[發明專利]考慮拱效應的緩解密集人群中過度擠壓的仿真方法及系統

在審

• 申請號: 201710018163.6
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106815422A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 劉弘;李梁
• 申請（專利權）人: 山東師范大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明屬于疏散仿真領域，尤其涉及一種考慮拱效應的緩解密集人群中過度擠壓的仿真方法及系統。

背景技術

隨著世界人口的增加，在各種重要公共場聚集的人數也在不斷的增加。過密的人群會影響公共場所的服務質量、增加管理的難度，而且當發生緊急情況時，處于恐慌狀態下的密集行人群體會產生嚴重的擁擠現象，導致人群移動速度的降低，進而造成傷亡事故。因此，有必要對大規模密集人群的運動行為進行研究，找出其中的規律，盡可能的避免或減少意外發生時的損失。由于人群運動的視頻，特別是緊急情況下的視頻往往是非常珍貴且難以獲取的，所以目前在研究行人疏散運動時，主要通過建立人群仿真模型來對處于正常或緊急情況的人群進行仿真。

對疏散行人的仿真研究主要包括正常行人疏散和恐慌擁擠疏散.正常行人疏散研究的內容包括:安全出口數量、位置及系統內部布局對疏散效率的影響等不同因素下的疏散過程.恐慌擁擠疏散研究的主要內容為行人因恐慌擁擠導致移動受影響和發生傷害的情況。

當人群處于危險中時，往往會發生失序行為，從而導致局部甚至大范圍的過度擠壓，這會對人群中個體的人身安全造成嚴重威脅。對于這種潛在的危險，一般有前期疏導和后期處理兩種措施。前期疏導采用合理的路徑策略來保證人群以一種較優的方法從場景中疏散，也可以理解為通過利用場景縱深來避免過密擁擠人群的形成。雖然前期疏導的出發點更明確、效果更明顯，但不可否認的是：在復雜多變的現實環境中，場景與人群的不確定性使得前期疏導不能完全消除過度擠壓的產生。因此，通過適當的后期處理，達到減輕因過度擠壓對行人造成的危險，這種保險措施仍是有必要的。當局部人群形成過度擠壓后，通過社會性質(比如通知新出口的位置，或險情警告)的處理方法在效率與效果上都很難取得理想的結果。因此，采用更基本的物理方法來進行后期處理會取得更明顯的效果。

由于在實際的人群疏散過程中，可能出現的恐慌狀態下密集人群過度積壓的現象，而現有的人群疏散仿真方法中未考慮上述密集人群過度積壓的現象，導致人群疏散仿真模型不準確，這樣不能準確地指導實際的人群疏散。因此，針對可能出現的恐慌狀態下密集人群過度積壓的現象，需要一種考慮人群物理特點的仿真方法，來達到根據密集人群特點，對已形成的過度擠壓情況實現擠壓緩解的目的。

發明內容

為了解決現有技術中有的人群疏散仿真方法中未考慮上述密集人群過度積壓的現象，導致人群疏散仿真模型不準確的問題，本發明的第一目的是提供一種考慮拱效應的緩解密集人群中過度擠壓的仿真方法。該方法考慮密集人群過度積壓的現象，能夠準確仿真人群疏散仿真模型，進而為提供相應緩解人群中過度擠壓的措施來準確地指導實際的人群進行安全疏散。

本發明的一種考慮拱效應的緩解密集人群中過度擠壓的仿真方法，該方法在仿真服務器內完成，包括：

步驟1：構建疏散場景，進而搭建出人群疏散仿真模型，獲取人群在當前疏散場景中的運動數據；所述運動數據包括人群中所有個體的當前位置、速度以及所受合力；

步驟2：根據人群在當前疏散場景中的運動數據，利用合理拱軸線理論計算人群中形成拱效應時受到的外層壓力；其中，人群中形成拱效應時受到的外層壓力等于拱效應的行人粒子所受合力的縱向分力；

步驟3：將求取的人群中形成拱效應時受到的外層壓力代入考慮拱效應的間距公式，獲取障礙物的間距；

步驟4：根據合理拱軸線理論，在當前疏散場景的出口處根據求取的障礙物的間距來布局障礙物，以障礙物作為新的拱腳而構建出新疏散場景，重新執行人群疏散仿真且獲取新疏散場景中的運動數據來驗證新疏散場景對于緩解密集人群中過度擠壓的有效性。

進一步地，在所述步驟1中，人群中所有個體的運動數據由社會力模型決定。利用社會力模型來決定人群中所有個體的運動數據，該運動數據可以作為判斷行人擠壓程度的有效依據。

進一步地，在所述步驟1中，人群中所有個體的初始位置隨機均勻分布在當前疏散場景中。在仿真的初始狀態下，將人群中所有個體的初始位置隨機均勻分布到當前疏散場景中。其中，場景中行人群體的疏散效率與行人在場景中初始位置分布有一定關系，本方法旨在研究密集人群中的擠壓，將行人的初始位置隨機均勻分布到場景中，可以避免因疏散效率差異過大而對人群擠壓程度造成影響，保證實驗結果的可靠性。

進一步地，在所述步驟2中，根據合理拱軸線理論，人群中形成拱效應時受到的外層壓力看作均勻受力，本方法利用考慮拱效應的合理間距設置公式，由于拱效應的一個特性是將作用在拱體上的壓力均勻傳遞到拱腳，因此在計算時可以假定拱效應收到的是均勻壓力。