[发明专利]基于行人拥挤度分析的人群疏散路径规划仿真方法

摘要

本发明公开了基于行人拥挤度的人群疏散仿真方法，包括：获取疏散人群数据，确定行人当前约束状态；根据行人当前的约束状态，计算行人的约束力；根据行人所受拥挤约束力，对行人所处的区域进行拥挤评估，并根据评估值计算行人疏散时选择某个疏散路径的概率，将概率最大的M个疏散路径提供给疏散人群，从而实现对人群疏散仿真路径的规划。

主权项

1.基于行人拥挤度的人群疏散仿真方法，其特征是，包括：步骤(1)：获取疏散人群数据，确定行人当前约束状态；将行人的约束状态分为三种情况：情况一：行人的运动只受自身主动力的约束；情况二：行人的运动受自身主动力和行人所处环境的约束力约束，自身主动力大于行人所处环境的约束力；情况三：行人的运动受自身主动力和行人所处环境的约束力约束，自身主动力小于行人所处环境的约束力；步骤(2)：根据行人当前的约束状态，计算行人的约束力；针对情况一，行人的运动只受自身主动力的约束，行人未受到拥挤约束力的影响，因此行人的约束力为0；针对情况二，用基于力学的微观行人运动模型计算行人所受的约束力：通过行人自身的主动力与行人当前的加速度来确定行人所受的约束力；针对情况三，采用基于宏观行人运动模型计算行人所受的约束力：计算疏散人群中行人个体在密度ρ上的广义力来确定行人所受的约束力；步骤(3)：根据行人所受拥挤约束力，对行人所处的区域进行拥挤评估，并根据评估值计算行人疏散时选择某个疏散路径的概率，将概率最大的M个疏散路径提供给疏散人群，从而实现对人群疏散仿真路径的规划；获取疏散人群数据，是指获取目标疏散人群在设定区域的运动数据，所述运动数据包括疏散人群中每名行人的位置和矢量速度；根据每名行人的位置和矢量速度计算行人所处设定区域内区域密度和区域速度场；矢量速度是通过单位时间Δt内的位移来计算的；目标行人的区域密度是以一个以行人为中心的设定正方形区域内的行人个数；行人的区域速度场是由区域内所有行人的矢量速度组成的；情况一的表示形式为：R^*＝F_s，0＜ρ≤ρ_trans；其中，R^*为行人的约束状态，F_s为行人自身主动力，F_s为1.5m_i，m_i为行人质量，设置为60kg；ρ为以行人为中心的设定检测空间内的人群密度，当0＜ρ≤ρ_trans时，行人的运动只受行人自身主动力F_s决定；ρ_trans为设定的密度阈值；情况二的表示形式为：其中，为行人受所处环境的拥挤度对行人的拥挤约束力；当ρ_trans＜ρ≤ρ_crit时，行人的运动受自身主动力F_s和行人受所处环境的拥挤度对行人的拥挤约束力决定，但自身主动力起主导作用；ρ_crit为设定的密度阈值；情况三的表示形式为：其中，ρ_crit＜ρ≤ρ_max时，此时约束力对行人的约束状态起主导作用，ρ_max为最大密度；用基于力学的微观行人运动模型来描述行人的约束力：先计算行人自身重量与加速度乘积，再计算行人自身主动力F_s与所述乘积的差值，将所述差值作为行人的约束力；用基于力学的微观行人运动模型来描述行人的约束力的表示形式为：其中，为行人的加速度，m是行人的质量；基于宏观行人运动模型计算行人所受的约束力的表示形式为：其中，表示行人所受的约束力，β_i表示第i名行人当前运动方向；F_s表示行人自身主动力，A、B和C表示系数常量；ρ表示当前时刻行人区域密度；β_i为行人在人群中自身速度的单位向量，θ表示行人所受拥挤约束力与x轴间的夹角，表示行人自身主动力F_s与x轴间的夹角，对每名行人建立坐标系时，x轴与行人当前实际运动方向平行，行人自身主动力F_s的方向为其加速度的方向；行人所在区域的拥挤值评估函数的表示形式为：其中，k是检测行人所属区域的路径编号；t是疏散时间，目标路径是随疏散的进行而发生改变的；d_k是行人距离路径k的最短路径；是路径k各个指定区域的拥挤程度的评估值；a₁、a₂是权值参数，表明行人对各个因素的关注程度；路径k上指定区域Ω的拥挤程度的评估值为：其中，j是路径k上指定区域Ω内行人的编号；是计算得到的行人的约束力；根据拥挤的评估值计算行人疏散时选择某个疏散路径的概率的表示形式为：其中，P_k为第i条路径被选择的概率，表示前5个评估值最大的路径。