[发明专利]一种基于元胞自动机的人员疏散模拟方法

摘要

本发明公开提供一种基于元胞自动机的人员疏散模拟方法，将整个房间离散化为有限个大小均等的元胞，建立与实际场景相似的二维元胞自动机数学模型；开始一个时间步骤的移动后；在同一时间步骤内进行多次不同起点、不同顺序的遍历；每个人员在移动前都需进行两次判定：首先每个人员在一个时间步骤内最多移动一次，在前面的遍历中已经移动过的人员在该时间步骤不再移动，其次在移动前进行随机停止机制判定，用于模拟疏散过程中意外情况的发生；对于四邻域中有空置元胞能进行移动的人员，根据距离场值与前方拥挤程度确定人员移动方向；当所有人员都已撤离后，输出疏散用时。本发明能够更真实地模拟人员在该类特定场景中的疏散过程。

主权项

1.一种基于元胞自动机的人员疏散模拟方法，该方法针对狭窄复杂房间的人员疏散，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，设置模型参数；步骤2，初始化疏散场景；步骤3，计算场景的距离场D_static；该步骤中计算每个元胞的距离场；步骤4，放置人员；该步骤中，一个元胞最多只能放置一人；步骤5，人员开始移动；在一个时间步骤内，一个人员按照步骤6的要求最多移动一个元胞；步骤6，根据出口在房间内的位置以及大部分通道的朝向，从不同的起点按照不同的顺序对所有元胞进行b次遍历；遍历次数根据出口数量与位置决定，遍历顺序与大部分通道的走向一致；步骤7，在该时间步骤的之前遍历中已移动的人员，在本次时间步骤中不再进行移动；步骤8，随机停止机制判定，模拟意外的发生；对步骤7中找到的每个人员，在移动前，先进行一次随机停止机制判定，即所有人都有μ的概率在当前遍历中不移动而停留在原地，用来模拟疏散过程中人员由于各种因素而导致的停滞，被判定为原地不动的人员，结束该人员在当前遍历中的移动；步骤9，判断各移动方向的可行性；对步骤8中通过判定没有停留在原地的人员进行移动方向的选择，有前、后、左、右和原地不动五种选择；步骤10，根据到出口的距离与前方拥挤程度确定人员移动方向；对步骤9中找到的没有被占据的邻域与原位置，根据其对应邻域元胞的D_static(id)以及对应于不同出口在该步骤时间的拥挤程度中较小的一个值，通过公式计算得到每个邻域元胞在考虑前方拥挤程度的情况下，到出口的距离值P_Time(id)，对得出的各个P_Time(id)值进行比较，选择P_Time(id)值最小的元胞作为该人员在该时间步骤的移动选择，若存在多个P_Time(id)值最小且相等，则等概率地从中随机选择一个对应元胞作为该人员在当前时间步骤的移动选择；步骤11，判断该人员是否已经离开房间；在步骤10确定了移动方向后，若此时该人员已经处于出口所在元胞，则认为该人员已经逃离房间，令Population＝Population‑1；步骤12，判断对于该时间步骤是否还需要进行下一次遍历；当遍历完所有元胞后，令b＝b‑1，若此时b＝0，则结束该次时间步骤的移动，进入步骤13；若此时b≠0，则返回步骤6；步骤13，完成了一个时间步骤内所有人员的移动后，疏散时间Time＝Time+1；Time的初始值为0；步骤14，判断是否所有人都已疏散；若仍有人停留在房间内，即Population≠0，则重复步骤5～14；若人员已完全疏散，即Population＝0，则进入步骤15；步骤15，输出疏散用时Time。