[發明專利]一種基于社會力模型的公交乘客上下車行為仿真方法

有效

• 申請號: 201710227212.7
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN107066723B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 季彥婕;高良鵬;章若晨;陳丹丹
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 周蔚然

1.一種基于社會力模型的公交乘客上下車行為仿真方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1、拍攝上下車公交乘客行人流視頻，應用圖像處理技術記錄公交乘客上下車過程中的基本特征，包括：上下車乘客的標號、二維空間坐標、速度、加速度、到站分布規律、上下車時間、購票時間以及公交車的到站分布規律、開關門時間、駛離時間；

步驟2、將仿真場景與車體沿垂直俯視方向向下投影為二維，對整個大場景劃分為多個尺寸為R_s的小正方形網格進行建模，并按照順序給每個網格進行編號，并根據仿真需求的不同賦予仿真場景不同的類，具體場景包括：站臺、檔棚、站牌、道路、車體、候車護欄；

步驟3、記s_i為公交車i在站點的停站時間，對公交車的到站規律進行仿真設置，具體為：

首先，根據各路線第一輛公交車到站時刻序列以及服從類正態分布N(E_n,σ_n²)的公交到站時間間隔序列，生成第j路公交路線上第k輛車到達站點的時間序列，其中n為公交線路的最大數；

其次，基于快速排列算法對生成的j·k個到站時間序列進行排序，輸入數組arr[i]中并賦予序號0到j·k-1；

再次，從序號0開始，比較arr[i]+s_i與arr[i+1]的大?。喝羟罢咝∮诤笳?，則可以判定公交車i和i+1不存在“相遇”情況；反之，則再比較arr[i]+s_i與arr[i+2]：若前者小于后者，則可判定相遇車輛僅為車輛i與車輛i+1，如果前者大于后者，則再重復以上步驟，直到出現arr[i+k]大于arr[i]+s_i為止，則此時k-1輛公交車與公交車i“相遇”；

最后，對于序號為j(j∈[1,j·k-1])的任意公交車，若j-1號公交車與其無“相遇”情況，模型認為?？坑诘谝徊次惶帲环粗Ｐ蛣t認為其?？坑趈-1號公交車占據泊位之后，與j-1公交車之間的最短距離為D_bs；

步驟4、將公交乘客視為一個以R為半徑的圓形主體，根據乘客性質的不同，將乘客分為三類進行建模：上車乘客、下車乘客和車內站立乘客；由于三類乘客的生成、分布和運動規則都各不相同，應對三類乘客的規則進行區分設定；

步驟5、引入乘客鄰域場景搜索算法，即在計算乘客的社會作用力時，只對其四周某個范圍內的區域進行搜索，具體搜索算法如下所示：

首先，確定乘客質點所在的網格編號，根據乘客質點的二維坐標來計算乘客質心處于哪一個網格內：

式中：i表示計算乘客質心所在的網格編號，介于[0,m·n-1]之間；x指乘客質心橫坐標的值；y指乘客質心縱坐標的值；R是乘客感知范圍，取值為5米；L_x為仿真場景的橫向長度；m為網格的橫向個數；

其次，對該乘客質心周圍R范圍內進行搜索，即對編號為i，i+1，i-1，i-m，i-m+1，i-m-1，i+m-1，i+m和i+m+1的共9個網格進行搜索，搜索網格內所有其他乘客和所有障礙物，如果有的話則記錄其所在網格編號與其坐標數據；

最后，用矢量力來表示乘客個體在運動時的真實受力情況，即認為乘客在運動時受到的社會力則包括乘客向著目標前進的自身驅動力，乘客與乘客之間的排斥力，乘客與公交車車體、站牌、座位之間的排斥力以及擁擠情況下乘客之間的擠壓力；

步驟6、引入視野遮擋判定規則，修正公交乘客在運動過程時不被感知而產生的社會作用力，具體規則如下：

首先，確定計算乘客質心的坐標，并計算其所處網格編號i；

其次，基于鄰域搜索算法，對網格i周邊的共9個網格進行搜索，找到距離該乘客質心最近的乘客的質心坐標(x₁,y₁)，并基于快速排列算法，按距離遠近的順序由近到遠對區域內其他乘客質心進行標號，標號范圍為1到n；

然后，循環判斷計算乘客質心與其他搜索乘客質心相連的線段是否與車體線段和座位線段相交，若相交而判定該搜索乘客不在計算乘客的感知視野范圍以內；

再次，根據以下公式計算夾角的大小，判斷其他乘客質心標號2到n是否處于選定最近乘客的遮蔽范圍之內：

若cosβ₁比cosα₁大，則可以說明k號乘客質心在視野中被1號乘客遮擋，在力的計算階段不予以計算；反之，則計算；

最后，重復本步驟的上述過程，對每位乘客進行判定，直至遍歷所有乘客；

步驟7、引入規避碰撞判定規則，使乘客個體能夠在扇區視野區域內搜索對向其他乘客，提前判別對向乘客之間是否有產生碰撞的可能性，若結果為真，則向計算乘客施加一個垂直于速度矢量的作用力從而實現對向乘客的規避行為，具體規則如下：

步驟701、確定計算乘客質心的坐標，并計算其所處網格編號i；

步驟702、對乘客i周邊的共9個網格進行搜索，找到距離該乘客質心最近的乘客的質心坐標，并按距離遠近的順序對區域內其他乘客質心進行標號，標號范圍為1到n；

步驟703、利用速度矢量的夾角判斷兩個乘客的行進方向是否相向，若夾角為直角或鈍角即可判斷為相向運動，進入下一步的計算；

步驟704、判斷乘客是否在計算乘客的視野范圍內，若在視野范圍內則進入下一步的計算，其中視野范圍指乘客雙眼120度視角的扇形區域；

步驟705、判斷乘客是否有相撞的可能：判斷計算乘客速度矢量與乘客質心連線的夾角是否小于臨界夾角φ；若小于臨界角φ，即可判斷乘客有相互碰撞的可能，進入下一步的計算步驟；

步驟706、計算乘客規避力且力的方向垂直于計算乘客速度矢量：

式中：α₂是乘客i速度矢量與乘客j質心連線的夾角；β₂是ij質心連線與過乘客i質心和乘客j粒子切點直線的夾角。