[发明专利]一种基于多智能体的井下应急撤离虚拟人群仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟现实、人工智能、煤矿安全等领域，具体涉及基于多智能体的井下虚拟人群应急撤离仿真方法。

背景技术

煤矿工业是促进我国经济发展的重要基础产业，它直接关乎国家的经济命脉，是经济发展的基本保障，与此同时，煤炭工业又是高危险行业，据不完全统计，每年工业伤亡中六成以上来自煤矿行业。大量的事故表明在矿难发生时如果能有效的撤离人群，遇难人数会得到显著的控制。

但是由于矿难的发生具有突发性、不确定性、涌现性、灾难性等特点，以及井下特殊的地形，致使当矿难发生时对人群的疏散就显得相当困难。传统的井下人群紧急疏散培训方法是通过案例分析、进行安全培训、模拟矿难训练来完成；但是由于井下环境的复杂性，一些救援训练很难模拟真实环境，且演练本身存在较大风险,因此这种方法不易实现，或非常昂贵，很难达到理想的效果。

虚拟现实技术的发展为研究煤矿井下生产复杂系统提供了新方法，目前在矿井规划与虚拟设计、采矿作业模拟、虚拟安全培训、风险评估、事故模拟等方面得到一定应用。然而，对于如何构建井下紧急情况的矿工应急撤离过程，目前国内外尚缺少有效方法。该方面尚没有相关专利申请，一些公开发表的论文也大多着重在虚拟矿井的几何建模。

另一方面，分布式人工智能中多智能体技术通过定义个体以及个体间的交互规则，从而涌现系统全局行为的方法，已广泛用于问题求解、虚拟环境、群体机器人等领域，非常适合对井下虚拟人群的描述。本发明在此基础上，有机结合人工智能、虚拟现实和煤矿安全技术，创新地提出了一种基于多智能体技术的虚拟矿井人群紧急撤离的仿真方法。该方法基于角色理论，仿真井下事故应急撤离中，班组长、有经验的矿工、普通矿工、救援者等不同角色矿工的行为与决策能力，能为井下安全事故分析与预防、矿井安全培训、救援演练提供有效技术支撑，对提升煤矿安全管理水平、减少矿井安全事故具有重要的现实意义和社会价值。

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种模拟矿井真实情况，具有很好的通用性与逼真性的基于多智能体的井下应急撤离虚拟人群仿真方法。本发明的技术方案如下：一种基于多智能体的井下应急撤离虚拟人群仿真方法，其包括以下步骤：

101、建立虚拟矿井紧急撤离仿真模型，包括人群仿真引擎，几何场景仿真引擎，场景数据库，事件记录器及人机交互界面；其中所述人群仿真引擎用于生成多智能矿工群体，将矿工分为若干不同的角色，模拟矿难发生时不同角色具体反应；所述几何场景仿真引擎用于生成出3D的图像场景，实现场景的渲染、以及与人物的动态仿真；所述场景数据库包括几何场景库及物理环境参数库；所述事件记录器用于记录仿真事故模拟情况，用于进一步对矿难的分析，所捕获的事件也用于与已知事件进行比较以获得撤离方案；所述人机交互界面用于将计算机生成的图像，由3D眼镜、3D音效设备处理后生成3D环境，通过数据手套以及头盔，用户实时的与虚拟场景进行动态的交互；

102、根据步骤101建立的虚拟矿井紧急撤离仿真模型，采用面向角色理论进行仿真；

A1、在模拟环境中矿工A正常工作；

A2、矿工A检查是否有火灾或烟雾突发情况，当没有突发情况则跳转到A1，反之则跳转至步骤A3；

A3、矿工A通知其他矿工到指定点集合，获取逃跑线路，并判断道路是否畅通，若道路畅通则跳转到A6,反之跳转到步骤A4；

A4、判断矿工A是否为领导者，若不是领导者则跳转到A6，反之跳转到步骤A5；

A5、矿工A搜索矿井框架路线，获得新的逃跑路线，并将路线传达给其他矿工；

A6、跟随领导者，跳转至步骤A7;

A7、判断所有矿工是否健康，若矿工B身体健康值低于规定值,则在原地等待救援，反之跳转至步骤A8；

A8、领导者判断撤离路线环境是否安全，若不安全则跳转到A4,反之跳转

至步骤A9；

A9、安全完成撤离。

进一步的，步骤101中的多智能体矿工包括感知模块、运动模块、认知模块、行为模块及内部属性模块，其中，所述感知模块获取虚拟环境中的各种信息；所述运动模块用于对虚拟矿工的运动合成和控制；所述认知模块实现任务规划与路径规划；所述行为模块用于规划一个任务完成；所述内部属性模块用于反应井下矿工的生理、心理状态。