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1、(10)申请公布号 CN 103337162 A (43)申请公布日 2013.10.02 CN 103337162 A *CN103337162A* (21)申请号 201310296951.3 (22)申请日 2013.07.16 G08G 1/00(2006.01) G08G 1/087(2006.01) G08G 1/0968(2006.01) G08C 17/02(2006.01) (71)申请人 四川大学 地址 610065 四川省成都市武侯区一环路南 一段 24 号 (72)发明人 黄劼 龙伟 (54) 发明名称 城市应急救援通道实时规划及动态调度系统 (57) 摘要 本发明是基。
2、于实时交通路况信息设计的城市 救援道路实时规划及动态调度系统， 该系统能够 根据起始地点和实时路况信息准确合理地规划出 救援路线。不同于一般的 GPS 导航， 本系统不仅 是找到一条通路， 而要根据实时交通路况信息规 划出通行时间最短的路径， 而且无需考虑 “单行” 、 “禁左” 等限制， 因此该规划技术是综合现有路径 规划算法的一种全新的多目标的路径规划算法。 另外， 应急通道的建立是动态的， 即用即撤， 避免 过多地影响日常交通。 当发生突发事件后， 系统能 够根据事件类型和等级， 动态调度应急救援单位， 同时系统的应急通道动态规划模块及时规划出基 于实时路况信息的应急通道， 确保应急救援。
3、单位 最短时间到达事发点。监控室上位机以短信方式 与警示灯牌进行数据通讯， 达到动态建立应急专 用通道的目的。 本系统采用单串口SMSMODEM进行 通讯。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103337162 A CN 103337162 A *CN103337162A* 1/1 页 2 1. 本发明涉及一种道路规划系统， 具体涉及一种建立城市突发事件应急救援通道的实 时规划与动态调度系统。 2. 不仅仅是找到一条通路， 而要根据。
4、实时的交通路况信息规划出通行时间最短的路 径， 而且无需考虑 “单行” 、“禁左” 等限制， 因此该规划技术是综合现有路径规划算法的一种 全新的多目标的路径规划算法。 3. 应急通道的建立是动态的， 即用即撤， 避免过多地影响日常交通， 同时， 该系统综合 了城市应急预案管理模块， 能够及时更新各应急单位信息， 在出现突发事件的第一时间能 够合理调度应急单位在最短时间前往事发地点， 及时处理突发事件。 4. 本发明为城市应急救援系统搭建了综合信息处理平台， 有机地将城市各应急救援单 位以及城市交通信息整合到一起， 当发生突发事件后， 系统能够根据事件类型和等级， 动态 调度应急救援单位， 同时。
5、系统的应急通道动态规划模块能够及时规划出基于实时路况信息 的应急通道， 确保了应急救援单位能够最短时间内到达事发点进行救援， 以期将突发事件 的危害最小化。 5. 根据应急救援的一般需求， 系统实现了突发紧急事件分类、 应急救援单位动态调度、 基于实时路况信息的应急救援通道动态规划、 调度规划信息的传送、 应急通道警示， 以及各 信息数据库的管理等方面的功能， 将各功能模块集成到一个应急救援系统中， 能够高效地 进行信息共享、 应急救援单位合理调度以及应急通道的最优规划。 6. 系统采用基于短信平台的无线通讯技术完成信息的传输， 且不限于此种无线传输方 式。 权 利 要 求 书 CN 1033。
6、37162 A 2 1/4 页 3 城市应急救援通道实时规划及动态调度系统 技术领域 0001 本发明涉及一种道路规划系统， 具体涉及一种建立城市突发事件应急救援通道的 实时规划与动态调度系统。 背景技术 0002 随着社会经济不断的发展， 城市化进展速度加快， 城市道路密度也不断加大， 快速 发展的经济给人们的生活带来了极大便利， 城市道路的不断扩展使得交通中可行路线空间 指数成倍地增大。 与此同时， 城市里各种不确定的危险源与导致灾害的因素也显著增加， 从 而导致了城市的各类突发事件时有发生， 造成了重大的人员伤亡和经济损失。突发事件发 生后， 为能最大限度地减轻事故带来的不利影响， 必须。
7、要求救援中心派遣的车辆以最短的 时间赶赴事发地进行救援。 城市道路交通应急救援工作涉及面广、 专业性强， 单靠某一部门 是很难完成的， 要组织好各方面的力量， 形成统一应急指挥中心， 在统一的指挥下， 实现各 部门之间的资源和信息共享， 各级交通、 医疗救护、 公安、 消防、 路政等部门快速响应， 彼此 之间密切配合， 共同作战， 高效地组织和实施救援工作， 才能最大程度地减少损失。 0003 目前我国对城市交通系统如何应对突发事件这方面的研究还比较少， 相关的理论 基础研究还比较薄弱， 发生突发事件时相关政府部门是否能够及时应对， 是一个涉及到社 会稳定、 和谐发展的重要问题。因此， 开展突。
8、发事件下城市交通应急管理的研究， 对提高突 发事件下城市交通系统的应急保障能力， 减少灾害带来的损失， 以及保障人民生命财产安 全有重大的科学意义和实际应用价值。 发明内容 0004 本发明是基于实时交通路况信息设计的城市应急救援道路实时规划及动态调度 系统， 该系统能够准确合理的规划出救援路线。该应急通道规划和一般 GPS 导航系统的显 著区别在于前者不仅仅是找到一条通路， 而要根据实时的交通路况信息规划出通行时间最 短的路径， 而且无需考虑 “单行” 、“禁左” 等限制， 因此该规划技术是综合现有路径规划算法 的一种全新的多目标的路径规划算法。另外， 应急通道的建立是动态的， 即用即撤， 。
9、避免过 多地影响日常交通。 同时， 该系统综合了城市应急预案管理模块， 能够及时更新各应急单位 信息， 在出现突发事件的第一时间能够合理调度应急单位在最短时间前往事发地点， 及时 处理突发事件。该系统的研制实现了信息数字化、 交通智能化、 控制统一化的功能， 对智能 交通技术在突发事件处理中的应用有重要意义。 0005 本发明为城市应急救援系统搭建了综合信息处理平台， 有机地将城市各应急救援 单位以及城市交通信息整合到一起， 当发生突发事件后， 系统能够根据事件类型和等级， 动 态调度应急救援单位， 同时系统的应急通道动态规划模块能够急时规划出基于实时路况信 息的应急通道， 确保了应急救援单位。
10、能够最短时间内到达事发点进行救援， 以期将突发事 件的危害最小化。通过集成化的思路将系统进行开发， 提高了应急救援系统的综合处理能 力， 为城市应急救援智能化进一步发展奠定了基础。 说 明 书 CN 103337162 A 3 2/4 页 4 0006 根据应急救援的一般需求， 系统实现了突发紧急事件分类、 应急救援单位动态调 度、 基于实时路况信息的应急救援通道动态规划、 调度规划信息的传送、 应急通道警示， 以 及各信息数据库的管理等方面的功能。将各功能模块集成到一个应急救援系统中， 能够高 效地进行信息共享、 应急救援单位合理调度以及应急通道的最优规划。 0007 本系统主要实现应急救援。
11、系统综合平台的搭建。为了整合城市的各项资源， 及时 地进行应急救援信息、 道路交通信息的接收和传送， 对于突发紧急事件进行快速准确判别， 实时最优规划应急通道， 动态调度应急救援单位的功能， 本系统利用了ArcGIS Engine组件 在面向对象的Visual Studio 2005环境里进行嵌入式二次开发， 主要内容包括地图数字化 的实现、 系统数据库的设计、 系统路径规划平台的设计、 应急通道指示系统演示模型设计。 附图说明 0008 图 1 为系统结构示意图 ； 图 2 为城市突发事件应急救援通道动态规划数据库组织图 ； 图 3 为系统登录界面 ； 图 4 为系统主界面 ； 图 5 为应。
12、急单位动态调度演示结果示意图 ； 图 6 为应急救援通道动态规划结果示意图 ； 图 7 为实时交通信息、 开发平台及规划平台通讯示意图。 具体实施方式 0009 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 0010 图 1 为本系统结构示意图， 主要包括道路信息、 地理信息管理系统、 应急管理信息 系统、 道路信息数据库、 应急单位动态调度系统、 应急道路规划平台以及应急指示灯牌和应 急救援单位等部分。本系统能够根据突发应急事件的类别、 等级， 及时地、 针对性地调度应 急单位， 并实现基于实时路况信息的应急道路路径规划， 为使规划的道路能够切实为应急 救援车辆服务， 在规划出应急道路后会沿途点。
13、亮应急指示灯， 使得其他交通网络中的在线 车辆能够及时避让， 保证救援车辆最短时间到达事发地点， 同时关闭救援车辆已经经过的 应急道路沿途指示灯， 由此不仅实现了城市应急道路的快速合理规划， 也最大程度地利用 了社会公共交通道路， 避免了资源浪费。 0011 如图 2 为系统数据库设计， 利用 ESRI 的 ArcMap 数字化后的地图将现实世界抽象 为相互连接不同特征的层面的组合， 分层的概念提供了解决各种复杂难题的捷径。对城市 交通地理信息进行按照分层的方式进行组织管理， 按照功能将相同的实体信息放置在同一 个层中。利用分层技术对地图进行管理可以将复杂的地图简单化， 从而大大简化系统模型 。
14、和处理过程 ； 另一方面， 对单一图层进行处理会使得系统具有更大的灵活性。 城市应急救援 系统的数据分为空间数据和属性数据， 空间数据反映了实体的位置信息， 属性数据反映了 各实体的具体特征 （如应急救援单位的类别、 等级， 城市交通道路实时通过率等信息） 。基于 GIS 的突发事件应急救援系统的基础部分为数据， 合理设计组织数据是进行路径动态规划 的核心。因此， 本文在对系统的需求进行分析后， 采用了基于 Shapefile 数据模型来设计和 建立交通应急救援系统的数据库， 为路径规划提供了支撑。 说 明 书 CN 103337162 A 4 3/4 页 5 0012 应急道路规划平台分为登。
15、录界面 （如图 3） 和主界面 （如图 4） ， 即控制界面。系统运 行时， 自动转到登录界面， 当输入正确的用户名和密码， 并点击登录按钮后， 跳转到控制界 面， 可以进行操作控制。 系统主界面， 主要包括应急单位调度模块、 调度演示结果模块、 以及 路径规划可视化模块。 0013 当某地发生医疗事故时， 需要根据医疗等级和应急单位的地理位置， 进行合理规 划， 对于应急单位的等级判别和选择需要基于大量的历史数据和实时数据， 在查询时依赖 于应急单位信息数据库管理系统。例如成都市红牌楼位置出现了医疗事故， 当判断出事故 等级后， 就可以动态调度相应的应急单位进行救援， 其调度结果如图 5 所。
16、示。 0014 抢灾救险过程中最重要的就是时间， 仅仅从距离最短的角度规划最优的应急通道 已经完全不能满足现代智能交通系统的需求。除了合理调度应急单位进行救援外， 如何在 最短时间内前往事发地点进行救援是核心问题， 也是应急救援管理系统的完善建立的保 障。例如当天府铁路新客站发生了火灾事故后， 经过事故类型的判别派遣消防二分队进行 救援， 根据实时的道路信息进行了应急通道规划， 如图 6 所示。从图中可以看出， 根据系统 所选择的路径算法， 所规划的道路并不是最短路径的道路， 但是该路径的规划是合理的参 考了路况拥堵信息和道路长度进行的， 保证了应急通道选取出来后， 社会车辆能够有更多 的空间。
17、及时的进行路径避让， 最终能够保证应急救援单位的顺利通行和及时到达事故地 点。 从可视化的界面上可以清楚的判别出， 城市的中间路段显示的是红色的交通情况， 路段 非常拥堵， 虽然道路长度最短， 但选择该路段， 若社会车辆不能够及时避让， 仍然不能保证 救援单位在最短时间内到达事发地点， 无法实现及时高效救援的目标。该系统不仅在数字 化的地图上显示了规划的结果， 同时也给出了具体的路径信息。该系统所搭建的平台能够 很好地进行资源整合， 充分发挥各应急救援部门的应急处理能力， 能够实现对于紧急突发 事件的快速响应。通过预案数据库的设计， 可以在紧急事件发生的第一时间对事件的类型 和等级进行判别， 。
18、更加合理的调度应急救援单位， 同时， 结合了实时交通信息的适用于紧急 通道规划的算法所规划的应急救援通道能够实现应急救援的快速性， 切实减少灾害事件给 人类和社会带来的危害， 通过对该系统进行接口设计， 结合城市道路紧急救援系统硬件建 设， 可以实现信息的快速通信， 通过将规划信息传送至沿途指示灯牌， 能够使得社会车辆及 时避让出应急救援通道， 确保了规划道路的可实践性， 同时路径规划信息和灾害信息将传 送至应急救援车辆， 实现了路径规划、 应急单位动态调度的统一性。 0015 系统采用优化后的 Floyd 算法， 利用时间路径双约束且时间优先的路径规范方 法。 0016 本系统在设计最优路径。
19、规划算法时， 构造的迭代矩阵 D(k)=(dij(k) 在计算两点 Vi和 Vj之间的最短路径时， 对待插入节点 Vr先进行道路权重比较， 若 dir(k-1) dij(k-1)或 drj(k-1) dij(k-1)， 则说明 Vi经过插图节点 Vr到 Vj的道路权重不会比原来小， 于是无需再计 算 dir(k-1)+drj(k-1)， 直接进入下一节点搜索。 0017 为能快速查询出最优路径， 在优化算法时， 构造了一个序号矩阵 A(K)=(aij(k)， (k=0,1,)， 该矩阵记录的是第 k 此迭代后插图节点的情况， 该矩阵算法如下 ： 步骤 1 ： 作初始权重矩阵 D(0)=(dij。
20、(0) 和序号矩阵 A(0)=(aij(0)， 其中 ： 当 i， j 相邻时， dij(0)=Wij， aij(0)=0 ； 当 i， j 不相邻或没有通路时， dij(0)= ， aij(0)= ， 此时距离矩阵 D(0)中 的元素表示任意两点 Vi,Vj不经过其它节点的道路权重。 说 明 书 CN 103337162 A 5 4/4 页 6 0018 步骤 2 ： 构造迭代矩阵 D(k)=(dij(k) 和序号矩阵 A(k)=(aij(k)。 0019 对于迭代矩阵 D(k)的元素 dij(k), 若 dir(k-1) dij(k-1)或 drj(k-1) dij(k-1)， 则说明 V。
21、i 经过插图节点 Vr到 Vj的道路权重不会比原来小， 于是无需再计算 dir(k-1)+drj(k-1)， 否则 dij(k) =mindij(k-1),dir(k-1)+drj(k-1)。 0020 对于序号矩阵 A(k)的各元素， 若 dij(k)=dil(k-1)+dlj(k-1), 且 dij(k)dij(k-1)， 则记录点 Vl， 并在序号矩阵中 A(k)对应的元素 aij(k)变为 aij(k)=ail(k-1)， Vl， alj(k-1), 表明迭代后从节点 Vi 出发到节点 Vj的最优路径包含了节点 Vl， 否则， aij(k)=aij(k-1)。 0021 步骤 3 ： 。
22、若 D(k+1)=D(k)， 终止迭代， 否则返回第二步。 0022 通过以上分析可知， 采用原始的 Floyd 算法在计算 Vi到 Vj的最优路径时， 每次都 要计算第 i 行元素和第 j 列元素相加， 共进行 n 次加法， 且距离矩阵包含 n2个元素， 因此原 始算法的计算复杂度为 O(n3)， 对算法进行改进后， 在计算 Vi到 Vj的最优路径时 , 新加入 的节点 r I,j, 所以只需进行 n-2 次加法， 另外， 采用改进后的算法， 若 dir(k-1) dij(k-1)或 drj(k-1) dij(k-1)， 则无需再计算 dir(k-1)+drj(k-1)， 特别是当第 i 行。
23、或者第 j 列元素都大于等于 dil(k-1)时， 无需进行加法， 因而 改进后的算法所需进行的加法次数为 0 n-2 次， 这一个随 机变量， 记为 X， 若假设 X 在 0 n-2 取值等可能， 则随机变量 X 的数学期望为 n-2/2, 即在 计算点 Vi到 Vj的最优路径 dij(k)时， 加法计算量为 n-2/2， 因距离矩阵 D(k)中友 n2 个元素， 因此改进以后的算法复杂度约为 o(n3/2)。 0023 如图 7 所示， 系统的串口设计能够将检测到的实时交通信息传送至上位机管理系 统， 系统将定时刷新这一信息， 当紧急事件发生后， 调度部门将能够动态规划处应急通道， 应急车。
24、辆能够快速前往实施救援。 对所规划出的应急救援通道沿途指示灯的点亮是通过建 立实体道路上沿途灯牌 ID 号与城市地理信息数据库每条道路 ID 号的对应关系， 当系统中 的应急通道规划模块规划处最优路径后， 将道路 ID 通过无线传输的方式传送至沿途灯牌， 同时点亮灯牌， 提醒社会车辆避让， 实时动态规划出应急救援通道， 同时将规划的路径信息 传送至应急救援车辆， 使应急单位能够及时前往救援。底层硬件系统以短信的形式与监控 室上位机进行数据通讯。为实现此功能， 本系统采用单串口 SMS MODEM 进行通讯。 说 明 书 CN 103337162 A 6 1/3 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103337162 A 7 2/3 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103337162 A 8 3/3 页 9 图 5 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103337162 A 9 。