[發明專利]基于阿諾德情緒模型的人群疏散仿真方法及系統

有效

• 申請號: 201811518679.8
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109740192B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 張桂娟;王夢思;田澤娜;陸佃杰;劉弘
• 申請（專利權）人: 山東師范大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

1.一種基于阿諾德情緒模型的人群疏散仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：初始化場景信息、人群信息和人群中個體的情緒信息；

步驟2：基于阿諾德情緒理論模擬個體情緒產生；

步驟3：模擬個體情緒感染過程；

步驟4：結合個體情緒、個體理性程度和事件類型建立個體行為決策模型；

步驟5：將個體情緒和個體行為決策與人群運動計算相耦合；

初始化個體參數：V^pref、V^max和a^max；其中，V^pref表示期望速度；表示個體的速度懲罰因子，的值與個體的活躍度成反比；V^max表示個體的最大速度；a^max表示個體的最大加速度；

在每個時間步t內，計算個體下一時刻的新速度，并根據個體行為決策結果更新個體的運動方向，重復執行該步驟，直至個體到達目標位置；

步驟6：將人群運動計算結果進行渲染得到人群疏散仿真動畫；

所述場景信息初始化包括：輸入障礙物信息并繪制場景的Roadmap圖；其中，所述Roadmap圖的頂點是場景內的隨機點，邊是連接頂點的邊，保證任意兩個頂點之間的連線不經過任何障礙物；

所述人群信息初始化包括：人群中個體隨機初始化在場景范圍內并避開所有的障礙物；

所述情緒信息初始化包括：將所有個體的情緒分為已感染和未感染兩種狀態；

所述模擬個體情緒產生包括：

初始化事件源位置、事件影響半徑r_d，及個體感知半徑R；

事件發生時，所述事件影響區域內的個體產生個體情緒：

dis_id表示個體i與事件源之間的距離；λ∈[0,1]表示事件調節因子；

模擬個體情緒感染包括：

基于個體與事件源之間的距離和所述個體的感知半徑，量化個體對于外界事件刺激信息的情緒值；

根據個體的感知半徑和周圍其他個體的情緒值，計算個體情緒感染值；

根據個體與事件源之間的距離和疏散人群規模，計算個體情緒衰減值；

結合個體對于外界事件刺激信息的情緒值、個體情緒感染值和個體情緒衰減值，計算個體情緒值；

所述量化個體對于外界事件刺激信息的情緒值計算公式：

其中，dis_id表示個體i與事件源之間的距離，λ∈[0,1]表示事件調節因子，Δt為事件刺激的累積時間，其值與個體情緒強度成正比；

所述個體情緒感染值計算公式：

其中，在個體i感知范圍內的個體數量為num_n_i，dis_ij表示個體i與個體j之間的距離；

所述個體情緒衰減值計算公式：

其中，agentnum表示疏散人群規模；

所述個體情緒值計算公式：

所述個體行為決策模型建立過程如下：

計算個體行為閾值Be_i：

其中，E_i(t)表示個體自身情緒值、Re_i表示個體理性程度，λ表示事件調節因子，δ₁、δ₂表示個體行為類型調節因子；α表示事件類型的權重，β表示個體情緒的權重，γ表示個體理性程度的權重，且α+β+γ＝1；

根據所述行為閾值進行行為決策，規則如下：

規則1：若Be_iδ₁，則個體不受事件的影響，按原計劃運動；

規則2：若δ₁≤Be_i≤δ₂，則個體向事件源靠近；

規則3：若Be_iδ₂，則個體遠離事件源；

所述計算個體下一時刻的新速度包括：

利用個體最大速度V_i^max和個體最大加速度a^max來限制個體的速度，得到在下一時刻的候選速度集合AVⁱ(V_i)：

AVⁱ(V_i)＝{V_i'|||V_i'||V_i^max∩||V_i'-V_i||a^maxΔt}

其中，AVⁱ(V_i)表示下一時刻的候選速度集合；V_i表示個體當前的速度；V_i′表示個體下一時刻的候選速度；a表示個體的加速度；

利用t時刻的情緒值E_i(t)根據更新個體i的期望速度同時保證滿足

利用期望速度在候選速度集合AVⁱ(V_i)中選擇使速度懲罰值penalty_i(V_i′)最小的候選速度，作為下一時刻個體最佳的速度V_t+1；

其中，penalty_i(V′_i)表示個體的速度懲罰值，是個體的速度懲罰因子，tc_i′(V_i′)是個體i與周圍個體的期望碰撞時間，表示期望速度與候選速度V_i′的差值；

所述根據個體行為決策結果更新個體的運動方向包括：

若Be_iδ₁，更新個體i的運動方向d_V_i^pref＝d_i；

若δ₁≤Be_i≤δ₂，更新個體i的運動方向d_V_i^pref＝S_i；若Be_iδ₂，利用情緒值E_i(t)，更新個體i的運動方向

其中，d_i表示個體i當前時刻的期望速度方向，S_i表示個體i指向事件源圓心的方向；和表示個體i與危險區域的兩個切線方向；A表示d_i和之間的夾角，B表示d_i和之間的夾角，C表示和之間的夾角，D表示d_i和S_i之間的夾角。