,…,Va}；Vi表示所述源节点集Vs中第i个源节点，且Vi＝{Vi,cap,Vi,occ}，Vi,cap表示所述源节点集Vs中第i个源节点Vi的节点通行容量，Vi,occ表示所述源节点集Vs中第i个源节点Vi的初始待疏散容量，1≤i≤a；Vz＝{Va+1,…,Vj,…,Vb}，Vj表示所述中间节点集Vz中第j个中间节点，且Vj＝{Vj,cap}，Vj,cap表示所述中间节点集Vz中第j个中间节点Vj的节点通行容量，a+1≤j≤b；Vd＝{Vb+1,…,Vk,…,Vc}，Vk表示所述目的节点集Vd中第k个目的节点，且Vk＝{Vk,cap,Vk,occ}，Vk,cap表示所述目的节点集Vd中第k个目的节点Vk的节点通行容量，Vk,occ表示所述目的节点集Vd中第k个目的节点Vk的可容纳疏散容量，b+1≤k≤c；E表示边集，并有E＝{e1,e2,…,eh,…,eH}，eh表示所述边集E中第h条边，假设所述第h条边eh是由所述节点集V中第nh个节点出发到与其相连的第nh′个节点结束所生成的边，并有表示第h条边eh的通行容量，表示通过第h条边eh的通行时间；其特征是，所述路网疏散规划方法按如下步骤进行：步骤1、构造超级源节点V0并与所述有向路网结构G(V,E)进行关联：步骤1.1、构建超级源节点V0，并有V0＝{V0,cap}，表示所述超级源节点V0的疏散容量；步骤1.2、将所述超级源节点V0分别与所述源节点集Vs中的每个源节点相连，从而生成a条边，记为e′i表示所述超级源节点V0与所述源节点集Vs中第i个源节点Vi相连所生成的边，并有：表示所述超级源节点V0与所述源节点集Vs中第i个源节点Vi相连所生成的边e′i的通行容量，表示通过所述超级源节点V0与所述源节点集Vs中第i个源节点Vi相连所生成的边e′i的通行时间；步骤1.3、将所述源节点集Vs中第i个源节点Vi的初始待疏散容量Vi,occ赋值给并令实现所述超级源节点V0与所述源节点集Vs中第i个源节点Vi的关联；从而实现所述超级源节点V0与所述模拟有向路网结构G(V,E)的关联；步骤2、路网疏散规划参数定义：步骤2.1、路径规划参数定义：定义时刻为t，并用于记录所述疏散规划的时间进程，初始化t＝0；定义带时间维度的路径遍历有向路网结构为G(V,E)′，并用于求解疏散最短路径；定义t时刻的路径代价向量为Dt，并有Dt＝{Dt,b+1,Dt,b+2,…,Dt,k,…,Dt,c}，Dt,k表示所述路径代价向量Dt中的第k个分量，并用于存储t时刻从所述超级源节点V0到所述目的节点集Vd中第k个目的节点Vk所花费的最小时间代价；定义t时刻的路径选择队列向量为Patht，并有Patht＝{Pt,b+1,Pt,b+2,…,Pt,k,…,Pt,c}；Pt,k表示所述路径选择队列向量Patht中的第k个分量，并用于存储t时刻从所述超级源节点V0到所述目的节点集Vd中第k个目的节点Vk所花费的最小时间代价Dt,k所对应的路径，并记为最短路径；定义t时刻的路径流率向量为Ratet，并有Ratet＝{Rt,b+1,Rt,b+2,…,Rt,k,…,Rt,c},Rt,k表示所述路径流率向量Ratet中的第k个分量，并用于存储t时刻所述路径选择队列向量Patht中的第k个分量Pt,k上容纳的最大通行容量与通行时间的比率，即从所述超级源节点V0到所述目的节点集Vd中第k个目的节点Vk的最短路径Pt,k的流率；定义t时刻的路径流率向量Ratet中最大分量为最大流率Rt,max；定义t时刻由所述路径选择队列向量Patht中的最大流率Rt,max所对应的最短路径，为最大流率路径，记为Pt,max；定义路径输出队列集合为OutPut_Path,并初始化所述路径输出队列集合OutPut_Path为空；步骤2.2、路网状态参数定义并初始化：定义t时刻通行容量节点集为用来表示所述节点集V中所有节点在t时刻的剩余通行容量，并有表示所述节点集V中第m个节点Vm在t时刻的剩余通行容量；当t＝0时，初始化表示所述节点集V中第m个节点Vm的通行容量，从而获得t＝0时刻的通行容量节点集定义剩余容量时间扩展节点集为Vcap，将t＝0时刻的通行容量节点集存入所述剩余容量时间扩展节点集Vcap中；合并所述边集E和边集中所有边，构成边全集Eunion；定义t时刻通行容量边集为用于表示所述边全集Eunion中各条边在t时刻的剩余通行容量，并有且R＝H+a；表示所述边全集Eunion中第r条边在t时刻的剩余通行容量，假设第r条边的剩余通行容量是由所述节点集V和所述超级源节点V0中第nr个节点出发到与其相连的第nr′个节点结束所生成的边在t时刻的剩余通行容量，并有t＝0时刻时，将所述边全集Eunion中从第nr个节点出发到与其相连的第nr′个节点结束所生成的边的通行容量赋值给从而获得t＝0时刻的通行容量边集定义剩余容量时间扩展边集为Ecap，将t＝0时刻的通行容量边集存入所述剩余容量时间扩展边集Ecap中；步骤3、疏散规划的路径选择：步骤3.1、在t时刻，进行所述路径规划参数复位操作：步骤3.1.1、参数复位：设置t时刻的路径代价向量Dt＝{Dt,b+1,Dt,b+2,…,Dt,k,…,Dt,c}中各分量值均为正无穷大；设置t时刻的路径选择队列向量Patht＝{Pt,b+1,Pt,b+2,…,Pt,k,…,Pt,c}中各向量值均为空；设置t时刻的路径流率向量Ratet＝{Rt,b+1,Rt,b+2,…,Rt,k,…,Rt,c}中各分量值均为空；设置t时刻的最大流率Rt,max＝0；设置t时刻的最大流率路径Pt,max为空；步骤3.1.2、带时间维度的路径遍历有向路网结构G(V,E)′复位：将所述有向路网结构G(V,E)赋值给G(V,E)′；根据所述剩余容量时间扩展节点集Vcap中剩余通行容量为0的节点获得所对应的时间维度，并判定在G(V,E)′中剩余通行容量为0的节点在所对应的时间维度上为无效；根据所述剩余容量时间扩展边集Ecap中剩余通行容量为0的边获得所对应的时间维度，并判定在G(V,E)′中剩余通行容量为0的边在所对应的时间维度上为无效；从而获得带时间维度的路径遍历有向路网结构G(V,E)′；步骤3.2、根据所述带时间维度的路径遍历有向路网结构G(V,E)′中节点和边是否为无效，遍历所述带时间维度的路径遍历有向路网结构G(V,E)′中从所述超级源节点V0到所述目的节点集Vd中第k个目的节点Vk所经过的所有路径；选取到达第k个目的节点Vk所经过的所有路径中花费时间代价最小的路径作为第k个目的节点Vk的最短路径并分别存入t时刻的路径选择队列向量Patht的第k个分量Pt,k中；从而将所述目的节点集Vd中所有目的节点的最短路径分别存入所述路径选择队列向量Patht相应的分量中；步骤3.3、将t时刻路径选择队列向量Patht中第k个分量Pt,k所花费的时间代价存入所述路径代价向量Dt的第k个分量Dt,k中，从而将所述目的节点集Vd中所有目的节点的最短路径所花费时间代价分别存入所述路径代价向量Dt相应的分量中；步骤3.4、获得t时刻路径选择队列向量Patht中第k个分量Pt,k所表示的最短路径上允许通行的最大疏散容量从而获得在t时刻从所述超级源节点V0到所述目的节点集Vd中所有目的节点的最短路径上的最大疏散容量集步骤3.4.1、获得t时刻路径选择队列向量Patht中第k个分量Pt,k所表示的最短路径，记为Pt,k={V0Pt,k,V1Pt,k,...,Vnt,k-1Pt,k,Vnt,kPt,k...,VNt,kPt,k},]]>并有V0Pt,k=V0,]]>Nt,k表示所述最短路径Pt,k中除超级源节点V0外所经过的节点总数；表示所述最短路径Pt,k中所经过的第nt,k个节点，1≤nt,k≤Nt,k；步骤3.4.2、利用式(1)获得所述最短路径Pt,k中所经过第0个节点以及经过的第nt,k个节点的到达时间从而获得所述最短路径Pt,k中所经过的节点的到达时间集T0Pt,k=t,Tnt,kPt,k=Tnt,k-1Pt,k+etra<Vnt,k-1Pt,k,Vnt,kPt,k>,∀nt,k,1≤nt,k≤Nt,k---(1)]]>式(1)中，表示在所述边全集Eunion中，由所述最短路径Pt,k中从第nt,k‑1个节点出发到与其相连的第nt,k个节点结束所生成的边的通行时间；步骤3.4.3、更新路网状态参数：步骤3.4.3.1、根据所述最短路径Pt,k中所经过第nt,k个节点的到达时间查询所述剩余容量时间扩展节点集Vcap中是否包含到达时间的通行容量节点集若不包含，则令为空并存入所述剩余容量时间扩展节点集Vcap中；否则，维持不变；查询所述通行容量节点集中是否包含所述第nt,k个节点在到达时间时的剩余通行节点容量若包含，则维持不变；否则，将所述最短路径Pt,k中所经过第nt,k个节点在所述节点集V中所对应节点的通行容量赋值给将存入所述通行容量节点集中；从而实现将所述剩余通行节点容量存入所述剩余容量时间扩展节点集Vcap中；步骤3.4.3.2、重复执行步骤3.4.3.1，从而获得所述最短路径Pt,k中所经过的节点在各自到达时间维度上的剩余节点容量，并依次存入所述剩余容量时间扩展节点集Vcap中；步骤3.4.3.3、根据所述最短路径Pt,k中所经过从第nt,k‑1个节点出发到与其相连的第nt,k个节点结束所生成的边的到达时间查询所述剩余容量时间扩展边集Ecap中是否包含到达时间时的通行容量边集若不包含，令为空并存入所述剩余容量时间扩展边集Ecap中；否则，维持不变；查询所述通行容量边集中是否包含所述最短路径Pt,k中从第nt,k‑1个节点出发到与其相连的第nt,k个节点结束所生成的边在到达时间时的剩余通行边容量若包含，则维持不变；否则，将所述边全集Eunion中由所述最短路径Pt,k中从第nt,k‑1个节点出发到与其相连的第nt,k个节点结束所生成的边的通行容量赋值给将存入所述通行容量边集中，从而实现将所述剩余通行边容量存入所述剩余容量时间扩展边集Ecap中；步骤3.4.3.4、重复执行步骤3.4.3.3，从而获得所述最短路径Pt,k中所经过的边在各自到达时间维度上的剩余边容量，并依次存入所述剩余容量时间扩展边集Ecap中；步骤3.4.4、根据式(2)获得所述路径选择队列向量Patht中的第k个分量Pt,k所代表的最短路径上允许通行的最大疏散容量FPt,k=minV0,capVcap(Vnt,kPt,k,Tnt,kPt,k)ecap(<Vnt,k-1Pt,k,Vnt,kPt,k>,Tnt,k-1Pt,k)---(2)]]>s.t.∀nt,k,1≤nt,k≤Nt,k]]>式(2)中，表示所述最短路径Pt,k上的第nt,k个节点在到达时间时的剩余通行容量；表示从所述最短路径Pt,k上的第nt,k‑1个节点出发到与其相连的第nt,k个节点结束所生成的边在到达时间时的剩余通行容量；步骤3.5、利用式(3)获得t时刻从所述超级源节点V0到所述目的节点集Vd中第k个目的节点Vk的最短路径的流率Rt,k，从而获得t时刻从所述超级源节点V0到所述目的节点集Vd中所有目的节点的最短路径的流率向量Ratet＝{Rt,b+1,Rt,b+2,…,Rt,k,…,Rt,c}；并获得所述t时刻的路径流率向量Ratet中最大流率Rt,max：Rt,k=FPt,k/Dt,k---(3)]]>步骤3.6、判断Rt,max＝0和V0,cap＝0是否成立，若都成立，则执行步骤3.10；若只有Rt,max＝0成立，则表示t时刻路径选择队列向量Patht无效，且在t时刻不能再次进行疏散，将t+1的值赋给t，并返回步骤3.1重新计算疏散规划路径；若都不成立，则表示时刻路径选择队列向量Patht有效，并从所述路径选择队列向量Patht中将最大流率Rt,max所对应的最短路径选出，存入所述最大流率路径Pt,max，并记为Pt,max={V0′Pt,max,V1′Pt,max,...,Vnt,max′-1′Pt,max,Vnt,max′′Pt,max...,VNt,max′′Pt,max},]]>以及所述最大流率路径Pt,max中所经过节点的到达时间集记为并有V0′Pt,max=V0,]]>N′t,max表示所述最大流率路径Pt,max中除超级源节点V0外所经过的节点总数，表示所述最大流率路径Pt,max中所经过的第n′t,max个节点，1≤n′t,max≤N′t,max；记所述最大流率路径Pt,max所对应的最大疏散容量为Ft,max；将所述最大流率路径Pt,max中除所述超级源节点V0外路径所经过的节点存入所述路径输出队列集合OutPut_Path中，并记录最大疏散容量和各节点的到达时间；并执行步骤3.7；步骤3.7、利用式(4)分别对所述最大流率路径Pt,max中所经过的节点和边的剩余通行容量进行修改，将修改值重新存入所述剩余容量时间扩展节点集Vcap和所述剩余容量时间扩展边集Ecap中，从而实现所述剩余容量时间扩展节点集Vcap和所述剩余容量时间扩展边集Ecap的更新；ecap(<Vnt,max′-1′Pt,max,Vnt,max′′Pt,max>,Tnt,max′-1′Pt,max)=ecap(<Vnt,max′-1′Pt,max,Vnt,max′′Pt,max>,Tnt,max′-1′Pt,max)-Ft,maxVcap(Vnt,max′-1′Pt,max,Vnt,max′′Pt,max)=Vcap(Vnt,max′′Pt,max,Vnt,max′′Pt,max)-Ft,max---(4)]]>s.t.nt,max′,∀1≤nt,max′≤Nt,max′]]>式(4)中，表示所述最大流率路径Pt,max上的第n′t,max‑1个节点出发到与其相连的第n′t,max个节点结束所生成的边在到达时间时的剩余通行容量；表示所述最大流率路径Pt,max上的第n′t,max个节点在到达时间时的剩余通行容量；步骤3.8、利用式(5)获得所述超级源节点V0在t时刻的剩余通行容量V0,cap：V0,cap＝V0,cap‑Ft,max  (5)步骤3.9、判断V0,cap＝0是否成立，若成立，则执行步骤3.10；否则，执行步骤3.1；步骤3.10、所述疏散规划结束，获得所述存储了最大流率路径的路径输出队列集合OutPut_Path的最终结果。