[發明專利]一種考慮行人運動統計特性的人群行為仿真方法

有效

• 申請號: 202010046567.8
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111274688B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 王煒;王玉杰;屠雨;陳坦
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐紅梅

本發明提出了一種考慮行人運動統計特性的人群行為仿真方法，包括獲取行人的轉移概率密度函數與局部密度的關系的方法和基于轉移概率密度函數的行人運動仿真的方法。該方法基于行人運動真實數據，獲取行人轉移概率密度函數與局部密度的關系，根據行人當前所處局部區域的人群聚集情況，給出行人轉移到臨近區域內任意點的概率，進而判定行人在每一步長的運動情況，完成行人仿真。該方法充分考慮了行人運動過程中的隨機效應，能夠根據行人聚集情況復現合理的行人轉移概率，提高模型仿真精度。并且該方法計算量小，易于編程實現，可以快速分析行人流量較大的通行區域，具有較強可移植性和復用性，能夠快速便捷的評價行人設施的安全性和效率水平。

技術領域

本發明涉及慢行交通仿真領域，特別是涉及一種考慮行人運動統計特性的人群行為仿真方法。

背景技術

城市交通系統是保障國民經濟和社會發展的先決條件和重要載體，對人民生活的改善和促進國防現代化建設具有不可替代的作用。我國城市的特點是人口眾多，城鎮人口密度大，在經濟水平高速發展的當下，居民出行交通總量連續多年保持高速增長。其中步行交通是一種最基本的交通模式，在交通方式中占有較大比重。對行人行為進行研究可以幫助我們了解人群的動態演變，并改善建筑物內和街道上的行人設施的設計，諸如地鐵站中的走道、道路交叉口上的人行橫道和大型建筑物的緊急出口等。在對特定行人設施進行服務水平和安全水平的研究時，進行實地勘測實驗或者疏散演練等方法往往成本高昂且耗時耗力，且對于部分在建的設施難以進行此類實驗。而國際上越來越多的學者和工程師開始嘗試將仿真模型應用于交通設施的設計優化等，此法己被廣為接受和認可。通過計算機對人群行為進行仿真的技術已成功應用于人體導航分析、行人設施評估和人群動態分析等領域。仿真技術可以復現行人在特定場景下的集群行為，為高精度分析行人行為提供了一種靈活的方法，能夠快速便捷的評價行人設施的安全性和效率水平。

目前行人仿真模型可以基于研究尺度分為宏觀模型和微觀模型。宏觀模型多采用流體力學的方法刻畫大規模人流的運動，使用偏微分方程來描述密度和速度隨著時間的變化，但是宏觀模型忽視了行人個體間的差異性，難以再現行人流中的各類自組織現象。微觀模型從行人個體角度出發，對行人與其它行人、行人與環境間的影響進行建模，可以較好的刻畫行人的運動狀態，進而反應人群的演化。

格子氣模型(Lattice?Gas?Model,LGM)是元胞自動機模型的一種特殊形式。它具有易于實現，編程難度低，計算量小等特點，在1999年Nagatani提出后此模型后廣受關注。然而，目前用于行人仿真的格子氣模型都采用固定的轉移概率來模擬行人的位置移動，而轉移概率的取值多是基于經驗的，未經過實測數據的驗證，而且行人運動時的隨機效應并沒有很好的體現出來。申請人通過對真實行人運動數據的分析和研究，發現了行人運動的統計特性與局部密度間的規律，提出考慮行人運動統計的人群行為仿真方法，為行人微觀仿真提供了一種切實可行的新方案。基于行人運動真實數據獲取不同局部密度下的行人轉移概率，完成行人位置更新。這一方法繼承了格子氣模型易于實現計算量小的優點，同時解決格子氣模型中行人轉移概率與現實偏差較大的問題，提高行人仿真精確度。

發明內容

發明目的：為解決現有技術存在的問題，本發明提供一種考慮行人運動統計特性的人群行為仿真方法，該方法能夠根據行人聚集情況復現合理的行人轉移概率，提高模型仿真精度。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

一種考慮行人運動統計特性的人群行為仿真方法，包括以下步驟：

(1)獲取行人的轉移概率密度函數與局部密度的關系；首先設定行人局部密度計算方法，然后處理真實行人運動數據，分析不同行人局部密度下的轉移步長，進而求解行人的轉移概率密度函數具體表達形式，最后擬合轉移概率密度函數的參數與局部密度的函數關系；