[发明专利]公共场所人群疏散仿真方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种公共场所人群疏散仿真方法及系统。

背景技术

真实模拟发生火灾、地震等紧急情况时人群在公共场所逃生的过程 具有十分重要的研究意义，可以帮助公共场所的安全部门预测紧急情况 下，对安全逃生的路径提供有效的规划方案，减少伤亡数量。

目前，比较成熟的公共场所人群疏散算法有：社会力模型、网格模 型、A*算法及相对速度障碍物(ReciprocalVelocityObstacles，RVO) 模型。但是目前的几种方法有如下缺点：

所述社会力模型的理论基础是力学中的牛顿第二定律，它通过求出 两两个体之间的受力情况列出力学方程组来求解每个个体的速度，但是 其计算量较大，在实时运行的环境下效率低。所述网络模型中个体的运 动以网络为单位，或个体运动不灵活，或依赖大量内存空间，并且个体 的运动路径不是真正最优的全局路径，不能体现个体之间的各向异性及 空间的连续性。所述A*算法为启发式算法，其搜索效率很大程度上取 决于评价函数的好坏，搜索效率因环境变化大，不稳定。所述RVO模 型引入了速度障碍物的概念，将复杂的个体疏散问题转化成低维的线性 规划问题，并可以添加动态的障碍物，在大规模人群实时模拟方面，RVO 模型有性能优势，但是RVO模型侧重于解决个体避让问题，缺乏有效 的动态路径规划方法。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种公共场所人群疏散仿真方法及系统。

本发明提供一种公共场所人群疏散仿真方法，该方法包括如下步骤： a.根据需要仿真的场景创建三维虚拟环境，在所述三维虚拟环境中导入 建筑物和要疏散的人群，并设定疏散终点；b.对上述创建的三维虚拟环 境添加物理引擎支持；c.将上述添加物理引擎支持的三维虚拟环境的信 息进行离散化，形成基于道路网络的拓扑结构图；d.根据上述三维虚拟 环境中人群个体的当前位置和疏散终点，利用快速最短路径算法在所述 拓扑结构图上得到每个个体的最短路径；e.所述个体按照上述得到的最 短路径向疏散终点疏散。

其中，该方法还包括：判断所述个体在依照所述最短路径向疏散终 点疏散过程中是否遇到障碍物；如果在疏散过程中遇到障碍物，则采用 相对速度障碍物模型完成个体在遇到障碍物时的避让，而后返回步骤d； 如果在疏散过程中没有遇到障碍物，则每个个体都到达疏散终点。

所述的步骤b包括：采用ODE等物理引擎对创建的三维虚拟环境 添加物理引擎支持，然后设定包括但不限于重力加速度、最大速度、摩 擦系数、每个个体质量的物理条件。

所述的步骤d具体包括：根据人群个体的当前位置和疏散终点，设 置人群的当前位置为V1,V2…，疏散终点为S，并将所述当前位置和疏 散终点加入到上述得到的拓扑结构图中；由Vi点到达S的最短路径记 为D[i]，将所有D[i]初始化为无穷大，D[S]初始化为0；不断尝试减小D 数组的元素，最终将其中每一个元素减小到实际的最短路径。

所述采用相对速度障碍物模型完成个体在遇到障碍物时的避让，具 体包括：根据人物模型在场景的大小得到该模型的包围盒大小，根据包 围盒大小设置每个个体的碰撞半径，假定每个人物疏散时速度为 3m/s～8m/s随机，运动方向都朝疏散终点方向运动，采用相对速度障碍 物模型模拟人群障碍物避让。

本发明还提供一种公共场所人群疏散仿真系统，包括创建模块、添 加模块、离散模块、计算模块、疏散模块，其中：所述创建模块用于根 据需要仿真的场景创建三维虚拟环境，在所述三维虚拟环境中导入建筑 物和要疏散的人群，并设定疏散终点；所述添加模块用于对上述创建的 三维虚拟环境添加物理引擎支持；所述离散模块用于将上述添加物理引 擎支持的三维虚拟环境的信息进行离散化，形成基于道路网络的拓扑结 构图；所述计算模块用于根据上述三维虚拟环境中人群个体的当前位置 和疏散终点，利用快速最短路径算法在所述拓扑结构图上得到每个个体 的最短路径；所述疏散模块用于使所述个体按照上述得到的最短路径向 疏散终点疏散。

其中，该系统还包括：判断模块，用于判断所述个体在依照所述最 短路径向疏散终点疏散过程中是否遇到障碍物；避让模块，用于当疏散 过程中遇到障碍物时，采用相对速度障碍物模型完成个体在遇到障碍物 时的避让。