复杂场景约束下多目标动态疏散的几何代数方法

发布时间：2020-10-22 14:13

　　 随着社会经济的不断发展,各种应急突发事件时有发生,对人民群众的生命财产安全造成了巨大威胁。地理信息系统技术的发展,为利用计算机模拟应急疏散场景下的人员撤离规划奠定了基础。然而计算机层面模拟计算需要抽象与表达复杂的多源/多类型场景数据,需在模拟环境中整合与集成动态场景下的多重约束条件,这就对后续路径规划造成了困难。因而如何科学高效集成与管理疏散场景数据,实现动态环境下的疏散路径规划,成为了学术界研究的热点问题。几何代数是一种利用代数语言表达与解决几何问题的代数系统,可以实现多维统一的几何表达,对解决疏散环境中多类型场景数据的组织与管理具有借鉴意义。同时借助几何代数中丰富的计算算子,有助于更好解决多目标动态路径规划问题。本文基于几何代数理论,构建了基于多重向量的疏散场景多源数据集成与建模方法;基于几何代数中参数化几何形状构建与距离计算,利用圆心在对象空间分布特征表达与依托距离的空间对象关联上的优势,构建了基于圆的层次索引结构,实现了疏散场景数据的统一组织与管理;基于几何代数路径拓展理论,构建了基于几何代数表达的启发式寻径算法,结合依托距离的圆索引空间组织,进行了搜索方式上的优化;面向应急疏散环境,构建了路径规划的场景约束体系,完成了场景索引结构在动态环境下的更新方法,从而进一步研究了动态环境下的多目标路径规划问题。最后设计了实验案例,构建了用于疏散路径规划与分析的可视化系统。本文的研究工作主要包括以下几个方面:(1)基于几何代数的疏散场景表达与组织。根据疏散场景中不同的数据类型,结合GIS系统中常用的数据结构,构建了基于几何代数理论的疏散场景数据集成与建模方法;基于几何圆与空间特征划分,构建了疏散场景的层次索引结构,实现了疏散场景数据的统一化组织与管理。(2)基于几何代数的最优路径搜索。依托几何代数路径拓展理论,实现了启发式算法的几何代数化表达,并结合场景索引结构,优化了路径拓展过程。(3)场景约束下的动态路径规划。构建了疏散场景的多约束体系与场景索引动态更新方法,结合启发式搜索算法,实现了多目标路径的动态规划。本文基于几何代数理论,构建了疏散场景数据集成建模方法与组织模型,实现了对启发式搜索算法的寻径优化,并在此基础上实现了场景约束下的多目标动态路径规划,对于模拟应急环境下的人员寻径撤离具有一定的参考价值。
【学位单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P208
【部分图文】：

类型约束表达模式，建立集成多种场景要素的、满足统一计算需求体系；研宄场景要素随时间变化下的圆树索引更新方法，实现场景态组织与管理；研究复杂疏散场景下多疏散人员、多疏散目标的路法，实现索引结构辅助下的动态最优目标选取与路径更新。??技术路线??文基于几何代数的数学理论，通过对应急疏散场景中多类型数据的建索引结构辅助下的最优路径搜索方法与多约束条件下的疏散路径，并构建系统平台进行可视化与相关案例分析。多类型数据的表达括基于几何代数的场景数据集成与建模与基于圆树索引的数据组最优路径搜索方法主要包括基于几何代数的路径拓展方法与集成索寻径方法。疏散路径动态规划方案主要用于实现应急多种约束条件动态规划，主要包括多约束条件统一表达与计算、多约束条件与索引下的最优疏散路径动态规划。通过构建系统平台，选取模拟疏散场可视化展示与相关疏散过程与结果分析。本文技术路线图设计如下：??应急疏散场Ｓ?几何代数理论?数据表达与组织?？向疏散场景的??

对于一个完整的室外疏散场景而言，多类型要素间相互作用、相互约束；就??其所包含的场景对象来看，主要可以分为待疏散目标、背景环境、危险要素这三??大类，如场景示意图２．１所示。其中待疏散目标是疏散场景的核心，主要包括场??景内需要被撤离的目标，包含人员及其可能借助撤离的各类交通工具；背景环境??为疏散场景的基础构建，主要包含现实场景内可能存在的各类自然和人文对象，??例如道路、植被、山丘、河流、建筑物等，同时依据其在疏散环境中起到的不同??作用，又可以被分为可通行区与障碍区两大类；危险要素是疏散场景内可能对人??民生命财产安全造成损害的高危对象，例如火焰、洪水、烟气、毒气等等，这类??要素往往具有明显的扩散性，随时间变化的动态性较强。??－?１，１１１?＇＇??图２．１应急疏散场景示例??针对上述三大类的室外疏散场景对象

达模型的最小栅格计算单元，其单元边长为单位面积为ｓ?＝?Ｚ?ｘＬ疏散区域总??面积为ｉｚｓｘｍ。由于疏散场景可能存在不规则性，在栅格化时栅格单元需要??实现的对原始疏散区域边界的全覆盖，如图２．２所示。??图２．２疏散场景对象栅格化??由于疏散场景区域进行了整体栅格化，应急疏散模拟中主要包含的待疏散目??标、可行区域、障碍区域与危险区域这四类基础对象也都需要统一栅格化。对于??待疏散目标，在疏散场景下可以忽略自身所占的空间，仅使用疏散场景内对应的??栅格节点位置表达；可行区域与障碍区域，在不考虑内部空间的情况下，可简单??转换为带有多种特定属性的栅格节点的集合；危险环境要素来说，由于其本身类??型多是离散化的数据，可直接与场景栅格进行对接，同样表达为带有特定属性的??栅格节点的集合。因此，不同的疏散数据以如下方式进行统一表达：??１３??
【参考文献】

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本文编号：2851701