[发明专利]一种基于社会力模型与A星算法的人群应急疏散模拟方法

权利要求书

1.一种基于社会力模型与A星算法的人群应急疏散模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：A星算法将建模空间划分为网格，识别人员位置与目标位置，设置节点到目标的曼哈顿距离等式，进行路径搜索；

S2：建立社会力模型的基础理论框架；

S3：耦合社会力模型和A星算法。

2.根据权利要求1所述的一种基于社会力模型与A星算法的人群应急疏散模拟方法，其特征在于：在步骤S1中，根据输入的场地参数，创建疏散场景，划分网格并确定人员初始位置。

3.根据权利要求1所述的一种基于社会力模型与A星算法的人群应急疏散模拟方法，其特征在于：在步骤S1中，人员初始位置设置为父节点，周围未被占据的网格设置为待计算子节点；父节点坐标为(x_f,y_f)，子节点坐标为(x_s,y_s)，n为节点，abs()为取绝对值，父节点对角线移动的子节点的移动代价为：

d(n)＝min{abs(x_f-x_s)abs(y_f-y_s)}       (1)

在父节点水平、竖直方向移动的子节点的移动代价为：

s(n)＝abs(x_f-x_s)+abs(y_f-y_s)        (2)

当前节点n₀到下一节点n_i的实际代价计算公式如下：

g(n)＝14d(n)+10s(n)       (3)

当前节点n_i到出口节点g_i的最短估计代价为：

子节点评价函数公式如下：

f(n)＝g(n)+h(n)        (5)

根据公式(1)-(5)计算出求值代价最小的节点，父节点指向求值代价最小节点的方向为社会力模型中的期望方向。

4.根据权利要求1所述的一种基于社会力模型与A星算法的人群应急疏散模拟方法，其特征在于：在步骤S2中，社会力模型描述行人疏散中受到的自我驱动力、社会心理和物理力，自我驱动力、社会心理和物理力的合力使单个行人i产生加速度，其动力学方程如下：

式中，T_i表示反应时间，为行人指向目的地的自我驱动力；f_ij表示人员移动过程中与行人的相互作用力；f_iW表示与障碍物之间的相互作用力；m_i为行人的质量；为行人的期望速度；为行人i移动的期望方向；v_i(t)为行人的实际速度。

5.根据权利要求4所述的一种基于社会力模型与A星算法的人群应急疏散模拟方法，其特征在于：行人间的作用力f_ij的公式如下：

式中，A_i表示排斥力强度，B_i表示产生排斥力的距离，k表示滑动摩擦系数，κ表示身体压缩系数，r_ij是行人i和j的半径之和，d_ij是行人i到行人j的距离；n_ij是行人j指向行人i的单位向量；t_ij是垂直于n_ij的切向单位向量；是行人i和j在t_ij方向上的速度差；exp(x)为高等数学里以自然常数e为底的指数函数；

其中，g(x)为判断函数。

6.根据权利要求4所述的一种基于社会力模型与A星算法的人群应急疏散模拟方法，其特征在于：行人和障碍物间的作用力f_iW的计算公式如下：

式中，n_iW表示由障碍物边缘到行人的标准化向量；t_iW表示行人与障碍物边缘的切线方向；d_iW表示行人到障碍物边缘的距离，v_i表示行人的实际速率。

7.根据权利要求5所述的一种基于社会力模型与A星算法的人群应急疏散模拟方法，其特征在于：行人之间的距离d_ij＝||r_i-r_j||小于半径总和r_ij＝(r_i+r_j)，行人互相接触会产生两种力：k(r_ij-d_ij)n_ij抵消身体压缩，阻碍相对切向运动。