一种基于有向图优化的景区内部微循环决策方法

本发明主要涉及景区内游览路径规划相关，具体是一种基于有向图优化的景区内部微循环决策方法。

背景技术：

1、随着社会经济的高速发展，景区内部高密度人群的聚集活动不断增加，在这种情况下，游客的安全性以及游览体验感引起了越来越多的学者关注。通过分析景区景点布局、景区道路信息、行人运动特征，规划游客游览路线，提高景区空间利用率和游客游览效率，进一步优化景区旅游旺季的安全管理措施，已经成为当下研究的一大热点。针对景区内部结构复杂，游客行为存在各种差异，景区管理难度大，部分游客游览的安全性意识差以及效率难以保证等问题，景区管理人员可以通过对历史数据测算，在景区局部地区实施微循环策略，合理规划道路通行比例，优化游客游览路线等方式对上述的问题进行改善。

2、目前，各大景区已经开始探索最佳的游览路线，力求给游客推荐一条省时省力的游览路线，但较少关注景点在旅游旺季由密集游客带来的安保压力。而常见的“控制人流量，错峰入园”等措施，减少了游客的入园游玩时间，不利于提高游客二次消费，降低了游客的体验感。其次景点部分区域游客密度过高，而其他区域人群稀疏，也势必导致景区接待游客效率降低，其拥堵区域有可能存在安全隐患，发生危险情况，影响游客的游览的体验感，严重时甚至危及游客生命。

技术实现思路

1、为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种基于有向图优化的景区内部微循环决策方法，该方法将以景区结构布局的有向拓扑图为研究对象，在考虑路段宽度和长度对游客选路影响的基础上，通过优化随机生成一组景区内部道路的双向通行比率，结合上述道路信息，通过计算得到各个路段的游览代价，利用有限广度优先搜索策略，找出景区游览的部分较优和次优路线，通过对景区游客观光虚拟仿真以及采用景区通行路段的承载力和道路人群密度均衡性两个指标来评估微循环策略的有效性，以期望通过调整路段双向通行比率来获取最佳的微循环策略，提升景区管理的智能性，提高游客游览的效率和安全性。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种基于有向图优化的景区内部微循环决策方法，包括如下步骤：

4、步骤1：依据景区结构布局平面图构造景区拓扑图，设置拓扑图顶点，并标注景区内顶点之间路段的宽度和长度；

5、步骤2：依据通行道路的宽度和长度对游客游览体验感的影响，构造路段舒适度，舒适度值越大表示该道路越吸引游客选择通过；

6、步骤3：设置景区道路的双向游客通行比率，并结合路段的舒适度，构造景点之间的语义距离，生成景区双向带权拓扑结构图，其中语义距离越大代表游客在游览过程中选择该道路浏览景区付出的代价越大；

7、步骤4：采用有限广度优先搜索策略，对景区带权拓扑结构图进行搜索，生成微循环策略拓扑图，微循环策略图为保留前述有限广度优先搜索策略后采用的所有路径，并记录每个路段在各路线中出现的次数；

8、步骤5：利用rvo构建游客游览景点虚拟仿真平台，依据有限广度优先搜索策略产生的旅游路线的代价值，利用代价值构造轮盘赌为每个行人随机分配旅游路线，进行游客游览仿真；

9、步骤6：游客游览仿真持续一段时间后，计算道路承载力和道路人群密度均衡性两个评估指标，并分析当前道路状况；

10、步骤7：当道路承载力和道路人群密度均衡性指标不符合标准时，调整当前路段和与当前路段相关的上下游路段的通行比率来优化微循环的设计，直到相邻时刻承载力和人群密度均衡性方差符合条件时，停止优化，认为此时的微循环策略即为最佳策略。

11、进一步，步骤1具体包括：

12、步骤1.1：实地考察景区结构布局，画出景区结构布局平面图；

13、步骤1.2：测量考察路段的具体长度和宽度，并记录这些数据；

14、步骤1.3：分析景区结构布局图，构造景区双向通行拓扑图，该拓扑图可表示为5元组:<si,sj,cij,pij,gij>，其中si,sj分别为通行路段的起始和结束顶点，顶点集合用sp表示，即si∈sp,sj∈sp,cij表示两点之间的连通性，其值为0或者1，为1时代表两点有路段直接相连，否则其值为0，pij为si到sj的通行比率，pij∈[0,1]，gij代表由点si和点sj构成路段的舒适度，其值越大，代表越舒适，游客选择该路段游览的概率越大；

15、其中拓扑图顶点设置规则如下：

16、景区内所有的十字路口和丁字路口设置为拓扑图点，用来指引行人运动。

17、进一步，步骤2具体包括：

18、根据景区实际的宽度和长度，利用如下公式来计算景区路段舒适度，公式如下：

19、

20、其中，gij为路段sij的舒适度，wij和lij分别代表路段sij的宽度和长度。

21、进一步，步骤3具体包括：

22、步骤3.1：根据景区拓扑结构图，随机生成顶点si,sj之间的通行比率值pij，pji；

23、步骤3.2：基于路段舒适度和景区道路双向游客通行比率，构造顶点之间的语义距离，路段sij语义距离dij的计算公式如下

24、

25、其中，dij代表点si以及点sj之间的语义距离，pij代表点si以及点sj之间的通行比率，gij代表考虑到路段宽度和长度时路段的舒适度。

26、进一步，步骤3.1中，通行比率值设置的规则如下：

27、(1)如果点si以及点sj可由路段直接相连，则cij＝1，随机生成[0,1]内的任意值a，作为其中一个方向的通行比率，即pij＝a，而反向通行比率pji为1-a；

28、(2)如果点si以及点sj没有路段直接相连，即cij＝0，则pij＝pji＝0；

29、(3)拓扑图中点si与点si双向通行比率设置为0，即pii＝0，该规则表明在微循环状态下，游客不能连续反复游览同一景点。

30、进一步，步骤4具体包括：

31、步骤4.1：根据步骤3所得的路径语义距离，设计有限广度优先搜索策略来对景区拓扑结构图进行遍历，找出当前微循环方案下的部分较优或次优路线为游客游览路线提供候选方案生成游览策略树；

32、步骤4.2：依据步骤4.1产生的游览策略树，提取可供行人选择的可行的游览路线集合s，从根节点到叶子节点的所有路段序列都可认为是潜在的行人游览路线；

33、步骤4.3：在搜索过程中，记录各个可行路线的游览代价值并且统计出各个路段在候选路线中出现的次数，用于后续对游客进行管理。

34、进一步，步骤4.1中，有限广度优先搜索策略在搜索过程中，采取规则限定某些节点的进一步扩展，规则如下：

35、<1>终止点限定：除初始节点外，广度搜索过程中扩展的节点为初始节点时，该节点将不再进一步扩展；

36、<2>重复点限定：在搜索过程中，如果待扩展节点所在路线中存在某一顶点重复次数超过预定阈值，则该节点禁止扩展；

37、<3>代价值限定：在搜索过程中，如果待扩展节点所在路线所有路段语义距离之和超过预定阈值，则该节点禁止扩展；

38、步骤4.2中，对于潜在的行人游览路线，满足如下条件的路线，才被认为可行的游览路线：

39、<1>提取路线的终点都必须跟初始节点重合；

40、<2>提取路线必须包含景区所有景点。

41、进一步，步骤5具体包括：

42、步骤5.1：利用rvo模型构建游客游览景点虚拟仿真平台，仿真行人按预定的游览路线运动的过程；

43、步骤5.2：在仿真过程中游客的大小和速度具有一定的随机性，用来反映异质人群的存在；

44、步骤5.3：如果游览中存在群组，则将群组视为一个整体，游览速度为群组移动速度。

45、步骤5.4：根据步骤4中得到各个路线的代价值，构造轮盘赌，随机推送给行人，行人将依据所推送的路线进行游览运动。

46、进一步，步骤6中，道路承载力计算公示如下：

47、

48、其中，pij表示点si到sj的通行比率，pji表示点sj到si的通行比率，saij代表点si到sj之间的面积，nij代表点si到sj区间的行人数目，是点si到sj运动行人的平均速度，是点sj到si运动行人的平均速度，pij、pji是系统优化的目标，不同的值代表了不同的微循环策略；

49、saij的计算公式如下：

50、saij＝lij×wij(4)

51、上述lij表示点si到sj之间路径长度，wij表示点si到sj之间的宽度；

52、nij计算公式如下：

53、

54、上述公式中的pdn为行人的位置，pdn∈sij表示行人在当前路段中，nd为整个过程中行人总数，δ(x)函数表达式如下：

55、

56、该公式表示，当行人在研究路段上时，当x即行人在路段sij上时，δ(x)记为1，路段sij上行人数量加1，否则，δ(x)记为0，路段sij上行人数量不变；

57、道路人群密度均衡性的计算公式如下：

58、

59、在上述公式中，n表示划分的路段数，ds表示在整个研究道路上行人的密度，

60、

61、进一步，步骤7中，通行比率调整公式如下：

62、

63、其中pij为点si到sj方向的通行比率，dij为si到sj方向的人群密度，dji为sj到si方向的人群密度；

64、通过计算得到的道路人群密度均衡性，对于人群分布较稀疏的路段，采取放大上游路段进入该路段的通行比率，减少下游路段中离开该路段的通行比率，最终通过计算承载力和道路人群密度均衡性方差，给出优化截止条件。

65、本发明的有益效果：

66、(1)本发明将具体的景区作为研究对象，将景区结构布局表示为加权有向图的形式，为以后景区景点道路的研究提供了参考依据。

67、(2)本发明使用有限广度优先搜索策略，找出所有的路径候选方案，为后续在各种情况下寻找最优路线提供了参考依据。

68、(3)本发明提出了双向道路通行比例的概念，并分析提出了不同的双向通行比率对游客游览效率的影响，提出了景区人群管理可以采用调整双向通行比率这一方法。

69、(4)本发明考虑到游客选择游览路线具有一定的随机性，通过利用路线游览代价值构造轮盘赌来体现游客选路随机性这一特点。

70、(5)本发明提供了一系列景区人群游览状况评估的指标，为景区道路状况的评估、后续双向通行比率的调整提供了参考依据。

71、(6)本发明依据道路状况评估结果，提出了一系列道路拥挤管理方案，为景区人群管理提供了指南。

72、通过本发明所提供的方法能够构造出一个基于有向图优化的景区内部微循环系统，该系统的使用可以有效地提高游客的游览效率及游览的体验感，为景区管理提供参考。