[发明专利]一种基于复合势能场的人群疏散仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形学中的人群仿真领域，更具体地，涉及一种不同规模场景下基于复合势能场的人群疏散仿真系统。

背景技术

随着城市化水平的不断提高，城市内出现了时间性和空间性的人群拥挤。在时间性方面，朝九晚五的上班制度导致了上下班时段公交站、地铁站的人群拥挤；每年的春运导致了年前年初，汽车站、火车站和机场的人群拥挤。在空间性方面，人群主要集中于车站、机场、会展等场所，人数时常超过了其建筑物所允许的人数极限。由于其高人口密度，再加上火灾、地震等特发事件，如有人员不慎跌倒，在恐慌的情绪下极其容易导致踩踏事故的发生。

另外，从城市规划来考虑，步行是一种低碳环保的出行方式。随着大城市的公共交通配套越来越齐全，面对城市机动车交通拥挤的情况，越来越多人选择采用步行-公交的方式出行。然而过往的交通规划是“重车轻人”，甚少考虑人群密集场所的建筑物合理性的设计。因此，如何提高人群密集场所的安全性问题将会变得越来越重要。

近年来，这方面的研究重点包括基于势能场疏散仿真模型。在这类模型中，运动个体类似于在电力场的作用下运动，由目标点的吸引力以及障碍物的排斥力相结合，从而找到一条合适的路径。

但是，在这些仿真模型中忽略了局部最优解对疏散过程的影响，同时人与人之间的距离过小、人行走速度大小不变、个人的运动更新策略等都与现实状况有较大的偏差。

为了合理地规划各种公共设施以及在危急情况及时疏导人流，有必要对人群疏散进行仿真，此外智能城市的构建也是近期的热点，人群仿真也是构建智能城市所必具备的基本条件。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种基于复合势能场的人群疏散仿真系统，是基于复合势能场模型，结合行人的更新策略和对行人速度的控制方法，建立了不同规模场景中在紧急情况下人员疏散的仿真系统。该仿真系统在人群仿真的过程中充分考虑运动个体的路径规划对疏散的影响以及势能场对于解决这一影响因素的作用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于复合势能场的人群疏散仿真系统，构建复合势能场模型；结合行人的更新策略和对行人速度的控制方法，建立不同规模场景中在紧急情况下人群疏散的仿真系统；

所述构建复合势能场模型是通过局部势能场与全局势能场加权平均得到的，具体方式为：

采用狄利克雷边界条件和诺依曼边界条件的线性组合，通过设定不同λ值来找到一个平衡点以生成全局势能场P_W；

P_W=λP_D+(1-λ)P_N；

其中P_D是用狄利克雷边界条件生产的势能场函数，P_N是用诺依曼边界条件生产的势能场函数；λ在实际中根据场景动态调整从而达到一个平衡点，在实验中取值为0.9；

采用局部势能场解决人与人之间的避碰问题，为每个人局部设定一个X*X的视野，每一时刻都对X*X的网格进行与全局势能场相同的求解操作，即采用狄利克雷边界条件和诺依曼边界条件的线性组合，通过设定不同λ值来找到一个平衡点，从而得到局部势能场，其中将人当成障碍物，把X*X网格的边缘当作出口；

设人当前处于某个位置，然后把其当前所处位置的势能值及临界的8个方向的势能值加上1得到局部势能场P_S，以该人所处位置为中心，其前、后、左、右、以及四个斜对角线方向位置的势能值为8个方向；再与全局势能场P_W加权平均就得到复合势能场P_Total：

P_Total=γP_S+(1-γ)P_W；

其中γ为加权系数，在实际中根据场景动态调整从而达到一个平衡点，在实验中取0.01时效果更符合实际效果。

为了使得建立的仿真系统的仿真效果更好，在本发明中首先对势能场模型进行改进，然后结合行人的更新策略以及对行人速度的控制，综合多方面因素，构建仿真模型，然后根据上述仿真模型建立相应的数学模型。