本發(fā)明涉及行人流特征研究領域，特別是一種考慮疏散引導的室內(nèi)多出口行人流仿真方法。
背景技術：
：復雜情況下大型集會的突發(fā)事件可能造成擁擠踩踏事故，疏散場所內(nèi)的行人個體往往會因不熟悉環(huán)境而找不到最佳的逃生方向。通過行人流疏散模型來評價突發(fā)事件發(fā)生時集會疏散能力并提供有效的疏散策略是行人流領域的研究重點。行人流特征的研究主要由行人微觀行為特征和宏觀群體特征兩方面組成。行人微觀行為特征研究主要是針對行人個體行為及其影響因素進行分析研究，例如分析行人的行人恐懼度、行人慢啟動效應、超越行為、羊群效應、團體行為效應等。行人流宏觀行為特征研究主要是針對行人群體行為及其評價進行分析研究，分析研究行人群體擁擠機理以及群集行為特性等。目前，典型的行人流疏散模型包括元胞自動機模型、格子氣模型、社會力模型、流體動力模型等。其中，元胞自動機作為一種能模擬行人個體行為并能呈現(xiàn)行人微觀特征及宏觀行為的離散模型，已經(jīng)被廣泛地應用于行人流仿真研究中，對于減少室內(nèi)行人疏散擁堵現(xiàn)象，避免發(fā)生行人踩踏事故，完善集會突發(fā)情況下快速疏散的基礎理論及其應用水平均具有重要作用。Schultz結合路徑查找算法及摩擦效應，利用元胞自動機模擬了機場旅客疏散情況；永貴等通過改進的層次域元胞自動機模型進行了行人疏散問題的研究，考慮了多種逃生受阻因素，并利用正菱形網(wǎng)格避免行人與墻壁的碰撞；陳亮等詳細闡述了行人之間排斥力、路徑通行能力等因素的影響，深入研究了行人疏散過程中的路徑選擇行為。然而上述基于元胞自動機的行人仿真研究中，都沒有關注引導作用對行人疏散過程的影響。而在考慮緊急情況下行人的心理行為及相互作用的條件下,引導人員可有效提高公共場所的疏散效率，是大型集會疏散方案中必不可少的一部分。因此，有必要將引導人員的引導作用引入仿真模型，構建考慮多出口疏散引導情況的行人流仿真模型，量化多出口疏散場景中的引導作用力，以更為綜合地考察室內(nèi)環(huán)境行人流運動演化，更好地揭示多出口引導疏散場景中行人流的內(nèi)在規(guī)律。技術實現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種考慮疏散引導的室內(nèi)多出口行人流仿真方法，完善現(xiàn)有基于元胞自動機的行人流疏散模型，揭示多出口引導疏散場景中行人流疏散效果與引導作用之間的內(nèi)在規(guī)律，為行人流疏散引導策略的評估與優(yōu)化提供理論支持。本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)：一種考慮疏散引導的室內(nèi)多出口行人流仿真方法，具體包括以下步驟：步驟S1：將室內(nèi)空間做格網(wǎng)化處理，構成(W+2)·(W+2)的二維離散元胞網(wǎng)格系統(tǒng)；根據(jù)室內(nèi)疏散策略對格網(wǎng)化后的室內(nèi)空間進行場景設置，以不同顏色方格或圓點分別代表墻壁、出口、障礙物、引導人員；步驟S2：初始化疏散人員，以均勻隨機分布將疏散行人安排在隨機的空白元胞中，且以與引導人員不同顏色的圓點表示；步驟S3:搜索各元胞內(nèi)的行人，解析各行人所受到的引導作用力、行人之間作用力、可見出口吸引力、障礙物斥力，確定各行人可能前往的四個方向，以此得到方向矩陣A；步驟S4：解析方向矩陣，各行人參與競爭，得到實際移動方向；步驟S5：更新行人位置，直至所有行人到達出口。進一步地，所述步驟S3具體包括以下步驟：步驟S31:計算引導作用力其中，D為引導人員的最大引導系數(shù)；φ為個體引導時目標視軸與干擾視軸的夾角，群體引導時φ＝0；n為單獨引導集中程度系數(shù)，該程度系數(shù)越大則單獨引導效果越明顯；r為正確引導人員到疏散行人的距離；ri′為其他作為干擾的引導人員到疏散行人的距離；為引導作用力的方向，其方向從疏散行人指向正確引導人員的所在的出口；步驟S32：計算行人之間作用力其中，表示行人排斥力；表示行人吸引力；kab為行人斥力系數(shù)；gab為行人引力系數(shù)；rab為疏散行人a與疏散行人b之間的距離；dab為疏散行人a與疏散行人b之間的最小步長；w為視野范圍步長；qa為行人a的帶電系數(shù)；qw為行人b的帶電系數(shù)；為行人斥力的方向，為行人斥力的方向；步驟S33：計算障礙物斥力其中，kwb為障礙物斥力系數(shù)；rwb為障礙物w與疏散行人b之間的距離；dwb為障礙物w與疏散行人b之間的最小步長；w為視野范圍步長；qw為障礙物w的帶電系數(shù)；qb為行人b的帶電系數(shù)；為障礙物斥力的方向；步驟S34：計算可見出口吸引力F→exit=E×r→exit(dexit≤w);]]>其中，E為可見出口引力系數(shù)；dexit為可見出口與疏散行人之間的最小步長；w為視野范圍步長；為可見出口吸引力的方向，其方向從疏散行人指向可見出口；步驟S35：得到方向矩陣A：A=...Address+m1......Address+m2......Address+m3......Address+m4...;]]>其中，Address是該行人原先的位置，m1,m2,m3,m4∈{±1,±(W+1),±(W+2),±(W+3)}。進一步地，所述步驟S4具體為：各行人按照方向矩陣A中決定參與方向競爭的順序，吸引力大的方向優(yōu)先考慮；當多個疏散人員同時競爭同一移動目標，此位置將被系統(tǒng)以等概率隨機分配給其中一個行人作為下一時間步移動位置；當疏散行人在競爭中未被成功分配某一目標網(wǎng)格，則選擇次優(yōu)網(wǎng)格作為競爭方向；當疏散行人在所有可能移動網(wǎng)格的競爭中落選，該行人保持不動以等概率的根據(jù)競爭結果分配疏散行人下一步移動元胞。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明有以下有益效果：本發(fā)明針對多出口疏散環(huán)境中引導人員在固定位置通過聲音、動作、警示燈等途徑為疏散行人提供相應疏散方向的引導方式，并考慮引導信號之間的相互影響，提出一種考慮疏散引導的室內(nèi)多出口行人流仿真方法。本發(fā)明通過引入無線通信理論計算引導受信度，量化引導作用力，結合可見出口吸引力、行人吸引力、行人排斥力和障礙物排斥力進一步反映行人流的微觀特征，能彌補現(xiàn)有離散技術對描述引導作用影響的不足，能更真實地反映人員疏散的現(xiàn)實狀況，揭示多出口引導疏散場景中行人流疏散效果與引導作用強度的內(nèi)在規(guī)律，可為行人流疏散引導策略的評估與優(yōu)化提供理論支持。本發(fā)明規(guī)則簡單、運算速度快。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例中的方法流程示意圖。圖2為本發(fā)明實施例中的Moore型元胞自動機示意圖。圖3為本發(fā)明實施例中的W＝19的室內(nèi)疏散仿真環(huán)境示意圖。圖4為本發(fā)明實施例中的群體引導及個體引導的信號及干擾分析示意圖。圖5為本發(fā)明實施例中的行人之間作用力示意圖。圖6為本發(fā)明實施例中的w＝3時的行人之間的作用力示意圖。圖7為本發(fā)明實施例中的w＝3時的障礙物斥力示意圖。圖8為本發(fā)明實施例中的某疏散行人的合力分解示意圖。圖9為本發(fā)明實施例中的疏散過程模擬結果圖。圖10為本發(fā)明實施例中的不同行人密度下引導作用系數(shù)對系統(tǒng)疏散時間的影響仿真結果示意圖。具體實施方式下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明。如圖1所示，本實施例提供了一種考慮疏散引導的室內(nèi)多出口行人流仿真方法，具體包括以下步驟：步驟S1：將室內(nèi)空間做格網(wǎng)化處理，構成(W+2)·(W+2)的二維離散元胞網(wǎng)格系統(tǒng)；根據(jù)室內(nèi)疏散策略對格網(wǎng)化后的室內(nèi)空間進行場景設置，以不同顏色方格或圓點分別代表墻壁、出口、障礙物、引導人員；步驟S2：初始化疏散人員，以均勻隨機分布將疏散行人安排在隨機的空白元胞中，且以與引導人員不同顏色的圓點表示；步驟S3:搜索各元胞內(nèi)的行人，解析各行人所受到的引導作用力、行人之間作用力、可見出口吸引力、障礙物斥力，確定各行人可能前往的四個方向，以此得到方向矩陣A；步驟S4：解析方向矩陣，各行人參與競爭，得到實際移動方向；步驟S5：更新行人位置，直至所有行人到達出口。下面結合圖2至圖10具體對本實施例進行闡述。第一步，將室內(nèi)空間做格網(wǎng)化處理。采用Moore型的元胞自動機鄰居結構，將疏散空間均勻劃分為等寬的元胞網(wǎng)格，每個元胞網(wǎng)格視為一個基本單位，其對應的8個元胞移動方向如圖2所示。任意一個元胞網(wǎng)格都只有三種可能狀態(tài)，分別為被疏散行人占據(jù)、被障礙物占據(jù)及未被占據(jù)。選取場景W＝19并建立如圖3的疏散空間，其中淺灰色方格代表墻壁，黑色方格代表出口，深灰色方格代表障礙物，淺灰色圓點代表引導人員。設置元胞尺寸為0.5m×0.5m，每個元胞只能容納一個行人，每個出口寬度為1個元胞大小，整個疏散空間為9.5m×9.5m。出口是行人離開疏散空間的唯一途徑。第二步，初始化疏散人員，以均勻隨機分布將疏散行人安排在隨機的空白元胞中，并用白色圓點表示。第三步，解析行人受力，計算方向矩陣A：1)引導作用力在實際的疏散過程中，引導人員的引導作用會影響行人流的疏散效果。由于疏散人員可接收到多個引導人員的疏散指令，疏散行人存在方向猶豫性。疏散信號的受信度將直接影響引導作用力的大小。本文引入無線通信中的天線發(fā)送及接收模型，把引導人員的引導信號視為發(fā)射天線，疏散人員視為接收天線，通過計算載波及干擾信號的接收功率得到正確疏散信號的受信度。同時，本實施例將引導作用分為群體引導和個體引導兩個階段，群體引導及個體引導中的引導人員分別視為全向天線及定向天線，如圖4所示。當疏散行為從群體引導進入個體引導階段時，疏散行人所受到的干擾進一步縮小，更易被正確的引導人員疏導。引導作用力為式中：D為引導人員的最大引導系數(shù)；為個體引導時目標視軸與干擾視軸的夾角，群體引導時n為單獨引導集中程度系數(shù)，系數(shù)越大則單獨引導效果越明顯；r為正確引導人員到疏散行人的距離；ri′為其他作為干擾的引導人員到疏散行人的距離；為引導作用力的方向，其方向從疏散行人指向正確引導人員的所在的出口。2)行人之間作用力疏散行人將產(chǎn)生行人之間作用力，并引起行人流的羊群效應及沖突效應。其大小與方向取決于疏散行人之間的距離，并包括行人排斥力、行人吸引力、無作用力三種情況，如圖5所示。行人之間作用力為式中：kab為行人斥力系數(shù)；gab為行人引力系數(shù)；rab為疏散行人a與疏散行人b之間的距離；dab為疏散行人a與疏散行人b之間的最小步長；w為視野范圍步長；qa為行人a的帶電系數(shù)；qw為行人b的帶電系數(shù)；為行人斥力的方向，為行人斥力的方向，其方向如圖6所示。3)障礙物斥力障礙物斥力為式中：kwb為障礙物斥力系數(shù)；rwb為障礙物w與疏散行人b之間的距離；dwb為障礙物w與疏散行人b之間的最小步長；w為視野范圍步長；qw為障礙物w的帶電系數(shù)；qb為行人b的帶電系數(shù)；為障礙物斥力的方向，其方向如圖7所示。4)可見出口吸引力當疏散行人位于某處元胞網(wǎng)格，且其可視范圍內(nèi)包含出口時，則該出口即可見出口，并產(chǎn)生可見出口吸引力。當人離開疏散空間或出口不可見，將不存在可見出口吸引力?？梢姵隹谖槭街校篍為可見出口引力系數(shù)；dexit為可見出口與疏散行人之間的最小步長；w為視野范圍步長；為可見出口吸引力的方向，其方向從疏散行人指向可見出口。5)方向矩陣方向矩陣的元素是各力的合力沿鄰居方向的分力方向所對應的元胞位置，并以分力大小依次排列。例如圖8，某行人所受合力的四個分力為垂直向上、水平向右、右上、右下四個方向，且因此方向矩陣為A=...Address+m1......Address+m2......Address+m3......Address+m4...;]]>第四步，解析方向矩陣，各行人參與競爭，得到實際移動方向。各行人按照方向矩陣A中決定參與方向競爭的順序，吸引力大的方向優(yōu)先考慮；當多個疏散人員同時競爭同一移動目標，此位置將被系統(tǒng)以等概率隨機分配給其中一個行人作為下一時間步移動位置；當疏散行人在競爭中未被成功分配某一目標網(wǎng)格，則選擇次優(yōu)網(wǎng)格作為競爭方向；當疏散行人在所有可能移動網(wǎng)格的競爭中落選，該行人保持不動以等概率的根據(jù)競爭結果分配疏散行人下一步移動元胞。第五步更新行人位置，回到第三步，行人繼續(xù)在疏散空間內(nèi)運動，直至所有行人到達出口完成疏散。本方法的疏散模擬過程結果如圖9所示，可揭示多出口引導疏散場景中行人流疏散效果與引導作用強度的內(nèi)在規(guī)律，仿真結果如圖10所示。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。當前第1頁1 2 3