一种基于多出口选择A*算法求解最短路径的人群疏散动态路径规划方法

技术特征：
1.一种基于多出口选择a*算法求解最短路径的人群疏散动态路径规划方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：步骤1：从起点进行搜索；从起点开始规划单条路线向着终点扩展；步骤2：根据已知的地图信息，在从起点开始规划的路线上，通过距离函数选择距起点近的地图节点作为扩展节点；再通过距扩展节点和可选终点之和来选择新扩展节点；步骤3：结合人员疏散流体模型，通过插值法拟合成分段函数进行状态统计计算，并根据未分配人员的状态进行路况状态统计；步骤4：在路线状态统计中，判断扩展节点是否可以继续扩展，若不能扩展则返回步骤1；能继续扩展进行步骤5；步骤5：在搜索过程中，将选择的扩展节点加入评价函数中，并存储扩展节点信息，当产生的某个节点为满足单出口条件的节点时，视为初次搜索结束；之后将另一可选择出口项设置为0，进行传统a*算法搜索，最终得到路线。步骤6：通过正常通行时间与排队通行时间的差值比率对完成规划的路线进行优先级排序；所述优先级包括最优，次优和次级；再结合人员疏散流体模型，根据达到时间与排队通行时间的大小对排队或拥堵进行判定，当判定失败时返回步骤2，判定成功时进行步骤7；步骤7：当人员处于次优或次级路线时，根据人员比率进行再次分配，接入最优或次优路线，判断是否满足约束条件，若不满足则返回步骤6，若满足条件则完成路径规划。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：在所述人员疏散流体模型中，通过线性插值法得到计算公式，其中人员在走廊和梯道中的密度d的取值范围为0到3.5，单位为人/m2；规定流量f
s
的取值范围为0到1.3，单位为人/m
·
s；人员流速s的取值范围为0.10到1.2，单位为m/s；则走廊中人员规定流量f
s
的计算公式为：走廊中人员流速s的计算公式为：梯道下行时人员流速s的计算公式为：梯道上行时人员流速s的计算公式为：
则可根据走廊宽度与人员规定流量计算人员实际流量f
c
，其计算公式为，f
c
＝f
s
×
w
c
ꢀꢀꢀꢀ
(5)其中w
c
为通道净宽，对于走廊为两边墙壁之间的垂直距离，对于梯道为梯道栏杆之间的垂直距离，对于门为门处于全开位置时实际通过宽度；转移节点的流量计算公式为：∑f
c
(in)
i
＝∑f
c
(out)
j
其中，∑f
c
(in)
i
为到达转移点的通道计算流量(i)；∑f
c
(out)
j
为自转移点出发的通道计算流量(j)。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述评价函数的计算公式为：f(n)＝g(n) h(n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)g(n)为从起始点s到当前节点i的实际距离代价：g(n)＝dis(s，i)；h(n)为从当前节点i到可选择出口的预估代价：h(n)＝dis(i，t1) dis(i，t2)；其中dis()表示距离函数，t1，t2为可选择的出口节点。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述人员排队判定的计算公式为：其中，i为人员所在的地图节点，j为判定为需要排队的节点，s
n
为人员n的平均流速，t
f
为在已知当前节点人数情况下的排队通行时间；所述人员拥堵判定为：统计每条路线的所分配的人数p，每条路线的长度l，计算出每条路线单人的行进时间t
p
，与每条路线在人数p条件下的行进时间t
f
；当t
p-t
f
＜20％t
p
时为最先优先级路线，当20％t
p
＜t
p-t
f
＜50％t
p
时为次优级路线，当t
p-t
f
＞50％t
p
为次级路线；每条路线在人数p条件下的行进时间t
f
计算公式如下，计算公式如下，t
p
计算公式如下，计算公式如下，其中t
p
是指单人在无拥堵无排队情况下，完成在节点i通行所耗费的时间，l为该地图节点通道节点长度。5.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述约束条件为dis(i，k)＜σt
p
s
max
其中i为当前人员所在地图节点，k为优化过程中在路线中选择的接入点，σ为可选择路径所用时间所占原路线时间的百分比，s
max
为人员在原路线上最大流动速
度，取1.3；百分比σ的计算公式为：

技术总结
本发明提出一种基于多出口选择A*算法求解最短路径的人群疏散动态路径规划方法，从起点和终点进行双向搜索，选择新扩展节点，结合人员疏散流体模型，对扩展节点进行评价，当扩展节点相同时视为规划完成，再对完成规划的路线进行优先级排序；进行排队或拥堵判定，对不拥堵且非最优的线路进行再次分配，完成路径规划；本发明针对现有的算法改良，遵守海事组织相关导则性要求并且考虑群体路径以及疏散环境的复杂性，将不同疏散路线分为不同优先级的分配策略，使得地图节点信息矩阵得以简化，极大程度提高了规划的效率。大程度提高了规划的效率。大程度提高了规划的效率。


技术研发人员：陈淼 吴坤罡 韩端锋 张海鹏 赵楠
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2021.11.02
技术公布日：2022/8/25