基于元胞自动机的城市洪涝人群疏散模型研究
发布时间：2021-05-16 23:08
城市化的快速发展使得城市不透水下垫面急剧增多,导致地表径流量和径流系数增加、城市洪涝问题日益突出,制定合理的洪涝灾害应急疏散预案对于保障人民群众的生命财产安全具有重要的现实意义。传统的洪水灾害应急疏散主要采取演练的方式来提高人们的应急疏散意识,相较于演练方式,建立洪水应急疏散模型能够对疏散过程进行科学的量化表达,已成为应急疏散研究的重点。目前的洪水应急疏散研究大多是通过宏观概化模型来制定和优化最短疏散路径,往往缺乏对人的合理疏散行为的考虑,导致相关路径规划算法存在效率低、视野局限等问题。基于元胞自动机的疏散模型,能够从微观的角度上通过适当的规则演绎人的合理疏散行为规律,从而为城市防洪减灾应急预案提供参考和指导,对于提高洪涝灾害应急疏散能力具有重要意义。本研究基于元胞自动机理论建立了洪水灾害应急疏散模型,在进行静态障碍全局最短路径算法优化的研究基础上,开发了面向洪水过程的动态路径优化算法,实现了单人疏散向人群疏散的拓展,并对洪水应急疏散过程进行仿真模拟。论文主要研究内容与结论如下:（1）基于元胞自动机的全局最短疏散路径算法优化。通过构建静态障碍分布下的绕行距离场,设置最小绕行规则,提出了...
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 洪水应急疏散模型
1.2.2 元胞自动机与疏散模型
1.2.3 疏散最短路径规划
1.2.4 研究切入点
1.3 研究内容与论文结构
1.3.1 研究目标与研究内容
1.3.2 技术路线与论文结构
第二章 洪水应急疏散模型场景构建
2.1 地理元胞自动机模型
2.1.1 元胞自动机
2.1.2 地理场景构建
2.1.3 元胞邻域及状态
2.2 洪水过程模拟
2.2.1 MIKE21水动力模块
2.2.2 水流边界条件及基本参数
2.2.3 洪水模拟结果及分析
2.3 洪水过程与疏散模型结合
2.4 本章小结
第三章 基于元胞自动机的全局最短疏散路径算法优化
3.1 静态绕行距离场构建
3.1.1 距离叠加算法
3.1.2 静态绕行距离场
3.2 最短路径优化算法
3.2.1 禁忌规则
3.2.2 最小绕行规则
3.2.3 算法步骤
3.3 算法对比分析
3.3.1 最短路径求解效率分析
3.3.2 最短路径距离分析
3.4 本章小结
第四章 洪水过程疏散路径动态优化模型
4.1 洪水过程动态绕行距离场构建
4.1.1 洪水障碍判断规则
4.1.2 洪水障碍风险图
4.1.3 动态绕行距离场
4.2 洪水过程动态路径优化算法
4.2.1 初始预判时间
4.2.2 动态最小绕行规则
4.2.3 算法步骤
4.3 实验结果与分析
4.3.1 实验结果
4.3.2 最佳疏散时间范围分析
4.3.3 路径安全性分析
4.4 本章小结
第五章 洪水过程人群疏散模型
5.1 人群状态设计
5.2 洪水过程人群疏散算法
5.2.1 人群竞争关系
5.2.2 人群竞争规则
5.2.3 属性继承规则
5.2.4 算法步骤
5.3 非线性疏散情形分析
5.3.1 关键节点拥堵现象
5.3.2 人流自组织现象
5.3.3 不同响应程度下的人群疏散分析
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 研究结论
6.2 论文创新点
6.3 研究展望
致谢
参考文献
附录
硕士期间发表论文及参与科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于A＊算法的三维地图最优路径规划[J]. 赵德群,段建英,陈鹏宇,苏晋海. 计算机系统应用. 2017(07)
[2]基于二维水动力学过程的洪泛区避难逃生路线优化模型及应用[J]. 果鹏,夏军强,张晓雷,李娜,陈倩. 水利学报. 2017(04)
[3]基于A*改进算法的四向移动机器人路径搜索研究[J]. 田华亭,李涛,秦颖. 控制与决策. 2017(06)
[4]中国城市洪涝问题及成因分析[J]. 张建云,王银堂,贺瑞敏,胡庆芳,宋晓猛. 水科学进展. 2016(04)
[5]考虑人群动态分布的可变向应急疏散标识的影响研究[J]. 刘梦婷. 安全与环境学报. 2016(02)
[6]洪灾应急疏散路径规划算法优化[J]. 李梦雅,王军,沈航. 地球信息科学学报. 2016(03)
[7]GPU-CA模型下的溃坝洪水演进实时模拟与分析[J]. 尹灵芝,朱军,王金宏,李毅,徐柱,曹振宇. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(08)
[8]我国特大城市的功能布局与人口疏解研究——以北京为例[J]. 肖周燕,王庆娟. 人口学刊. 2015(01)
[9]元胞自动机最短路径算法优化[J]. 任志国,郭健,李爱光,王卉,阚映红. 遥感学报. 2015(01)
[10]考虑结伴行为的行人流场域元胞自动机模型[J]. 童蔚苹,程琳. 系统工程理论与实践. 2014(09)
博士论文
[1]大规模图上的最短路径问题研究[D]. 张钟.中国科学技术大学 2014
[2]沿海台风风暴潮灾害复合情景模拟与应急避难研究-以上海为例[D]. 叶明武.华东师范大学 2011
[3]考虑环境信息和个体特性的人员疏散元胞自动机模拟及实验研究[D]. 李健.中国科学技术大学 2008
[4]紧急条件下人员疏散特殊行为的元胞自动机模拟[D]. 赵道亮.中国科学技术大学 2007
[5]欧氏障碍空间的最短路径问题解法（MA-ESPO）[D]. 杨传勇.武汉大学 2005
硕士论文
[1]CA模型下改进D*算法的室内路径规划与避碰研究[D]. 刘春霞.合肥工业大学 2016
[2]基于严肃游戏的山洪灾害应急演练仿真技术研究[D]. 刘鑫垚.福建师范大学 2015
[3]溃坝洪水演进的三维可视化系统研究[D]. 边茂松.大连理工大学 2015
[4]基于改进元胞自动机地下空间人员疏散模拟研究[D]. 王延钊.重庆大学 2008
本文编号：3190582
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 洪水应急疏散模型
1.2.2 元胞自动机与疏散模型
1.2.3 疏散最短路径规划
1.2.4 研究切入点
1.3 研究内容与论文结构
1.3.1 研究目标与研究内容
1.3.2 技术路线与论文结构
第二章 洪水应急疏散模型场景构建
2.1 地理元胞自动机模型
2.1.1 元胞自动机
2.1.2 地理场景构建
2.1.3 元胞邻域及状态
2.2 洪水过程模拟
2.2.1 MIKE21水动力模块
2.2.2 水流边界条件及基本参数
2.2.3 洪水模拟结果及分析
2.3 洪水过程与疏散模型结合
2.4 本章小结
第三章 基于元胞自动机的全局最短疏散路径算法优化
3.1 静态绕行距离场构建
3.1.1 距离叠加算法
3.1.2 静态绕行距离场
3.2 最短路径优化算法
3.2.1 禁忌规则
3.2.2 最小绕行规则
3.2.3 算法步骤
3.3 算法对比分析
3.3.1 最短路径求解效率分析
3.3.2 最短路径距离分析
3.4 本章小结
第四章 洪水过程疏散路径动态优化模型
4.1 洪水过程动态绕行距离场构建
4.1.1 洪水障碍判断规则
4.1.2 洪水障碍风险图
4.1.3 动态绕行距离场
4.2 洪水过程动态路径优化算法
4.2.1 初始预判时间
4.2.2 动态最小绕行规则
4.2.3 算法步骤
4.3 实验结果与分析
4.3.1 实验结果
4.3.2 最佳疏散时间范围分析
4.3.3 路径安全性分析
4.4 本章小结
第五章 洪水过程人群疏散模型
5.1 人群状态设计
5.2 洪水过程人群疏散算法
5.2.1 人群竞争关系
5.2.2 人群竞争规则
5.2.3 属性继承规则
5.2.4 算法步骤
5.3 非线性疏散情形分析
5.3.1 关键节点拥堵现象
5.3.2 人流自组织现象
5.3.3 不同响应程度下的人群疏散分析
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 研究结论
6.2 论文创新点
6.3 研究展望
致谢
参考文献
附录
硕士期间发表论文及参与科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于A＊算法的三维地图最优路径规划[J]. 赵德群,段建英,陈鹏宇,苏晋海. 计算机系统应用. 2017(07)
[2]基于二维水动力学过程的洪泛区避难逃生路线优化模型及应用[J]. 果鹏,夏军强,张晓雷,李娜,陈倩. 水利学报. 2017(04)
[3]基于A*改进算法的四向移动机器人路径搜索研究[J]. 田华亭,李涛,秦颖. 控制与决策. 2017(06)
[4]中国城市洪涝问题及成因分析[J]. 张建云,王银堂,贺瑞敏,胡庆芳,宋晓猛. 水科学进展. 2016(04)
[5]考虑人群动态分布的可变向应急疏散标识的影响研究[J]. 刘梦婷. 安全与环境学报. 2016(02)
[6]洪灾应急疏散路径规划算法优化[J]. 李梦雅,王军,沈航. 地球信息科学学报. 2016(03)
[7]GPU-CA模型下的溃坝洪水演进实时模拟与分析[J]. 尹灵芝,朱军,王金宏,李毅,徐柱,曹振宇. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(08)
[8]我国特大城市的功能布局与人口疏解研究——以北京为例[J]. 肖周燕,王庆娟. 人口学刊. 2015(01)
[9]元胞自动机最短路径算法优化[J]. 任志国,郭健,李爱光,王卉,阚映红. 遥感学报. 2015(01)
[10]考虑结伴行为的行人流场域元胞自动机模型[J]. 童蔚苹,程琳. 系统工程理论与实践. 2014(09)
博士论文
[1]大规模图上的最短路径问题研究[D]. 张钟.中国科学技术大学 2014
[2]沿海台风风暴潮灾害复合情景模拟与应急避难研究-以上海为例[D]. 叶明武.华东师范大学 2011
[3]考虑环境信息和个体特性的人员疏散元胞自动机模拟及实验研究[D]. 李健.中国科学技术大学 2008
[4]紧急条件下人员疏散特殊行为的元胞自动机模拟[D]. 赵道亮.中国科学技术大学 2007
[5]欧氏障碍空间的最短路径问题解法（MA-ESPO）[D]. 杨传勇.武汉大学 2005
硕士论文
[1]CA模型下改进D*算法的室内路径规划与避碰研究[D]. 刘春霞.合肥工业大学 2016
[2]基于严肃游戏的山洪灾害应急演练仿真技术研究[D]. 刘鑫垚.福建师范大学 2015
[3]溃坝洪水演进的三维可视化系统研究[D]. 边茂松.大连理工大学 2015
[4]基于改进元胞自动机地下空间人员疏散模拟研究[D]. 王延钊.重庆大学 2008
本文编号：3190582
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/sgjslw/3190582.html
