[發(fā)明專利]一種基于多載體智能引導(dǎo)的人群疏散方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010401446.0
• 申請(qǐng)日: 2020-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN111767789A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周敏;董海榮;劉佳麗;袁志明;王飛躍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G06K9/62;G06Q10/04;G06Q50/26;G06N20/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 黃曉軍

1.一種基于多載體智能引導(dǎo)的人群疏散方法，包括基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的領(lǐng)導(dǎo)者疏散路徑規(guī)劃、基于疏散標(biāo)識(shí)和領(lǐng)導(dǎo)者的協(xié)同引導(dǎo)策略、仿真測(cè)試驗(yàn)證。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多載體智能引導(dǎo)的人群疏散方法，其特征在于，所述基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的領(lǐng)導(dǎo)者疏散路徑規(guī)劃具體包括以下步驟：

步驟一：行人位置坐標(biāo)提取；將車站真實(shí)視頻以幀為單位進(jìn)行視頻處理，采用視頻檢測(cè)跟蹤算法，提取每一幀行人位置坐標(biāo)，根據(jù)時(shí)間序列，表示出每個(gè)行人到達(dá)出口位置的運(yùn)動(dòng)路徑；

步驟二：行人分組初始化；采用K-Means聚類算法，對(duì)視頻中行人進(jìn)行初始化分組；

步驟三：組內(nèi)運(yùn)動(dòng)路徑歸一化；計(jì)算小組內(nèi)各行人運(yùn)動(dòng)路徑的加權(quán)平均作為小組共同運(yùn)動(dòng)路徑；

步驟四：基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的領(lǐng)導(dǎo)者路徑規(guī)劃；采用Q-learning算法，通過智能體與環(huán)境的交互，根據(jù)環(huán)境狀態(tài)和上一步學(xué)習(xí)的回報(bào)值，修改狀態(tài)到動(dòng)作的映射策略，使得行為從環(huán)境中獲取最大的累計(jì)回報(bào)值，最終獲得一個(gè)最優(yōu)的運(yùn)動(dòng)策略，即領(lǐng)導(dǎo)者最優(yōu)運(yùn)動(dòng)路徑。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多載體智能引導(dǎo)的人群疏散方法，其特征在于，所述基于疏散標(biāo)識(shí)和領(lǐng)導(dǎo)者的協(xié)同引導(dǎo)策略，是以基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的領(lǐng)導(dǎo)者疏散路徑規(guī)劃為基礎(chǔ)，具體包括以下步驟：

步驟一：定義疏散標(biāo)識(shí)以及領(lǐng)導(dǎo)者導(dǎo)航力模型；實(shí)際的地鐵站內(nèi)疏散引導(dǎo)標(biāo)識(shí)大多設(shè)置于墻壁等表面，其引導(dǎo)能力與被引導(dǎo)對(duì)象的距離和觀察角度有密切關(guān)系；同樣的，考慮與被引導(dǎo)者的距離，對(duì)領(lǐng)導(dǎo)者導(dǎo)航能力建模，假設(shè)領(lǐng)導(dǎo)者的作用范圍為一個(gè)圓形；

步驟二：定義行人疏散需求模型；行人由于對(duì)疏散環(huán)境的不熟悉，無法準(zhǔn)確獲知安全快速的疏散路徑，需要在領(lǐng)導(dǎo)者的帶領(lǐng)下尋找安全出口；一般的，行人總是根據(jù)所在位置以一定的概率選擇跟隨與自己距離最近的領(lǐng)導(dǎo)者運(yùn)動(dòng)到出口位置；

步驟三：定義領(lǐng)導(dǎo)者和跟隨者的動(dòng)力學(xué)模型；領(lǐng)導(dǎo)者根據(jù)所述基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法規(guī)劃的疏散路徑運(yùn)動(dòng)，每一時(shí)間步的運(yùn)動(dòng)方向已知，由此修改領(lǐng)導(dǎo)者動(dòng)力學(xué)公式；跟隨者在領(lǐng)導(dǎo)者作用下，跟隨領(lǐng)導(dǎo)者運(yùn)動(dòng)疏散，由此修改跟隨者動(dòng)力學(xué)公式；

步驟四：設(shè)計(jì)總體優(yōu)化目標(biāo)；在疏散標(biāo)識(shí)和領(lǐng)導(dǎo)者共同參與引導(dǎo)的協(xié)同關(guān)系中，根據(jù)導(dǎo)航力劃分主次；領(lǐng)導(dǎo)者為主作為帶領(lǐng)行人到達(dá)指定出口的主要引導(dǎo)手段，疏散標(biāo)識(shí)為輔協(xié)助行人找到領(lǐng)導(dǎo)者并且標(biāo)識(shí)可以為領(lǐng)導(dǎo)者提供運(yùn)動(dòng)方向的二次確認(rèn)；考慮標(biāo)識(shí)和人力成本、總體疏散時(shí)間以及未成功疏散懲罰項(xiàng)三個(gè)部分，優(yōu)化疏散標(biāo)識(shí)和領(lǐng)導(dǎo)者的位置、數(shù)量；采用分步求解的方法，首先根據(jù)最大覆蓋模型優(yōu)化疏散標(biāo)識(shí)的位置和數(shù)量，其次領(lǐng)導(dǎo)者數(shù)量由人群疏散需求決定，結(jié)合疏散標(biāo)識(shí)的位置和數(shù)量，綜合考慮總體優(yōu)化目標(biāo)，求解可行解。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多載體智能引導(dǎo)的人群疏散方法，其特征在于，所述仿真測(cè)試驗(yàn)證主要對(duì)乘客智能引導(dǎo)策略進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和有效性評(píng)估；具體包括以下步驟：在軟件搭建實(shí)際車站物理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的乘客智能引導(dǎo)仿真測(cè)試平臺(tái)；設(shè)計(jì)虛擬疏散場(chǎng)景，利用智能引導(dǎo)策略生成模塊產(chǎn)生對(duì)應(yīng)疏散路徑、疏散標(biāo)識(shí)和領(lǐng)導(dǎo)者的引導(dǎo)配置策略，對(duì)乘客、疏散設(shè)備、環(huán)境和事件等進(jìn)行建模；通過仿真實(shí)驗(yàn)預(yù)演各種疏散場(chǎng)景下智能引導(dǎo)策略的疏散效果，并將仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)反饋，從而實(shí)現(xiàn)智能引導(dǎo)策略生成方法的改進(jìn)和優(yōu)化。