1. 摘要

北京上方山地区道路规划较为单一，在不同的场景下的路径规划和选择比较依赖当地专家的经验知识。本文旨在针对北京上方山地区，基于GIS技术，选取上方山国家森林公园这一区域（下面简称上方山区域/上方山地区）作为研究区。依据该地区现有交通网络和空间分析，提取出上方山地区的综合交通网络并形成拓扑网络，并针对4种实际应用场景建立了4种网络分析模型，依据每一条道路的宽度、坡度、通行速度等各项参数，得到不同场景下的最优路径，并对其进行可视化展示。针对不同的场景设计不同的路径规划模型显著提高了传统道路选线方法的科学性和时效性，具备一定的参考价值。

2. 研究背景及目标

山区是地形复杂且灾害意外多发的地区，且路况也更加复杂。不论是人员还是车辆，在山区行进时都很容易遇到GPS信号不稳定的情况进而无法动态的对路径进行寻优，或者在山区保护与管理的日常事物时，需要提前规划每一位管理员的巡逻路线，以降低管理成本等……因此针对事前进行静态路径规划有着大量的需求。传统的道路选线过分依赖于路径设计专家的经验与知识，难以获得统一的科学决策方案且时效性较差的问题，现代更加常见的是基于路径规划算法结合计算机技术快捷的得到满足实际需求的道路。现有的路径规划算法主要有静态路径规划方法和动态路径寻优。静态路径规划方法与交通网结构密切相关，与实时交通状况无关，常应用于工程规划、地理信息系统、军事、电气网络等领域；动态路径寻优算法与实时交通状况有着密切的关系，根据实时交通，规划出成本最低的路径，涉及领域包括行车路径规划、物流运送、交通旅游等。上方山地区主要地形为山地，地形起伏大，GPS信号往往并不稳定，缺乏实时交通流数据，针对的是事先路径规划，因此只在静态路径规划方法基础上寻求时间的最短寻优。其内部交通并不发达，多为一侧是山体，另一侧为沟壑的山间小径。在受到时间限制的一些场景如景区管理、救援救灾、物资配送、人群疏散、军事行动等场景下，如路径选择不当都容易在途中耗费更多的时间成本乃至物质成本，因此利用现有发展技术提前选取和规划合理的疏散与救灾路径可以缩短人员的路程及消耗时间、或使群众尽快安全撤离、救灾人员尽快到达受灾区域等等，这对于上方山地区的发展和管理有着十分积极的意义。研究以整个上方山国家森林公园为研究区域，对基于GIS成本路径的道路规划进行研究。综合考虑了坡度、坡向、高程、起伏度等地形因素，在原有交通网络的基础上提取出了一些潜在的道路丰富了上方山地区的路网，基于Dijkstra最短路径算法和网络流算法与GIS技术相结合的方式建模，对各影响因素指标层进行综合分析，得到最终选线结果，并对该结果进行了可视化展示和分析评价。

3. 国内外路径规划算法研究现状及研究意义

当前，国内外对路径规划问题的研究已经有了很多富有成效的工作，并在经济社会发展中有了广泛的应用。在路径规划算法方面，研究较多的有 Dijkstra 算法、A*算法、蚁群算法、遗传算法、粒子群算法、人工势场法等，其应用范围广泛，在物流、电网、移动机器人等各个领域都开展了很多路径规划方面的相关研究。但是，在自然灾害领域的救灾路径方面的研究相对而言还比较少，没有形成比较系统的理论体系，依然处于前期探索阶段。