[发明专利]一种室内人群疏散方法及系统

权利要求书

1.一种室内人群疏散方法，其特征在于，该方法包括：

场景模型初始化：首先构建由若干网格组成的元胞空间；然后，建立坐标系，元胞空间中的每个元胞可确定坐标位置，确定每个元胞的状态集，从而初始化出口元胞、障碍物元胞的状态；

行人疏散：首先，元胞的状态更新规则为：每个行人占据一个元胞，元胞状态的改变类比行人的移动，行人在走动的过程中的每一步代表了元胞状态更新的一个时间步；

其次，行人疏散的步骤包括：

S1、计算元胞空间中每个元胞的静态收益；

S2、判断是否所有行人均已到达出口元胞的位置，若存在行人没有到达出口元胞的位置，则基于元胞和行人间的影响因素得到当前行人本身的元胞以及所在元胞的元胞邻域对当前行人的转移收益，选择所述转移收益最大的元胞作为当前行人下一个可能转移的元胞，并确认是否存在多个行人选择同一个元胞的冲突，若存在冲突，则选择累积竞争力最大的行人占据所述转移收益最大的元胞，并更新行人的累积竞争力和元胞的状态，否则，直接更新各个元胞的状态；

S3、循环步骤S2，直到所有行人均到达出口元胞的位置，结束行人疏散；

所述步骤S2中的影响因素包括所述静态收益、元胞空间中每个元胞的行人间的排斥力、行人与障碍物间的排斥力、行人间的摩擦力、行人与障碍物间的摩擦力、行人间的从众行为和行人一步损耗；

路径规划：根据行人的ID以及记录的每个时间步内的位置，实现对每一个行人的路径规划；

在行人疏散开始前，根据每个元胞到所有出口的最小距离计算元胞空间中每个元胞的静态收益S_ij；

步骤61，初始时，将元胞空间中所有元胞对象的静态收益赋值为+∞；

步骤62，将所有代表出口的元胞的静态收益赋值为0，并将这些出口元胞作为第0层元胞；

步骤63，遍历当前层次中的每个元胞作为中心元胞c，它的静态收益为S，计算在它周围的八个方向的空闲元胞的静态收益，若该方向的元胞空闲，若其在中心元胞的上、左、右、下四个直线方向中的一个，则其静态收益S_n为S+1，S_n为当前元胞的第n个邻域元胞的静态收益，若其在中心元胞的左上、左下、右上、右下的四个斜线方向中的一个，其静态收益S_n为S+1.5，若某个元胞有多个元胞对其赋值，则取最小值作为其静态收益；

步骤64，继续对下一层的元胞进行步骤63的计算直到元胞空间中所有元胞都已被计算过静态收益，下一层的元胞为当前层次所有元胞的元胞邻域中的元胞，但是不包括当前层次中的元胞；

对其元胞邻域中每个空闲元胞计算行人与障碍物之间、行人与其他行人之间的摩擦力收益F_ij，具体为：

步骤81，获取行人目前占据的元胞c的坐标与下一个可能转移的元胞c_n的坐标，根据两个坐标计算行人目前的移动方向为d，记为(d_x,d_y)；

步骤82，初始化行人可能碰撞的在其运动方向上的障碍物数量fObstacleNum、可能与行人产生碰撞的正在运动的行人的数量fMovePersonNum、行人可能碰撞的在其运动方向上的静止行人数量fStaticPersonNum均为0；

步骤83，考虑摩擦力时，仅考虑当前元胞邻域中与行人当前运动方向平行的位置的元胞的状态，因此它分为三种情况：情况(a)，当行人下一步想向上或向下运动时，仅考虑其左、右两个邻居元胞的状态，即考虑元胞(i,j-1)和元胞(i,j+1)的状态；情况(b)，当行人想向左或向右运动时，仅考虑其上、下两个邻居元胞的状态，即考虑元胞(i-1,j)和元胞(i+1,j)的状态；情况(c)，当行人往斜线方向的元胞运动时，仅考虑元胞(i+d_x,j)和元胞(i,j+d_y)的状态；

步骤84，遍历要考虑的每个元胞，如果遍历结束转步骤87；否则判断当前遍历到的元胞是否有被障碍物占据，是的话fObstacleNum加1；否则判断当前元胞是否被行人占据，是的话转步骤85；否则转步骤84；

步骤85，计算占据当前元胞的行人的运动方向，若他静止，则fStaticPersonNum加1；否则转步骤86；

步骤86，判断当前行人的运动方向是否与d相反，是的话fMovePersonNum加1，否则转步骤84；

步骤87，根据计算得到的fObstacleNum、fMovePersonNum、fStaticPersonNum计算该元胞的排斥力收益，其公式如下所示：

obstacleF＝fObstacleNum×P_fo

personF＝fStaticPersonNum×P_fs+fMovePersonNum×P_fm

F_ij＝obstacleF+personF

其中，obstacleF为行人与所有可能摩擦的障碍物摩擦引起的摩擦力收益，P_fo为与障碍物摩擦的摩擦概率，personF为行人与所有可能摩擦的行人摩擦引起的摩擦力收益，P_fs为与静止行人摩擦的摩擦概率，P_fm为与运动着的行人摩擦的摩擦概率，F_ij为当前坐标为(i,j)的元胞c的摩擦力收益；

摩擦概率计算公式如下：

P_f＝μv

其中，P_f表示摩擦概率，μ表示摩擦系数，μ∈[0,1]，它表示不同物体摩擦时的摩擦的强度；v表示运动的相对速度；

所述行人疏散步骤中，当前行人的转移收益T_ij，表示为：

T_ij＝α_sS_ij+α_RR_ij+α_FF_ij+α_FLFollow_ij+α_LL_ij

其中，α_s、α_R、α_F、α_FL、α_L分别为各部分收益的权重，S_ij为元胞空间中每个元胞的静态收益，R_ij为行人与障碍物之间以及行人与其他行人之间的排斥力收益，F_ij为行人与障碍物之间以及行人与其他行人之间的摩擦力收益，Follow_ij为行人间的从众行为引起的收益，L_ij为一步损耗的收益，(i,j)为元胞在坐标系下的一维和二维坐标；

所述行人疏散步骤中，一步损耗的收益L_ij为当前元胞的元胞邻域中每个空闲元胞到当前元胞的欧式距离；

所述行人与障碍物之间以及行人与其他行人之间的排斥力收益R_ij的计算步骤包括：

(11)获取行人目前占据的元胞c的坐标与下一个可能转移的元胞c_n的坐标，根据坐标计算行人目前的移动方向为d；

(12)初始化行人可能碰撞的在其运动方向上的障碍物数量rObstacleNum、可能与行人产生碰撞的正在运动的行人的数量rMovePersonNum、行人可能碰撞的在其运动方向上的静止行人数量rStaticPersonNum均为0；

(13)根据占据元胞c的行人目前的移动方向d计算行人可能碰撞的障碍物和静止的行人的元胞坐标为(x_o,y_o)；

(14)遍历元胞c_n的元胞邻域中除了元胞c之外的所有七个元胞，如果遍历结束转步骤(19)；否则判断当前遍历到的元胞是否有被障碍物占据，是的话转步骤(15)；否则判断当前元胞是否被行人占据，是的话转步骤(16)；否则转步骤(14)；

(15)判断当前元胞的坐标是否等于(x_o,y_o)，是的话rObstacleNum加1，否则转步骤(14)；

(16)计算占据当前元胞的行人的运动方向，若他静止，转步骤(17)；否则转步骤(18)；

(17)判断当前元胞坐标是否等于(x_o,y_o)，是的话rStaticPersonNum加1，否则转步骤(14)；

(18)根据行人目前占据的元胞的位置和他的运动方向计算下一时刻他可能占据的元胞的位置(x_p,y_p)，判断(x_p,y_p)是否等于元胞c_n的位置，是的话rMovePersonNum加1，否则转步骤(14)；

(19)根据计算得到的rObstacleNum、rMovePersonNum、rStaticPersonNum计算该元胞的排斥力收益，其公式如下所示：

obstacleR＝rObstacleNum×P_ro

personR＝rStaticPersonNum×P_rs+rMovePersonNum×P_rm

R_ij＝obstacleR+personR

其中，obstacleR为行人可能碰撞的所有障碍物引起的排斥力收益，P_ro为障碍物排斥概率，personR为行人可能碰撞的所有行人引起的排斥力收益，P_rs为静止行人的排斥概率，P_rm为运动着的行人的排斥概率，R_ij为当前坐标为(i,j)的元胞c的排斥力收益。