[发明专利]基于群体效应的应急人群疏散仿真方法及系统

权利要求书

1.基于群体效应的应急人群疏散仿真方法，其特征是，包括：

步骤(1)：在Unity3D场景下搭建场景模型和个体模型；

步骤(2)：创建场景与个体之间的交互关系，创建个体与个体之间的交互关系，生成应急场景，具体为：

在Unity3D场景中，创建空对象GameObject，将空对象GameObject更名为Manager，创建危险事件，并添加危险事件发生的控制脚本；

控制危险事件的发生或结束，危险事件发生三分钟后报警打开，报警一分钟后广播打开，通知人群危险事件发生的类型和地点，指导群众撤离；

假设环境中有N个人，每个个体模型i用固定大小的粒子表示，i＝1,2,3,…,N；个体的位置x_i∈R²，速度v_i∈R²，把个体视为半径为r_i，质量为m_i的圆；

为每个个体添加混合速度、碰撞约束、碰撞预测、避免碰撞模型以及最大速度或加速度限制；

所述混合速度是指：

其中，设α＝0.0385；表示个体i的混合速度，表示个体i的当前速度，表示个体i的初始速度，α表示基于密度的常数因子；

所述碰撞约束，是指：

C(x_i,x_j)＝||x_i-x_j||-(r_i+r_j)    (2)，

其中，C(x_i,x_j)表示个体间的距离，x_i表示个体i的位置，x_j表示个体j的位置，r_i表示个体i的体积半径，r_j表示个体j的体积半径；如果C(x_i,x_j)大于等于零，则表示两个个体之间不能相互碰撞；

所述碰撞预测，是指：

c＝||x_i-x_j||²-(r_i+r_j)²   (6)，

其中，τ表示碰撞时间，a表示速率的平方，b表示速率与个体距离的乘积，c表示个体间的相隔距离，表示下一时间间隔个体i的位置，表示下一时间间隔个体j的位置，x_i表示个体i的位置，x_j表示个体j的位置，r_i表示个体i的体积半径，r_j表示个体j的体积半径，Δt表示时间间隔；

所述避免碰撞模型，是指：

将d分解为接触法线和切向分量如下：

d_t＝(d·e)e    (11)，

d_s＝d-d_t    (12)，

其中

其中，d表示相对总位移，表示个体i碰撞处的位置，表示个体i在碰撞前倒数第一个时间间隔点的位置，表示个体j碰撞处的位置，表示个体j在碰撞前倒数第一个时间间隔点的位置，d_t表示接触法线分量，d_s表示接触切向分量；

设时间间隔Δt＝1/48秒，个体的视野范围为3米，出口处的人群最大流量设置为1.37p/m/s；

步骤(3)：在应急场景中，实现基于群体效应的应急人群疏散仿真，具体为：步骤(31)：在Unity3D环境下启动控制危险事件对象；

步骤(32)：危险发生后，每个个体获得危险信号，利用寻路控制脚本搜索去往最近出口的最短路径，同时把危险信号传递给设定距离范围内的周围个体，周围每个个体接收信息，获取自身位置，规划疏散路径；

具体包括：步骤(321)：假设从时刻n到时刻n+1；利用时间间隔Δt将时刻n到时刻n+1划分为若干个时间段；

定义个体i的位置为和个体j的位置为假设个体i的初始速度个体j的初始速度根据和计算混合速度根据和计算混合速度

α表示基于密度的常数因子；

在n+Δt时间点，个体i的预测位置为：

在n+Δt时间点，个体j的预测位置为：

计算确切的碰撞时间τ：

估计碰撞时间因此，

得到个体i在碰撞前倒数第一个时间间隔点的位置为：

得到个体j在碰撞前倒数第一个时间间隔点的位置为：

在下一时间间隔Δt，个体i和个体j在和处碰撞，定义因此，个体碰撞之后的位置为：

步骤(322)：给个体i和个体j使用碰撞约束：

C(x_i,x_j)＝||x_i-x_j||-(r_i+r_j)    (2)，

C(x_i,y_i)表示个体i和个体j使用碰撞约束；

解决个体i和个体j在位置和处的碰撞；

步骤(323)：计算从时间到的个体间的相对位移d；

步骤(324)：将相对位移d分解为接触法线分量d_t和接触切向分量d_s；

d_t＝(d·e)e    (11)，

d_s＝d-d_t    (12)，

其中，

步骤(325)：接触切向分量d_s被分配给和根据得到的接触切向分量d_s，计算n+1时刻的个体位置x'_i和x'_j；

n+1时刻的个体位置x'_i和x'_j为：

步骤(326)：计算个体i的n+1时刻的速度

当速度大于最大设定阈值时，令等于最大设定阈值，更新n+1时刻个体i的位置，当速度小于等于最大设定阈值时，保持速度不变；

计算个体j的n+1时刻的速度

当速度大于最大设定阈值时，令等于最大设定阈值，更新n+1时刻个体j的位置，当速度小于等于最大设定阈值时，保持速度不变；

重复步骤(321)到步骤(326)，直到人群离开危险区域，到达安全出口；

步骤(33)：在摄像机下观察场景中个体的移动情况，均到达指定安全位置后，结束应急人群疏散仿真。