[發(fā)明專利]一種基于多智能體的井下應(yīng)急撤離虛擬人群仿真方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410056652.7
• 申請日: 2014-02-19
• 公開（公告）號: CN103810741B
• 公開（公告）日: 2016-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡林沁;楊卓;虞繼敏;張建榮;劉彬彬
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號: G06T13/20
• 分類號: G06T13/20;G09B19/00
• 代理公司: 重慶市恒信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實、人工智能、煤礦安全等領(lǐng)域，具體涉及基于多智能體的井下虛擬人群應(yīng)急撤離仿真方法。

背景技術(shù)

煤礦工業(yè)是促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，它直接關(guān)乎國家的經(jīng)濟(jì)命脈，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本保障，與此同時，煤炭工業(yè)又是高危險行業(yè)，據(jù)不完全統(tǒng)計，每年工業(yè)傷亡中六成以上來自煤礦行業(yè)。大量的事故表明在礦難發(fā)生時如果能有效的撤離人群，遇難人數(shù)會得到顯著的控制。

但是由于礦難的發(fā)生具有突發(fā)性、不確定性、涌現(xiàn)性、災(zāi)難性等特點，以及井下特殊的地形，致使當(dāng)?shù)V難發(fā)生時對人群的疏散就顯得相當(dāng)困難。傳統(tǒng)的井下人群緊急疏散培訓(xùn)方法是通過案例分析、進(jìn)行安全培訓(xùn)、模擬礦難訓(xùn)練來完成；但是由于井下環(huán)境的復(fù)雜性，一些救援訓(xùn)練很難模擬真實環(huán)境，且演練本身存在較大風(fēng)險,因此這種方法不易實現(xiàn)，或非常昂貴，很難達(dá)到理想的效果。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展為研究煤礦井下生產(chǎn)復(fù)雜系統(tǒng)提供了新方法，目前在礦井規(guī)劃與虛擬設(shè)計、采礦作業(yè)模擬、虛擬安全培訓(xùn)、風(fēng)險評估、事故模擬等方面得到一定應(yīng)用。然而，對于如何構(gòu)建井下緊急情況的礦工應(yīng)急撤離過程，目前國內(nèi)外尚缺少有效方法。該方面尚沒有相關(guān)專利申請，一些公開發(fā)表的論文也大多著重在虛擬礦井的幾何建模。

另一方面，分布式人工智能中多智能體技術(shù)通過定義個體以及個體間的交互規(guī)則，從而涌現(xiàn)系統(tǒng)全局行為的方法，已廣泛用于問題求解、虛擬環(huán)境、群體機(jī)器人等領(lǐng)域，非常適合對井下虛擬人群的描述。本發(fā)明在此基礎(chǔ)上，有機(jī)結(jié)合人工智能、虛擬現(xiàn)實和煤礦安全技術(shù)，創(chuàng)新地提出了一種基于多智能體技術(shù)的虛擬礦井人群緊急撤離的仿真方法。該方法基于角色理論，仿真井下事故應(yīng)急撤離中，班組長、有經(jīng)驗的礦工、普通礦工、救援者等不同角色礦工的行為與決策能力，能為井下安全事故分析與預(yù)防、礦井安全培訓(xùn)、救援演練提供有效技術(shù)支撐，對提升煤礦安全管理水平、減少礦井安全事故具有重要的現(xiàn)實意義和社會價值。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種模擬礦井真實情況，具有很好的通用性與逼真性的基于多智能體的井下應(yīng)急撤離虛擬人群仿真方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種基于多智能體的井下應(yīng)急撤離虛擬人群仿真方法，其包括以下步驟：

101、建立虛擬礦井緊急撤離仿真模型，包括人群仿真引擎，幾何場景仿真引擎，場景數(shù)據(jù)庫，事件記錄器及人機(jī)交互界面；其中所述人群仿真引擎用于生成多智能礦工群體，將礦工分為若干不同的角色，模擬礦難發(fā)生時不同角色具體反應(yīng)；所述幾何場景仿真引擎用于生成出3D的圖像場景，實現(xiàn)場景的渲染、以及與人物的動態(tài)仿真；所述場景數(shù)據(jù)庫包括幾何場景庫及物理環(huán)境參數(shù)庫；所述事件記錄器用于記錄仿真事故模擬情況，用于進(jìn)一步對礦難的分析，所捕獲的事件也用于與已知事件進(jìn)行比較以獲得撤離方案；所述人機(jī)交互界面用于將計算機(jī)生成的圖像，由3D眼鏡、3D音效設(shè)備處理后生成3D環(huán)境，通過數(shù)據(jù)手套以及頭盔，用戶實時的與虛擬場景進(jìn)行動態(tài)的交互；

102、根據(jù)步驟101建立的虛擬礦井緊急撤離仿真模型，采用面向角色理論進(jìn)行仿真；

A1、在模擬環(huán)境中礦工A正常工作；

A2、礦工A檢查是否有火災(zāi)或煙霧突發(fā)情況，當(dāng)沒有突發(fā)情況則跳轉(zhuǎn)到A1，反之則跳轉(zhuǎn)至步驟A3；

A3、礦工A通知其他礦工到指定點集合，獲取逃跑線路，并判斷道路是否暢通，若道路暢通則跳轉(zhuǎn)到A6,反之跳轉(zhuǎn)到步驟A4；

A4、判斷礦工A是否為領(lǐng)導(dǎo)者，若不是領(lǐng)導(dǎo)者則跳轉(zhuǎn)到A6，反之跳轉(zhuǎn)到步驟A5；

A5、礦工A搜索礦井框架路線，獲得新的逃跑路線，并將路線傳達(dá)給其他礦工；

A6、跟隨領(lǐng)導(dǎo)者，跳轉(zhuǎn)至步驟A7;

A7、判斷所有礦工是否健康，若礦工B身體健康值低于規(guī)定值,則在原地等待救援，反之跳轉(zhuǎn)至步驟A8；

A8、領(lǐng)導(dǎo)者判斷撤離路線環(huán)境是否安全，若不安全則跳轉(zhuǎn)到A4,反之跳轉(zhuǎn)

至步驟A9；

A9、安全完成撤離。

進(jìn)一步的，步驟101中的多智能體礦工包括感知模塊、運(yùn)動模塊、認(rèn)知模塊、行為模塊及內(nèi)部屬性模塊，其中，所述感知模塊獲取虛擬環(huán)境中的各種信息；所述運(yùn)動模塊用于對虛擬礦工的運(yùn)動合成和控制；所述認(rèn)知模塊實現(xiàn)任務(wù)規(guī)劃與路徑規(guī)劃；所述行為模塊用于規(guī)劃一個任務(wù)完成；所述內(nèi)部屬性模塊用于反應(yīng)井下礦工的生理、心理狀態(tài)。