[發(fā)明專利]基于擴(kuò)展BDI模型的人群疏散仿真方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710031043.6
• 申請日: 2007-10-25
• 公開（公告）號: CN101145213A
• 公開（公告）日: 2008-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 紀(jì)慶革;朱泳婷
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: G06N3/00
• 分類號: G06N3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機(jī)圖形學(xué)中的人群仿真，尤其是基于擴(kuò)展BDI模型建立的公共場所中在緊急狀況下(如火災(zāi))人員疏散的仿真模型及其系統(tǒng)實現(xiàn)。

背景技術(shù)

隨著社會經(jīng)濟(jì)以及城市的發(fā)展，大型建筑，如摩天大樓、體育場館、車站、碼頭和機(jī)場等大量涌現(xiàn)。在這些場所，通常有大量的人員出入或逗留。怎樣將建筑物中的大量人員安全、快速疏散，不僅是建筑物設(shè)計時必須認(rèn)真考慮和研究的問題，也是已有建筑進(jìn)行緊急情況應(yīng)對預(yù)案的重要研究課題。在這方面的研究中，通過計算機(jī)的仿真模擬，檢驗設(shè)計方案或應(yīng)對預(yù)案，是比較經(jīng)濟(jì)可行的手段。

一旦發(fā)生緊急事件，在人群疏散時，對環(huán)境的熟悉程度及其恐慌程度是影響疏散的有序與速度的重要因素，因為在緊急的環(huán)境下，人會高度恐慌以及感到不舒適，無組織的疏散會導(dǎo)致?lián)頂D或發(fā)生踩踏事件而造成人員傷亡，造成悲劇發(fā)生。

近年來，這方面研究的重點是基于智能體技術(shù)(Agent)的疏散仿真模型。在這類模型中，不預(yù)先設(shè)定人群的行為規(guī)律，而是將建模的落腳點放在單個的人上。用“智能體”(智能體)表示單個的人。通過將大量代表個人的智能體放在虛擬的建筑物空間中，研究它們的總體行為，就可以模擬出真實狀況下人群的行為。

細(xì)胞自動機(jī)(Cellular?Automata)最初是由計算機(jī)之父馮·諾依曼(John?Von?Neumann)于20世紀(jì)40年代開始研究的，并且由致促成了自我復(fù)制自動機(jī)的發(fā)展。

細(xì)胞自動機(jī)是一種自生的機(jī)器。細(xì)胞自動機(jī)是由一些特定規(guī)則的格子組成，可以是二維的矩形數(shù)組，還可以是三維的長方體網(wǎng)絡(luò)。我們可以將每個格子看成是一個細(xì)胞，而每個細(xì)胞都會具有一些狀態(tài)，但在某一個時刻中每一個細(xì)胞只可能處于一種狀態(tài).在引入了離散的時間變化后，用細(xì)胞自動機(jī)可以表現(xiàn)一個動態(tài)的過程——每個細(xì)胞的狀態(tài)在一個時間步長內(nèi)都是不變且確定的，這可以由該細(xì)胞的上一個狀態(tài)、周圍細(xì)胞的狀態(tài)，然后根據(jù)一定的狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則計算出來，這里的周圍細(xì)胞的多少就是由半徑r決定的(見附圖1)。因此，當(dāng)我們設(shè)計好細(xì)胞自動機(jī)中各個細(xì)胞的初始狀態(tài)后，它們便可按照所設(shè)定的，相同的規(guī)則進(jìn)行演化。

但是，在這些仿真模型中都忽略了人掌握的信息和人的主觀意志對疏散過程的影響，個人被設(shè)定為擁有完美的信息和完全的理性，這與現(xiàn)實狀況有較大偏差。

在一般情況下，模擬人的行為是十分困難的，但并不是不可能，其中一個比較普通的辦法就是設(shè)計一個可以模擬人的性格的智能體，這樣的智能體運(yùn)作于一個場景中，并且是自主地運(yùn)行，它們是自治的，協(xié)作的，有學(xué)習(xí)能力的，能適應(yīng)的；并且有社會能力，反應(yīng)能力以及前趨性。自治意味著智能體運(yùn)動可以不進(jìn)行直接，持續(xù)的監(jiān)督。

隨著研究水平的提高，對人的精神層面的不確定性方面研究給予了更多的重視，主要體現(xiàn)在在智能體技術(shù)的基礎(chǔ)上，把智能體(智能體)定位為有意識系統(tǒng)，目前比較成熟的智能體認(rèn)知結(jié)構(gòu)是由Rao和Georgef提出的BDI(belief，desire，intention)模型，一個BDI智能體的精神狀況表現(xiàn)在二個方面：信念(beliefs)，由智能體對環(huán)境的熟悉程度決定；期望(desires)，表現(xiàn)出智能體要做出的事件；意圖(intentions)，是智能體對期望的表達(dá)與目的。

BDI模型體現(xiàn)出以下的優(yōu)勢：

——它來源于心理學(xué)，很容易能使人表達(dá)出其合理性以及適當(dāng)?shù)男袨椋?/p>

——它是一個成熟的模型，已經(jīng)使用于多個軟件系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明基于擴(kuò)展BDI模型，以及利用細(xì)胞自動機(jī)與多智能體技術(shù)，建立了公共場所中在緊急狀況下(如火災(zāi))人員疏散的仿真系統(tǒng)。在人群仿真的過程中充分考慮人員的心理狀態(tài)對疏散的影響，BDI(Belief-Desire-Intentlon)體系結(jié)構(gòu)對這些精神層面的因素給予了一定的支撐，其應(yīng)用于對環(huán)境信息不完整的人群仿真，更與現(xiàn)實符合。

要建立仿真系統(tǒng)，首先對BDI模型進(jìn)行擴(kuò)展，然后利用細(xì)胞自動機(jī)與多智能體技術(shù)構(gòu)建仿真模型與個人行為原則，然后根據(jù)上述仿真模型和個人行為原則建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，最后對在對煙霧的擴(kuò)散和碰撞檢測予以考慮就可以了。

具體實施方式

(一)細(xì)胞自動機(jī)與多智能體技術(shù)的應(yīng)用

(1)細(xì)胞自動機(jī)

傳統(tǒng)的細(xì)胞自動機(jī)理論中，一個網(wǎng)格內(nèi)可以容納多個智能體，當(dāng)智能體數(shù)目多于某個值時，從中按一定規(guī)則選出一個智能體隨機(jī)移向鄰接的網(wǎng)格中。當(dāng)智能體是人時，這個規(guī)則往往是優(yōu)先級即心理狀態(tài)最差的人離開。其前提是應(yīng)用細(xì)胞自動機(jī)的環(huán)境具有特點——不考慮障礙，智能體可到達(dá)環(huán)境中的每一個地方。