[發(fā)明專利]基于行人擁擠度分析的人群疏散路徑規(guī)劃仿真方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811380035.7
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109190325B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉弘;李梁;韓延彬
• 申請（專利權(quán)）人: 山東師范大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

1.基于行人擁擠度的人群疏散仿真方法，其特征是，包括：

步驟(1)：獲取疏散人群數(shù)據(jù)，確定行人當前約束狀態(tài)；

將行人的約束狀態(tài)分為三種情況：

情況一：行人的運動只受自身主動力的約束；

情況二：行人的運動受自身主動力和行人所處環(huán)境的約束力約束，自身主動力大于行人所處環(huán)境的約束力；

情況三：行人的運動受自身主動力和行人所處環(huán)境的約束力約束，自身主動力小于行人所處環(huán)境的約束力；

步驟(2)：根據(jù)行人當前的約束狀態(tài)，計算行人的約束力；

針對情況一，行人的運動只受自身主動力的約束，行人未受到擁擠約束力的影響，因此行人的約束力為0；

針對情況二，用基于力學(xué)的微觀行人運動模型計算行人所受的約束力：通過行人自身的主動力與行人當前的加速度來確定行人所受的約束力；

針對情況三，采用基于宏觀行人運動模型計算行人所受的約束力：計算疏散人群中行人個體在密度ρ上的廣義力來確定行人所受的約束力；

步驟(3)：根據(jù)行人所受擁擠約束力，對行人所處的區(qū)域進行擁擠評估，并根據(jù)評估值計算行人疏散時選擇某個疏散路徑的概率，將概率最大的M個疏散路徑提供給疏散人群，從而實現(xiàn)對人群疏散仿真路徑的規(guī)劃；

獲取疏散人群數(shù)據(jù)，是指獲取目標疏散人群在設(shè)定區(qū)域的運動數(shù)據(jù)，所述運動數(shù)據(jù)包括疏散人群中每名行人的位置和矢量速度；根據(jù)每名行人的位置和矢量速度計算行人所處設(shè)定區(qū)域內(nèi)區(qū)域密度和區(qū)域速度場；矢量速度是通過單位時間Δt內(nèi)的位移來計算的；目標行人的區(qū)域密度是以一個以行人為中心的設(shè)定正方形區(qū)域內(nèi)的行人個數(shù)；行人的區(qū)域速度場是由區(qū)域內(nèi)所有行人的矢量速度組成的；

情況一的表示形式為：

R^*＝F_s，0＜ρ≤ρ_trans；

其中，R^*為行人的約束狀態(tài)，F(xiàn)_s為行人自身主動力，F(xiàn)_s為1.5m_i，m_i為行人質(zhì)量，設(shè)置為60kg；ρ為以行人為中心的設(shè)定檢測空間內(nèi)的人群密度，當0＜ρ≤ρ_trans時，行人的運動只受行人自身主動力F_s決定；ρ_trans為設(shè)定的密度閾值；

情況二的表示形式為：

其中，為行人受所處環(huán)境的擁擠度對行人的擁擠約束力；當ρ_trans＜ρ≤ρ_crit時，行人的運動受自身主動力F_s和行人受所處環(huán)境的擁擠度對行人的擁擠約束力決定，但自身主動力起主導(dǎo)作用；ρ_crit為設(shè)定的密度閾值；

情況三的表示形式為：

其中，ρ_crit＜ρ≤ρ_max時，此時約束力對行人的約束狀態(tài)起主導(dǎo)作用，ρ_max為最大密度；

用基于力學(xué)的微觀行人運動模型來描述行人的約束力：先計算行人自身重量與加速度乘積，再計算行人自身主動力F_s與所述乘積的差值，將所述差值作為行人的約束力；

用基于力學(xué)的微觀行人運動模型來描述行人的約束力的表示形式為：

其中，為行人的加速度，m是行人的質(zhì)量；

基于宏觀行人運動模型計算行人所受的約束力的表示形式為：

其中，表示行人所受的約束力，β_i表示第i名行人當前運動方向；F_s表示行人自身主動力，A、B和C表示系數(shù)常量；ρ表示當前時刻行人區(qū)域密度；β_i為行人在人群中自身速度的單位向量，θ表示行人所受擁擠約束力與x軸間的夾角，表示行人自身主動力F_s與x軸間的夾角，對每名行人建立坐標系時，x軸與行人當前實際運動方向平行，行人自身主動力F_s的方向為其加速度的方向；

行人所在區(qū)域的擁擠值評估函數(shù)的表示形式為：

其中，k是檢測行人所屬區(qū)域的路徑編號；t是疏散時間，目標路徑是隨疏散的進行而發(fā)生改變的；d_k是行人距離路徑k的最短路徑；是路徑k各個指定區(qū)域的擁擠程度的評估值；a₁、a₂是權(quán)值參數(shù)，表明行人對各個因素的關(guān)注程度；

路徑k上指定區(qū)域Ω的擁擠程度的評估值為：

其中，j是路徑k上指定區(qū)域Ω內(nèi)行人的編號；是計算得到的行人的約束力；

根據(jù)擁擠的評估值計算行人疏散時選擇某個疏散路徑的概率的表示形式為：

其中，P_k為第i條路徑被選擇的概率，表示前5個評估值最大的路徑。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，計算行人所受的約束力時，考慮因素包括：

(1)當人群密度較大時，行人受到多個方向的接觸力，行人的約束力是所有接觸力的疊加，而計算行人的運動狀態(tài)時，不同方向的接觸力存在相互抵消的現(xiàn)象；

(2)當人群密度較大時，行人間的擁擠是群體間壓力傳遞造成的。