基于改进Dijkstra算法的煤矿井下应急路径规划研究

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煤矿井下巷道环境复杂多变,当井下发生事故时,合理高效的疏散路径规划可有效提高人员的逃生概率。因此,研究井下应急路径规划对煤矿应急逃生与救援具有十分重要的意义。针对经典Dijkstra算法在运算过程中存在的空间复杂度高,中间节点无序随机存储等问题,提出了一种基于邻接表与二叉排序树的改进Dijkstra算法。该算法使用改进的邻接表替代了原始的连接矩阵,使用距离信息矩阵储存各连接顶点的权值;引入二叉排序树,对中间节点依照权值的大小进行了排序操作。结合矿井下存在的多出口,人群拥挤以及次生灾害等影响路径规划效果的关键因素,在改进的Dijkstra算法基础上提出了标记出口节点、热门节点以及最优逃生节点的应对搜索策略。利用Dijkstra算法的贪婪特性,通过被标记出口节点的回溯操作一次性求解出最优出口节点;利用初次规划结果,筛选标记出热门节点并人为增长热门节点对应巷道当量长度,然后再次运行路径规划,促使人群分散逃生避免拥堵;结合标记出的人员逃生节点状况数据与煤矿安全监控监测实时数据,当次生灾害影响到原逃生节点后,系统提醒矿工切换逃生路径。改进的Dij kstra算法的连接矩阵占用空间降低了 90%,单人次路径规划耗时从经典Dijkstra算法的1.2秒降低到了 0.95秒,单次搜索时间降低了 0.25秒。在多出口的情况下,算法的平均运行时间减少了 18秒,在人员拥堵的仿真模型里人员的平均逃生耗时降低了 15.5%,次生灾害下的最优疏散规划结果切换速度在1分钟左右。仿真结果表明,研究可以满足煤矿井下灾害环境下的多人应急疏散需求,能以较短的总体逃生时间保障人员从煤矿井下安全撤离,具有一定的实用价值。
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