[發(fā)明專利]基于地理信息的快速人群疏散仿真方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710684884.0
• 申請(qǐng)日: 2017-08-11
• 公開（公告）號(hào): CN107665269B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張桂娟;黃麗君;張成銘;陸佃杰;劉弘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F16/29;G06Q10/04
• 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: 張勇

1.一種基于地理信息的快速人群疏散仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：獲取場(chǎng)景的二維地圖；

步驟2：基于所述二維地圖提取地理信息，重建道路模型和建筑群模型；

步驟2.1：基于所述二維地圖提取道路骨架數(shù)據(jù)，通過在所述道路骨架基礎(chǔ)上添加道路寬度信息，采用向量旋轉(zhuǎn)方法得到每個(gè)構(gòu)成道路的頂點(diǎn)；

將得到的道路兩邊的坐標(biāo)點(diǎn)分別保存到數(shù)據(jù)集合left_edge和right_edge中，將集合left_edge和right_edge中對(duì)應(yīng)于同一條道路的坐標(biāo)點(diǎn)按逆時(shí)針順序組合，得到所有的道路多邊形，實(shí)現(xiàn)道路模型重建；

步驟2.2：采用基于形狀文法的方法生成場(chǎng)景的建筑群模型；

步驟2.3：將道路模型和建筑群模型合并得到場(chǎng)景模型；

步驟3：根據(jù)所述道路骨架數(shù)據(jù)和道路之間的拓?fù)潢P(guān)系，建立路徑語(yǔ)義拓?fù)鋱D；

步驟3.1：將道路骨架數(shù)據(jù)集合中的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行去重預(yù)處理，然后進(jìn)行坐標(biāo)變換，并將坐標(biāo)變換后的坐標(biāo)點(diǎn)作為路徑語(yǔ)義拓?fù)鋱D頂點(diǎn)；

步驟3.2：針對(duì)路徑語(yǔ)義拓?fù)鋱D中的任意兩個(gè)頂點(diǎn)，判斷兩點(diǎn)間距離是否小于r，以及兩點(diǎn)間連線是否經(jīng)過障礙物，當(dāng)且僅當(dāng)距離小于r且不經(jīng)過障礙物時(shí)，將所述兩個(gè)點(diǎn)的連線作為路徑語(yǔ)義拓?fù)鋱D的邊；

步驟4：基于正態(tài)分布的相對(duì)速度障礙法和場(chǎng)景語(yǔ)義進(jìn)行人群運(yùn)動(dòng)計(jì)算；

步驟4.1：根據(jù)公式(1)得到滿足正態(tài)分布的n個(gè)速度值V^pref并分別賦值于n個(gè)個(gè)體；

其中，個(gè)體i的期望速度為V_i^pref，μ_V表示期望速度的均值，σ_V決定了期望速度的分布幅度；

步驟4.2：根據(jù)公式(2)得到運(yùn)動(dòng)個(gè)體下一時(shí)刻所有候選速度的集合V^cand，個(gè)體i的最大速度V_i^max和最大加速度將候選速度控制在一定范圍內(nèi)；

其中，V_i表示個(gè)體i的當(dāng)前速度，表示個(gè)體i的第j個(gè)候選速度，t表示時(shí)間步長(zhǎng)；

步驟4.3：根據(jù)路徑語(yǔ)義拓?fù)鋱D，使用最短路徑算法進(jìn)行路徑規(guī)劃，選擇從個(gè)體當(dāng)前位置到達(dá)最終目標(biāo)點(diǎn)的一條最短路徑，該最短路徑由一系列路徑語(yǔ)義拓?fù)鋱D頂點(diǎn)組成；

步驟4.4：選擇最短路徑上距個(gè)體當(dāng)前位置最近的頂點(diǎn)為下一臨時(shí)目標(biāo)點(diǎn)，在每一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，更新個(gè)體i的期望速度V_i^pref方向?yàn)槌蛳乱粋€(gè)臨時(shí)目標(biāo)點(diǎn)的方向；并根據(jù)公式(3)選擇使得懲罰因子penalty最小的作為個(gè)體i下一時(shí)刻的新速度，

其中，w_i表示權(quán)重，tc′_i(V_i^cand)表示期望碰撞時(shí)間；

步驟5：結(jié)合真實(shí)感渲染技術(shù)，將人群運(yùn)動(dòng)計(jì)算結(jié)果與道路、建筑群模型進(jìn)行渲染得到人群疏散仿真動(dòng)畫。

2.一種基于地理信息的快速人群疏散仿真的計(jì)算機(jī)裝置，包括顯示器、圖形處理器、存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，

基于所述顯示器上的人機(jī)交互界面選擇指定場(chǎng)景的二維地圖；

所述處理器用于執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序：接收?qǐng)鼍暗亩S地圖；

基于所述二維地圖提取道路骨架數(shù)據(jù)，通過在所述道路骨架基礎(chǔ)上添加道路寬度信息，采用向量旋轉(zhuǎn)方法得到每個(gè)構(gòu)成道路的頂點(diǎn)；

將得到的道路兩邊的坐標(biāo)點(diǎn)分別保存到數(shù)據(jù)集合left_edge和right_edge中，將集合left_edge和right_edge中對(duì)應(yīng)于同一條道路的坐標(biāo)點(diǎn)按逆時(shí)針順序組合，得到所有的道路多邊形，實(shí)現(xiàn)道路模型重建；

采用基于形狀文法的方法生成場(chǎng)景的建筑群模型；

將道路模型和建筑群模型合并得到場(chǎng)景模型；

根據(jù)所述道路骨架數(shù)據(jù)和道路之間的拓?fù)潢P(guān)系，建立路徑語(yǔ)義拓?fù)鋱D；

所述建立路徑語(yǔ)義拓?fù)鋱D:

將道路骨架數(shù)據(jù)集合中的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行去重預(yù)處理，然后進(jìn)行坐標(biāo)變換，并將坐標(biāo)變換后的坐標(biāo)點(diǎn)作為路徑語(yǔ)義拓?fù)鋱D頂點(diǎn)；

針對(duì)路徑語(yǔ)義拓?fù)鋱D中的任意兩個(gè)頂點(diǎn)，判斷兩點(diǎn)間距離是否小于r，以及兩點(diǎn)間連線是否經(jīng)過障礙物，當(dāng)且僅當(dāng)距離小于r且不經(jīng)過障礙物時(shí)，將所述兩個(gè)點(diǎn)的連線作為路徑語(yǔ)義拓?fù)鋱D的邊；

基于正態(tài)分布的相對(duì)速度障礙法和場(chǎng)景語(yǔ)義進(jìn)行人群運(yùn)動(dòng)計(jì)算，將所述人群運(yùn)動(dòng)計(jì)算結(jié)果以及所述道路、建筑物模型傳輸至圖形處理器；

所述人群運(yùn)動(dòng)計(jì)算包括：

根據(jù)公式(1)得到滿足正態(tài)分布的n個(gè)速度值V^pref并分別賦值于n個(gè)個(gè)體；

其中，個(gè)體i的期望速度為V_i^pref，μ_V表示期望速度的均值，σ_V決定了期望速度的分布幅度；

根據(jù)公式(2)得到運(yùn)動(dòng)個(gè)體下一時(shí)刻所有候選速度的集合V^cand，個(gè)體i的最大速度V_i^max和最大加速度將候選速度控制在一定范圍內(nèi)；

其中，V_i表示個(gè)體i的當(dāng)前速度，表示個(gè)體i的第j個(gè)候選速度，t表示時(shí)間步長(zhǎng)；

根據(jù)路徑語(yǔ)義拓?fù)鋱D，使用最短路徑算法進(jìn)行路徑規(guī)劃，選擇從個(gè)體當(dāng)前位置到達(dá)最終目標(biāo)點(diǎn)的一條最短路徑，該最短路徑由一系列路徑語(yǔ)義拓?fù)鋱D頂點(diǎn)組成；

選擇最短路徑上距個(gè)體當(dāng)前位置最近的頂點(diǎn)為下一臨時(shí)目標(biāo)點(diǎn)，在每一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，更新個(gè)體i的期望速度V_i^pref方向?yàn)橄乱粋€(gè)臨時(shí)目標(biāo)點(diǎn)的方向；并根據(jù)公式(3)選擇使得懲罰因子penalty最小的作為個(gè)體i下一時(shí)刻的新速度，

其中，w_i表示權(quán)重，tc′_i(V_i^cand)表示期望碰撞時(shí)間；

所述圖形處理器基于真實(shí)感渲染技術(shù)，將人群運(yùn)動(dòng)計(jì)算結(jié)果與道路、建筑群模型進(jìn)行渲染，得到人群疏散仿真動(dòng)畫傳輸至顯示器進(jìn)行顯示。