一種基于大數據的面向個人的應急引導方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于大數據的面向個人的應急引導方法及系統。當應急事件發生時，用戶采用客戶端發送所在地的GPS和應急救援請求。服務器端搜索事發地點周圍一定范圍內具有較高運載能力的城市干道和提供相應急救援服務的地點，綜合考慮用戶前往主干道所需要的時間，用戶在主干道上等車的時間以及用戶從干道前往應急服務點的時間，選擇一條從事發點出發中轉某一干道前往目標應急服務提供點的全局最優路徑。客戶端根據服務端返回的最優路徑進行實時跟蹤引導。本發明采用大數據統計分析處理技術，能夠實時跟蹤用戶行進情況做動態調整，綜合考慮全流程的時間成本做全局優化，對應急情況下的個人提供最大化的幫助。
【專利說明】—種基于大數據的面向個人的應急引導方法及系統
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及浮動車輛數據分析，位置相關服務，路徑尋優，移動計算等領域，涉及一種面向個人的應急情況下的自救引導方法及系統。在應急事件發生時，能根據用戶選擇的應急救援場景，基于海量浮動車輛數據構建的道路運載能力模型為用戶選擇最優應急救援干道，結合移動設備跟蹤到的用戶實時位置信息，對用戶行進路徑做最優指引，利用簡潔的文字提示和語音輔助幫助用戶盡快到達指定地點，獲得救援服務。
【背景技術】[0002]隨著現代經濟社會的發展，應急安全越來越受到人們的重視。這類事件具有突發性和急迫性，而且往往危害巨大。應急安全領域，長期以來都受到國家以及相關研究者們的高度關注，在這一領域也產出了不少的研究成果。已有的應急安全研究，主要研究群體性的，公共安全事件上面。如面臨火災、地震等公共安全事件時的逃生、疏散的研究，涉及建筑設計、城市規劃、資源調度、人的行為模式、心理模式等諸多方面。
[0003]實際上，在日常生活當中，個人也會遇到一些應急事件，有時候會需要一些應急救援服務。比如個人感覺身體不適，需要盡快前往醫院得到救治；再比如在路上遇到有人受傷，需要盡快獲得醫療服務。目前尚沒有針對個人的應急類、安全類服務或者研究。但是在應急情況下，如果能夠對個人進行有效的引導，幫助他們盡快獲得需要的應急救援服務，對個人而言也是非常有價值的。
[0004]以個人需要緊急醫療服務舉例，這個時候可能需要能夠盡快獲取到有效的交通手段，前往醫院。但是用戶在當前位置，可能附近有若干條城市干道，但是究竟應該去哪里打車，用戶實際上是不清楚的。人們對于道路情況的感知總是經驗性的、模糊的，尤其交通狀況還是動態變化的，因而在應急情況下，人很難做出科學的決策。本發明所設計的個人應急引導服務，就是致力于滿足個人的這種需要。

【發明內容】

[0005]針對公共安全類的應急自救的需求，本發明提出了一種面向個人的應急自救引導服務的實現方法，能夠面向城市路網系統進行實時感知的用戶應急自救引導，支持移動終端的快速請求響應服務。
[0006]為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:
[0007]—種基于大數據的面向個人的應急引導方法，其步驟包括:
[0008]I)用戶在遭遇應急事件時通過客戶端向服務器發送應急救援請求，并通過客戶端的GPS定位服務將用戶所在地(記為P)的GPS坐標發送至服務器；
[0009]2)服務器以用戶所在地的GPS坐標點為圓心，搜索一定半徑r內符合條件的干道和半徑R內符合條件的應急服務提供點，其中:半徑r和R (R>r)允許在一個設定的區間內動態浮動，以確保盡可能地搜索到干道和應急服務提供點；干道指的是擁有較高屬性等級和較強運載能力的城市道路；應急服務提供點指的是公共服務設施(主要為醫院、公安局、加油站等);
[0010]3)對于搜索到的每一條干道MRoad=〈E, V〉,搜索從事發點P步行到MRoad的最短路徑，其中:E是構成主干道的路段(edge)集合；V是構成主干道的路段的端點集合；p到MRoad的最短路徑指的是P到端點集合V中所有端點的連通路段中路程最短的一條路徑；對于每個應急服務提供點，搜索從每條MRoad上的步行到達點打車前往應急服務提供點的最短路徑；
[0011]4)計算每個應急服務提供點對于P的到達成本Costp(spot)，然后選擇到達成本最小的應急服務提供點推薦給用戶，返回到達該應急服務提供點的最佳路徑到客戶端；所述到達成本包含h、t2、t3，其中^是用戶沿規劃的最短路徑步行前往干道所需要的時間；t2是用戶在干道上等車所用的時間；t3是用戶沿規劃的最短路徑從干道乘車前往應急服務點所需要的時間；
[0012]5)客戶端接收服務器返回的疏散路徑，根據該疏散路徑通過文字和語言指引的方式持續引導用戶到達應急服務提供點。
[0013]一種采用上述方法的基于大數據的面向個人的應急引導系統，其包括:
[0014]客戶端，用于向服務器發送應急救援請求，并通過GPS定位服務將用戶所在地的GPS坐標發送至服務器，并接收服務器返回的疏散路徑進行實時引導；
[0015]服務器，與客戶端建立通信連接，用于響應應急救援請求，計算最佳的疏散路徑并發送至客戶端，包括:
[0016]干道和應急服務提供點搜索模塊，用于以用戶所在地的GPS坐標點為圓心，搜索一定半徑r內符合條件的干道和半徑R內符合條件的應急服務提供點，其中:半徑r和R允許在一個設定的區間內動態浮動，以確保盡可能地搜索到干道和應急服務提供點；干道指的是擁有較高屬性等級和較強運載能力的城市道路；應急服務提供點指的是公共服務設施；
[0017]最短路徑搜索模塊，連接干道和應急服務提供點搜索模塊，用于對于搜索到的每一條干道MRoad=〈E，V〉，搜索從事發點P步行到MRoad的最短路徑，其中:E是構成主干道的路段(edge)集合；V是構成主干道的路段的端點集合；p到MRoad的最短路徑指的是P到端點集合V中所有端點的連通路段中路程最短的一條路徑；對于每個應急服務提供點，搜索從每條MRoad上的步行到達點打車前往應急服務提供點的最短路徑；
[0018]到達成本計算模塊，連接最短路徑搜索模塊，用于計算每個應急服務提供點對于P的到達成本Costp (spot)，然后選擇到達成本最小的應急服務提供點推薦給用戶，返回到達該應急服務提供點的最佳路徑到客戶端；所述到達成本包含h、t2、t3，其中A1是用戶沿規劃的最短路徑步行前往干道所需要的時間；t2是用戶在干道上等車所用的時間；t3是用戶沿規劃的最短路徑從干道乘車前往應急服務點所需要的時間；
[0019]最佳路徑返回模塊，連接到達成本計算模塊，用于根據到達成本計算結果，選擇到達成本最小的應急服務提供點推薦給用戶，并返回到達該應急服務提供點的最佳路徑到客戶端。
[0020]下面分4個部分具體闡述本發明的主要內容:
[0021]1.基于載客車輛的歷史運營記錄，對交通道路網絡建立道路運載能力的統計模型CCM-RNS[0022]交通道路網絡數據就是一個電子地圖，可以通過GIS地圖進行數據轉換處理得到，它包含交通網絡中的每條道路信息和道路之間連接的節點信息。道路的信息包括路段的標識、路段的種類、路段的寬度、路段的長度、路段的等級、起始節點的標識、結束節點的標識，節點的信息包括節點的標識、經度值、緯度值。
[0023]首先我們通過浮動車輛的歷史運營記錄，獲取整個路網范圍的客運流量記錄的原始記錄。原始記錄數據包括車輛標識、觸發事件、運營狀態、記錄時間、經度值、緯度值、瞬時速度、行駛方向等數據項。
[0024]道路運載能力和該路段上的車流量有著很強的關聯關系，特別是和空載流量的趨勢有著直接關系。參照市民的出行和作息規律，本發明以周為基礎對原始數據集進行加工，并考察了兩個維度一種是分為工作日和休息日兩種，另一種是分為周一至周日七個類型。[0025]首先給出一些描述性定義。定義一天時間為T，將一天的時間分為η個等分，作為基于時序統計數據的η個單元\，那么T=It1, t2, t3,…，tn}。定義整個路段為E，整個路網可由m個定向的路段edge」連接組成,那么E=Rdge1, edge2, edge3,…，edgem};定義節點為V，每一個路段edge」都有兩個端點(節點)，用Vs (edge」)和Ve (edge」)表示路段edge」的入度和出度端點，每一個端點就是一個地理坐標Vi，地理坐標包含經度和緯度兩個屬性，我們分別用Ing和Iat來表示,那么Vi=Gngj, Iatk);定義一個路段edge」內包含u個分段記錄segk串聯而成，那么edge」= (Seg1, seg2, seg3,…，segj。針對不同日期類型dx、不同的時間點不同的路段edge」以及路段edge」上的分段segk生成一個經驗運載流量記錄，記為eflow(dx, edge」，ti； segk)。
[0026]在此基礎之上，針對具體的路段edge」以及路段內的分段segk和一定時間范圍的空載流量記錄，建立了運載通量計算表達式，一'，gk、(t” ~+Α)，表明某個具體的地點具體時間范圍內的運載通量大小。
[0027]在上述操作定義的基礎上，下面我們具體給出運載能力統計計算步驟。
[0028](I)按車輛歸并記錄并過濾無效記錄
[0029]原始GPS記錄并沒有按照車輛標識獨立記錄，并且記錄時間順序不完全一致，需要重新排列。另外需要過濾一些無效的GPS記錄，如GPS記錄狀態不正確、記錄超時或記錄間距過大等情形。
[0030](2)車輛行程記錄與路網匹配，建立車輛行程軌跡
[0031]車輛行程記錄有一組GPS記錄組成，通過GPS記錄的經緯度查找候選道路，使用MapMatching算法和A-Star算法計算出與這一組GPS記錄最佳匹配的車輛行程軌跡Ry={edge0, edge1； edge2,…，edgej。由于GPS記錄有疏有密，同一個道路上可以有多個GPS記錄對應，而某個中間道路這可能沒有GPS記錄對應。在具體計算的過程不僅使用了MapMatching算法進行道路匹配，還是用A-Star算法進行行程軌跡的補齊。如果出現無法匹配的一組GPS記錄片段，則視為需要過濾的無效GPS記錄。
[0032](3)車輛行程軌跡分片篩選，區分不同運營狀態的軌跡片段
[0033]每輛車在運營的過程中存在不同的運營狀態，主要包括載客、空載、駐車和停運四種狀態。車輛行程軌跡分片篩選就是根據不同的運營狀態切分標記，便于后續統計分析。
[0034](4)按天統計車流量
[0035]針對各個道路對每一天的不同車輛的行程記錄進行合并，計算出各個道路一天內各個時間點片段內的車流量。車流量統計主要包括空載流量值和行車(包括載客和空載兩種狀態)流量值。
[0036]根據GPS記錄中的瞬時車速累計平均，計算出各個道路一天內各個時間點片段內的平均瞬時速度。本發明還根據各個車輛行程軌跡分片的路程長度合并計算出各個道路一天內各個時間點片段內的平均車速。
[0037](5)按是非工作日統計車流量
[0038]在按天統計車流量的基礎上進一步統計合并，區分是非工作日兩種日期類型，合并計算上一步驟得出的統計值，作為道路運載能力計算的基礎。
[0039](6)按周一至周日七天統計車流量差異
[0040]本發明不僅考察了是非工作日車流量統計的情形，也考察了一周七天各自車流量的統計值，并與上一步驟統計結果比對，得出周一至周日與是非工作日統計結果值之間的差值。作為不同日期類型的進一步的細化調節因子。
[0041](7)為統計數據建立文件索引
[0042]為了離線計算結果可以重復使用，需要將統計分析結果存儲成數據文件。同時為了快速查找數據和最終運載能力值評估計算，實現了一種便捷高效的文件索引。
[0043]每個統計單元的數據量很小，如果獨立存儲將會生成大量零碎文件，影響文件系統的性能。本發明允許數據文件合并存儲，同時可以分段存儲，具體的分段存儲數據量大小可以調整。在分段存儲數據文件的基礎上，建立一個文件索引數據文檔，記錄各個道路標識和不同日期類型下的統計結果信息存儲在某個具體的分段數據文件中的某一個起始偏移量值某一個偏移量結束。每一個索引單元對應的統計數據，包括了具體一個道路和具體日期類型下的一天內所有時間點片段單元的統計記錄。
[0044](8)預備運載能力計算方法實現
[0045]在獲取目標路段和一個具體的日期時間的情況下，讀取相關的統計數據，使用線性平滑方式，以當天的時序作為坐標軸建立載客運載能力平滑曲線，縱坐標為與流量相關的載客能力統計值，一段時間內的運載能力的計算即相當于對運載能力平滑曲線的積分計算。
[0046]2.適用于應急自救的候選干道和應急服務提供點快速確定方法GB-ESS
[0047]該方法的實現主要包含2個步驟:I)借助柵格化索引EO-Grid選取事發點周圍指定半徑覆蓋到的所有路段edge和應急服務提供點；2)使用PEBMR-Recovery算法從候選的edge集合中識別和恢復出干道。下面對各個步驟的實現機制進行說明。
[0048]2.1基于EO-Grid的疏散路段候選集選擇
[0049]本發明中我們對的路網構建了柵格化索引。下面給出柵格化索引的定義。
[0050]定義I (針對路段edge和應急點的柵格化索引EO-Grid):針對路段edge和應急服務提供點的柵格化索引可以定義為E0-Grid=〈LT，RB, Set<cell>, hn, vn>，其中LT，RB為索引的路網范圍，LT為路網矩形左上角的GPS坐標，RB為路網矩形右下角的GPS坐標，Set<cell>為索引后的cell集合，hn為橫向(東西向)劃分的cell數目，vn為縱向(南北向)劃分的cell數目。索引對路網的劃分如圖1(a)所示。
[0051]定義2 (索引柵格cell):—個EO-Grid被切分成hnXvn個cell,—個cell可以定義為cell=〈LT，RB, ID, Set〈edge>>，其中LT，RB分別為cell的左上角和右下角GPS坐標，ID為cell的編號,Set〈edge>為落在該cell下的edge集合。cell的表示如圖1 (b)所示。
[0052]給定一個GPS點，柵格化索引為其快速返回以其為圓心指定半徑范圍內的edge候選集和應急服務提供點候選集。下面將重點介紹如何確定落入指定范圍內的cells，然后再確定edge候選集合和應急服務提供點候選集合。
[0053]定義3(應急服務提供點spot): —個應急服務提供點可以定義為spot=<ID, type, GPS, edge〉,其中ID為spot的編號，type為應急服務提供點的類型(如醫院、警察局、加油站等)，GPS為spot所在的GPS坐標，edge為spot所在的路段。
[0054]落入搜索范圍的cells的確定過程:
[0055]1.給定事發點GPS坐標P (lat，Ing)，其中Iat為緯度，Ing為經度。基于EO-Grid索引，在使用Hash存儲索引的情況下，可以在0(1)時間復雜度內定位坐標點所在的cell，記為X。
[0056]2.給定干道的搜索半徑r和應急服務提供點的搜索半徑R (R>r),確定X周圍被半徑r和R掃過的所有cell。我們使用公式(I)來計算每個cell到P的最短距離Dmin(P, cell):
[0057]
【權利要求】
1.一種基于大數據的面向個人的應急引導方法，其步驟包括: 1)用戶在遭遇應急事件時通過客戶端向服務器發送應急救援請求，并通過客戶端的GPS定位服務將用戶所在地的GPS坐標發送至服務器，該用戶所在地的GPS坐標記為P ； 2)服務器接以用戶所在地的GPS坐標點為圓心，搜索一定半徑r內符合條件的干道和半徑R內符合條件的應急服務提供點，其中:半徑r和R允許在一個設定的區間內動態浮動，以確保盡可能的搜索到干道和應急服務提供點；干道指擁有較高屬性等級和較強疏散能力的城市道路；應急服務提供點指的是公共服務設施； 3)對于搜索到的每一條干道MRoad=〈E，V〉，搜索從事發點P步行到MRoad的最短路徑，其中:E是構成主干道的路段集合；V是構成主干道的路段的端點集合；？到11?0&(1的最短路徑指的是P到端點集合V中所有端點的連通路段中路程最短的一條路徑；對于每個應急服務提供點，搜索從每條MRoad上的步行到達點打車如往應急服務提供點的最短路徑； 4)計算每個應急服務提供點對于P的到達成本，然后選擇到達成本最小的應急服務提供點推薦給用戶，返回到達該應急服務提供點的最佳路徑到客戶端；所述到達成本包含h、t2、t3，其中A1是用戶沿規劃的最短路徑步行前往干道所需要的時間；t2是用戶在干道上等車所用的時間；t3是用戶沿規劃的最短路徑從干道乘車前往應急服務點所需要的時間； 5)客戶端接收到服務器返回的疏散路徑，根據該疏散路徑引導用戶到達應急服務提供點。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)所述搜索一定半徑!和R內符合條件的干道和應急服務提供點的方法是: 首先對路網數據建立針對路段的柵格化索引，將每條路段注冊到它經過的所有索引柵格上，當獲得用戶所在地的GPS坐標后，以其為圓心，分別將半徑r和R掃過的所有索引柵格中的路段和應急服務提供點構成候選路段集合和候選應急服務提供點集合； 然后根據路段篩選條件Φ篩選出主干道級別的路段，并利用這些路段恢復出其所屬的主干道；其中主干道的恢復方法是基于相鄰路段同方向偏轉角度Θ的沿拓算法，依據下列步驟識別恢復主干道: a)給定路段候選集合，篩選出符合條件φ的路段； b)給定一個路段，注冊一條主干道MRoad，記為MR，從該路段開始，向首尾兩個方向拓展，直到找不到滿足Θ的新路段為止，將遍歷過的路段注冊到MR; c)對每一條候選路段重復步驟a)和b)的操作，同一主干道上的路段不重復操作。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)所述公共服務設施包括:醫院、公安局、加油站。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)所述從事發點P到主干道MRoad (E, V)的最短路徑的搜索方法是: 首先將事發點P匹配到路網上的某一條路段，然后從路段的首尾端點分別出發，使用Dijkstra算法搜索到端點集合V所有節點的最短連通路徑；然后分別找出兩個方向上到達干道的最短路徑，之后在考慮P點到首尾端點距離的基礎上，選出P點到干道的最短路徑； 假設P所在路段的兩個端點為vs、ve, shortestpath (vl, v2)表示路網上vl點步行到v2點的最短路徑，pathfrom(vs)表示vs點出發到達干道的最短路徑，pathfrom(ve)表示ve點出發到達干道的最短路徑,dis (vl, v2)表示vl, v2點之間的距離,bestpath表示p點到達主干道的最短路徑，則:
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4)度量各個應急服務提供點到達成本的方法是: 4-1)使用用戶從事發點步行前往干道并從干道打車到達應急服務提供點消耗的總時間T (spot)來表征應急服務提供點的到達成本；T (spot)包括三部分時間:引導用戶步行通過最短路徑到達干道的時間，記為h ;用戶在干道上打到車所需要的等待時間，記為t2 ；用戶坐車前往應急點所需要的時間t3 ;其中:已知用戶步行到達某條干道的最短路徑的長度為L1，假設用戶一般的步行速度為S，則:

6.據權利要求5所述的方法，其特征在于，計算干道運載能力的方法是:從海量的交通數據中提煉出各個路段的歷史流量特征，特別是空載流量隨時間變化的趨勢來表征某個時間段干道的運載能力；首先對交通流量數據進行統計分析，考慮“工作日&非工作日”和“周一至周日”兩種方式來對日期類型dx進行歸并統計，將一天劃分成η個等長的時間片It1,…，tn},路網由一系列路段{edge” edge2,…}構成,每條路段由一系列相連的分段seg構成；對于給定的路段edgepSegk和日期類型dx，讀取相關的統計數據，利用線性平滑的方式，計算出各個時間片h上的空載流量,記為eflow(dx, edge」,ti； segk),以此得到segk在日期類型dx下運載能力隨時間變化的平滑曲線，則一段時間內的運載能力相當于對運載能力平滑曲線在這一時間段內做積分；假設用戶到達主干道的時間點為t,，則At時間內的運載能力:
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟5)中客戶端使用移動設備的GPS服務，實時跟蹤用戶行徑路線，一旦用戶偏離預定撤離路線，則將用戶的新位置的GPS坐標提交到服務器，重新規劃最佳疏散撤離路線。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，步驟5)判斷用戶行進路線偏離預定軌跡的方法是:根據客戶端持續跟蹤的用戶GPS位置變化，考慮兩個相鄰近的某兩個位置坐標，記為vUk和Vuk+1，記
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟5)中客戶端根據該疏散路徑通過文字和語音指示的方式持續引導用戶到達疏散目的地。
10.一種采用權利要求1所述方法的基于大數據的面向個人的應急引導系統，其特征在于，包括: 客戶端，用于向服務器發送應急救援請求，并通過GPS定位服務將用戶所在地的GPS坐標發送至服務器，并接收服務器返回的疏散路徑； 服務器，與客戶端建立通信連接，用于響應應急救援請求，計算最佳的疏散路徑并發送至客戶端，包括: 干道和應急服務提供點搜索模塊，用于以用戶所在地的GPS坐標點為圓心，搜索一定半徑r內符合條件的干道和半徑R內符合條件的應急服務提供點，其中:半徑r和R允許在一個設定的區間內動態浮動，以確保盡可能地搜索到干道和應急服務提供點；干道指的是擁有較高屬性等級和較強運載能力的城市道路；應急服務提供點指的是公共服務設施；最短路徑搜索模塊，連接干道和應急服務提供點搜索模塊，用于對于搜索到的每一條干道MRoad=〈E，V〉，搜索從事發點P步行到MRoad的最短路徑，其中:E是構成主干道的路段(edge)集合；V是構成主干道的路段的端點集合；p到MRoad的最短路徑指的是P到端點集合V中所有端點的連通路段中路程最短的一條路徑；對于每個應急服務提供點，搜索從每條MRoad上的步行到達點打車前往應急服務提供點的最短路徑；； 到達成本計算模塊，連接最短路徑搜索模塊，用于計算每個應急服務提供點對于P的到達成本，然后選擇到達成本最小的應急服務提供點推薦給用戶，返回到達該應急服務提供點的最佳路徑到客戶端；所述到達成本包含tl、t2、t3，其中:tl是用戶沿規劃的最短路徑步行前往干道所需要的時間；t2是用戶在干道上等車所用的時間；t3是用戶沿規劃的最短路徑從干道乘車前往應急服務點所需要的時間； 最佳路徑返回模塊，連接到達成本計算模塊，用于根據到達成本計算結果，選擇到達成本最小的應急服務提供點推薦給用戶，并返回到達該應急服務提供點的最佳路徑到客戶端。
【文檔編號】G06F17/30GK103838846SQ201410080897
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月6日 優先權日:2014年3月6日
【發明者】皇甫楊, 高曉偉, 吳加海, 劉奎恩, 李明樹 申請人:中國科學院軟件研究所