[發(fā)明專(zhuān)利]基于疏散路徑集合的人群疏散仿真方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710413666.3
• 申請(qǐng)日: 2017-06-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107220447B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉弘;韓延彬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50;G06Q10/04;G06Q50/26
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于疏散路徑集合的人群疏散仿真方法及系統(tǒng)，其中該方法包括提取疏散場(chǎng)景的特征，得到疏散場(chǎng)景的二維模型；基于疏散場(chǎng)景的二維模型以及融合避障策略的社會(huì)力模型，獲取所有可利用的疏散路徑，形成疏散路徑集合；將疏散路徑集合內(nèi)的所有路徑進(jìn)行離散化操作，實(shí)時(shí)計(jì)算人群分布程度以及阻塞程度信息，得到人群中每個(gè)個(gè)體對(duì)疏散路徑集合中所有路徑的評(píng)估值；根據(jù)人群中每個(gè)個(gè)體對(duì)疏散路徑集合中所有路徑的評(píng)估值來(lái)構(gòu)建輪盤(pán)賭，采用基于輪盤(pán)賭的偽隨機(jī)選擇策略和穩(wěn)定因子來(lái)選擇最佳疏散路徑，從而實(shí)現(xiàn)人群疏散過(guò)程的仿真。本發(fā)明仿真?zhèn)€體根據(jù)當(dāng)前疏散環(huán)境實(shí)時(shí)地更改疏散策略，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)事件安全疏散計(jì)劃的科學(xué)指導(dǎo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及人群疏散計(jì)算機(jī)仿真領(lǐng)域，尤其涉及一種基于疏散路徑集合的人群疏散仿真方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

由于各類(lèi)大型集會(huì)逐漸增多，此種情況下可能發(fā)生的擁擠、踩踏等安全事故給國(guó)家和人民帶來(lái)生命和財(cái)產(chǎn)的巨大損失，究其原因主要是因?yàn)楫?dāng)人群密度程度較高時(shí)，個(gè)體流之間出現(xiàn)相互擠壓，相互交織，使得人群處于高度不穩(wěn)定狀態(tài)，而減少此類(lèi)安全事故發(fā)生的必要手段是提前預(yù)警和有效控制。

然而，安全隱患的實(shí)際演練過(guò)程存在很大的局限性，如：復(fù)雜的個(gè)體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致試驗(yàn)過(guò)程無(wú)再現(xiàn)性、演習(xí)人員的安全無(wú)法得到有效的保障等，因此具有安全、重復(fù)、易于改變環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)近年來(lái)逐漸應(yīng)用到個(gè)體疏散理論的科學(xué)研究。利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以方便的獲取在各個(gè)人群規(guī)模，各種環(huán)境下的疏散參數(shù)，便于管理者制定和獲取合適的疏散方案。

如何真實(shí)的仿真?zhèn)€體在緊急疏散過(guò)程中的動(dòng)作行為，尤其是模擬個(gè)體在突發(fā)事件下的恐慌性反應(yīng)，是利用計(jì)算機(jī)仿真人群疏散的核心問(wèn)題。雖然根據(jù)社會(huì)新心理學(xué)的觀點(diǎn)，人群在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)形成跟隨效應(yīng)，鏈?zhǔn)叫?yīng)等自組織現(xiàn)象，但是充分利用疏散環(huán)境的信息，選擇盡可能的脫困路線是最本能的動(dòng)作。疏散過(guò)程中，個(gè)體是依據(jù)實(shí)時(shí)變換場(chǎng)景信息來(lái)決策疏散行為動(dòng)作的。如何模擬個(gè)體從眾多的疏散信息中篩選、甄別，進(jìn)而選擇代價(jià)較小的、收益較高的出口作為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，是仿真?zhèn)€體在緊急情況疏散行為的關(guān)鍵。

從現(xiàn)有的疏散視頻中發(fā)現(xiàn)，在危機(jī)情況下的人群疏散，個(gè)體都是根據(jù)獲取的實(shí)時(shí)疏散信息及時(shí)調(diào)整自己的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(疏散策略)，從而盡快脫離危險(xiǎn)環(huán)境。眾多視頻中行人所表現(xiàn)出來(lái)的不斷修改運(yùn)動(dòng)方向和速度，充分說(shuō)明了在疏散過(guò)程中，行人運(yùn)動(dòng)策略并非一成不變的。而從本質(zhì)上講，行人運(yùn)動(dòng)策略的改變實(shí)際是調(diào)整前一時(shí)刻所選的疏散路徑。所以針對(duì)行人對(duì)路徑選擇的模擬仿真是夠真實(shí)地再現(xiàn)在緊急情況個(gè)體在疏散過(guò)程中的行動(dòng)。社會(huì)力模型是目前人群疏散仿真常用的物理模型。該模型由Dirk Helbing根據(jù)人群行為特征，依據(jù)牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)建立的；該模型通過(guò)計(jì)算個(gè)體運(yùn)動(dòng)時(shí)受到外界的虛擬力，描述個(gè)體運(yùn)動(dòng)的基本動(dòng)機(jī)和環(huán)境對(duì)個(gè)體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的直接影響。社會(huì)力模型中的社會(huì)力是三種作用力的合力，包括：目標(biāo)驅(qū)動(dòng)力、個(gè)體之間的斥力、個(gè)體和障礙物(墻、障礙物、受傷不能行走的人)之間的斥力。社會(huì)力作用于個(gè)體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)加速度，用于驅(qū)動(dòng)個(gè)體朝目標(biāo)方向前進(jìn)。Helbing和Molnar提出社會(huì)力模型僅僅依據(jù)牛頓力學(xué)公式模擬人群行為，雖然能夠很好的重現(xiàn)一些疏散現(xiàn)象，例如：“快即是慢”、“拱形效應(yīng)”等，但是該模型過(guò)度簡(jiǎn)化了個(gè)體的行為，缺少個(gè)體對(duì)環(huán)境的認(rèn)知和分析，因此不能真實(shí)的模擬個(gè)體在緊急疏散過(guò)程中的行為動(dòng)作。

為了能夠真實(shí)的模擬個(gè)體在突發(fā)事件下疏散過(guò)程中的行為動(dòng)作，需要添加個(gè)體對(duì)疏散環(huán)境的認(rèn)知，這種仿真模擬不僅能夠?yàn)榘踩枭⑻峁┖侠淼姆桨福⑶覟榻ㄖY(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，密集人群管理，突發(fā)事件安全疏散計(jì)劃等提供科學(xué)指導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于疏散路徑集合的人群疏散仿真方法，其通過(guò)引入帶有疏散狀態(tài)信息的可使用疏散路徑集合，模擬個(gè)體對(duì)疏散環(huán)境信息的認(rèn)知，進(jìn)而通過(guò)實(shí)時(shí)地選擇疏散路徑，仿真行人在疏散過(guò)程中調(diào)整疏散策略。本發(fā)明主要是通過(guò)仿真疏散過(guò)程，預(yù)演在突發(fā)和恐慌狀態(tài)下，人群疏散過(guò)程中個(gè)體的移動(dòng)過(guò)程，為建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，密集人群管理，突發(fā)事件安全疏散計(jì)劃等提供科學(xué)指導(dǎo)。

本發(fā)明的一種基于疏散路徑集合的人群疏散仿真方法，包括：