[發明專利]公共場所人群疏散仿真方法及系統

在審

• 申請號: 201410459296.3
• 申請日: 2014-09-09
• 公開（公告）號: CN105468801A
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 楊勝;胡金星;尹凌;王書強;王倩;盧依楓
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 沈祖鋒;郝明琴

技術領域

本發明涉及一種公共場所人群疏散仿真方法及系統。

背景技術

真實模擬發生火災、地震等緊急情況時人群在公共場所逃生的過程 具有十分重要的研究意義，可以幫助公共場所的安全部門預測緊急情況 下，對安全逃生的路徑提供有效的規劃方案，減少傷亡數量。

目前，比較成熟的公共場所人群疏散算法有：社會力模型、網格模 型、A*算法及相對速度障礙物(ReciprocalVelocityObstacles，RVO) 模型。但是目前的幾種方法有如下缺點：

所述社會力模型的理論基礎是力學中的牛頓第二定律，它通過求出 兩兩個體之間的受力情況列出力學方程組來求解每個個體的速度，但是 其計算量較大，在實時運行的環境下效率低。所述網絡模型中個體的運 動以網絡為單位，或個體運動不靈活，或依賴大量內存空間，并且個體 的運動路徑不是真正最優的全局路徑，不能體現個體之間的各向異性及 空間的連續性。所述A*算法為啟發式算法，其搜索效率很大程度上取 決于評價函數的好壞，搜索效率因環境變化大，不穩定。所述RVO模 型引入了速度障礙物的概念，將復雜的個體疏散問題轉化成低維的線性 規劃問題，并可以添加動態的障礙物，在大規模人群實時模擬方面，RVO 模型有性能優勢，但是RVO模型側重于解決個體避讓問題，缺乏有效 的動態路徑規劃方法。

發明內容

有鑒于此，有必要提供一種公共場所人群疏散仿真方法及系統。

本發明提供一種公共場所人群疏散仿真方法，該方法包括如下步驟： a.根據需要仿真的場景創建三維虛擬環境，在所述三維虛擬環境中導入 建筑物和要疏散的人群，并設定疏散終點；b.對上述創建的三維虛擬環 境添加物理引擎支持；c.將上述添加物理引擎支持的三維虛擬環境的信 息進行離散化，形成基于道路網絡的拓撲結構圖；d.根據上述三維虛擬 環境中人群個體的當前位置和疏散終點，利用快速最短路徑算法在所述 拓撲結構圖上得到每個個體的最短路徑；e.所述個體按照上述得到的最 短路徑向疏散終點疏散。

其中，該方法還包括：判斷所述個體在依照所述最短路徑向疏散終 點疏散過程中是否遇到障礙物；如果在疏散過程中遇到障礙物，則采用 相對速度障礙物模型完成個體在遇到障礙物時的避讓，而后返回步驟d； 如果在疏散過程中沒有遇到障礙物，則每個個體都到達疏散終點。

所述的步驟b包括：采用ODE等物理引擎對創建的三維虛擬環境 添加物理引擎支持，然后設定包括但不限于重力加速度、最大速度、摩 擦系數、每個個體質量的物理條件。

所述的步驟d具體包括：根據人群個體的當前位置和疏散終點，設 置人群的當前位置為V1,V2…，疏散終點為S，并將所述當前位置和疏 散終點加入到上述得到的拓撲結構圖中；由Vi點到達S的最短路徑記 為D[i]，將所有D[i]初始化為無窮大，D[S]初始化為0；不斷嘗試減小D 數組的元素，最終將其中每一個元素減小到實際的最短路徑。

所述采用相對速度障礙物模型完成個體在遇到障礙物時的避讓，具 體包括：根據人物模型在場景的大小得到該模型的包圍盒大小，根據包 圍盒大小設置每個個體的碰撞半徑，假定每個人物疏散時速度為 3m/s～8m/s隨機，運動方向都朝疏散終點方向運動，采用相對速度障礙 物模型模擬人群障礙物避讓。

本發明還提供一種公共場所人群疏散仿真系統，包括創建模塊、添 加模塊、離散模塊、計算模塊、疏散模塊，其中：所述創建模塊用于根 據需要仿真的場景創建三維虛擬環境，在所述三維虛擬環境中導入建筑 物和要疏散的人群，并設定疏散終點；所述添加模塊用于對上述創建的 三維虛擬環境添加物理引擎支持；所述離散模塊用于將上述添加物理引 擎支持的三維虛擬環境的信息進行離散化，形成基于道路網絡的拓撲結 構圖；所述計算模塊用于根據上述三維虛擬環境中人群個體的當前位置 和疏散終點，利用快速最短路徑算法在所述拓撲結構圖上得到每個個體 的最短路徑；所述疏散模塊用于使所述個體按照上述得到的最短路徑向 疏散終點疏散。

其中，該系統還包括：判斷模塊，用于判斷所述個體在依照所述最 短路徑向疏散終點疏散過程中是否遇到障礙物；避讓模塊，用于當疏散 過程中遇到障礙物時，采用相對速度障礙物模型完成個體在遇到障礙物 時的避讓。