本發(fā)明涉及人群擾動(dòng)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于社會(huì)力模型的行人運(yùn)動(dòng)軌跡演化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著公共場(chǎng)所大規(guī)模人群活動(dòng)越來(lái)越多，人群安全問(wèn)題凸顯。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界平均每年都有上千人在集聚活動(dòng)突發(fā)事件中喪生，受傷的更多。因此，人群安全問(wèn)題備受關(guān)注，圍繞群體運(yùn)動(dòng)行為的描述、規(guī)律和引導(dǎo)等展開(kāi)了大量研究。人群不安全狀態(tài)是由多種因素共同構(gòu)成的,涉及場(chǎng)所類型、空間結(jié)構(gòu)、組織管理、安全措施、突發(fā)事件等外部因素以及人群類型、人群行為特征等內(nèi)部因素。許多學(xué)者在研究人群行為及特征時(shí)，提出了一系列行人流模型，包括元胞自動(dòng)機(jī)模型、磁場(chǎng)力模型、排隊(duì)模型、社會(huì)力模型和氣體動(dòng)力學(xué)模型等。其中，社會(huì)力模型受到了越來(lái)越多的關(guān)注。

2、社會(huì)力(social?force,sf)模型假設(shè)個(gè)體在疏散過(guò)程中受到三種力的作用：驅(qū)動(dòng)力、人與人之間的作用力以及人和障礙物之間的作用力。行人在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不可能保持恒定速度狀態(tài)不變，但由于自身推動(dòng)力，行人會(huì)在特定時(shí)間內(nèi)盡可能將其實(shí)際速度恢復(fù)原始狀態(tài)。同時(shí)，行人的速度變化還受到外界影響和與相鄰行人和墻壁的距離的影響。此外，與理性行人的正常運(yùn)動(dòng)相比，恐慌行人由于恐慌情緒的傳播，其運(yùn)動(dòng)變得無(wú)序、混亂，更有造成自身或周圍行人碰撞和摔倒。

3、目前有關(guān)研究尚存在若干不足：1)傳統(tǒng)的社會(huì)力模型中的行人沒(méi)有考慮行人碰撞因素，導(dǎo)致人群分布與真實(shí)場(chǎng)景存在較大偏差；2)人群擠壓變形不明顯，行人之間存在較大空隙，存在不合理的振蕩現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于社會(huì)力模型的行人運(yùn)動(dòng)軌跡演化方法及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同情境下行人的動(dòng)力學(xué)分析。

2、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、一種基于社會(huì)力模型的行人運(yùn)動(dòng)軌跡演化方法，包括以下步驟：

4、按照真實(shí)場(chǎng)景設(shè)置模擬環(huán)境，采用目標(biāo)檢測(cè)算法從視頻中得到行人的初始位置；

5、根據(jù)行人動(dòng)力學(xué)模型得到行人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中碰撞時(shí)刻和非碰撞時(shí)刻的實(shí)際受力，根據(jù)行人的速度隨時(shí)間變化情況更新行人的速度，進(jìn)而更新行人的位置；

6、根據(jù)行人在所述運(yùn)動(dòng)過(guò)程中每個(gè)時(shí)刻的位置進(jìn)行可視化處理得到行人運(yùn)動(dòng)軌跡；

7、其中，所述行人動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建過(guò)程如下：

8、基于社會(huì)力模型得到行人與其他個(gè)體之間的相互作用力和行人與墻壁之間的相互作用力；

9、根據(jù)所述行人與其他個(gè)體之間的相互作用力和行人與墻壁之間的相互作用力構(gòu)建社會(huì)力，根據(jù)行人與其他個(gè)體之間的接觸或碰撞作用構(gòu)建物理力和行人速度隨時(shí)間變化情況；

10、根據(jù)所述行人速度隨時(shí)間變化情況、物理力和社會(huì)力構(gòu)建行人動(dòng)力學(xué)模型。

11、進(jìn)一步地，所述行人的速度隨時(shí)間變化情況如下：

12、

13、式中，τi表示行人在特定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到原始的速度，表示行人i的速度，mi表示行人i的質(zhì)量，表示行人i在t時(shí)刻的速度，表示行人i和行人j之間的相互作用力，表示墻壁對(duì)行人i的排斥力，表示期望方向。

14、進(jìn)一步地，所述行人與其他個(gè)體之間的相互作用力如下：

15、

16、式中，ai表示與行人i相關(guān)的影響力的大小的參數(shù)，rij表示行人i和行人j之間的實(shí)際距離，dij表示設(shè)定的基準(zhǔn)距離或參考距離，bi表示與行人i相關(guān)的影響指數(shù)函數(shù)的衰減速度的參數(shù)，表示作用力的方向性，表示人i和行人j之間相對(duì)速度的變化量，表示力在切向上面的分量方向，k和k表示較大的常數(shù)；

17、所述行人與墻壁之間的相互作用力如下：

18、

19、式中，ri表示物體i與墻壁之間的距離，diw表示設(shè)定的基準(zhǔn)距離或參考距離，表示作用力的方向性，表示行人i的速度，表示力在切向上面的分量方向。進(jìn)一步地，所述行人受到的組合力如下：

20、fi＝a·fi，j_phy+b·fi_sf

21、a，b∈(0，1)

22、式中，fi，j_phy表示行人i受到的物理力，表示行人i受到的社會(huì)力，a和b為參數(shù)。

23、進(jìn)一步地，所述行人的動(dòng)力學(xué)模型如下：

24、

25、a，b∈(0，1)

26、式中，mi表示行人i的質(zhì)量，表示行人i在t時(shí)刻的速度。

27、進(jìn)一步地，所述社會(huì)力如下：

28、

29、式中，τi表示行人在特定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到原始的速度，表示行人i的速度，mi表示行人i的質(zhì)量，表示行人i在t時(shí)刻的速度，表示行人i和行人j之間的相互作用力，表示邊界或障礙物對(duì)行人i的排斥力，表示期望方向。

30、進(jìn)一步地，所述物理力如下：

31、

32、式中，m代表行人的質(zhì)量，uj代表與行人i一起運(yùn)動(dòng)的行人集合，vk，-和vi，-代表行人k和行人i在碰撞前的速度。

33、進(jìn)一步地，所述物理力包括行人與其他個(gè)體之間的相互作用力。

34、進(jìn)一步地，通過(guò)調(diào)節(jié)所述參數(shù)a和b對(duì)所述物理力和社會(huì)力進(jìn)行線性組合，根據(jù)所述行人受到的組合力反映不同情境下行人間的實(shí)際受力情況。

35、按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種基于社會(huì)力模型的行人運(yùn)動(dòng)軌跡演化系統(tǒng)，包括：

36、初始位置獲取模塊，用于按照真實(shí)場(chǎng)景設(shè)置模擬環(huán)境，采用目標(biāo)檢測(cè)算法從視頻中得到行人的初始位置；

37、行人位置更新模塊，用于根據(jù)行人動(dòng)力學(xué)模型得到行人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中碰撞時(shí)刻和非碰撞時(shí)刻的實(shí)際受力，根據(jù)行人的速度隨時(shí)間變化情況更新行人的速度，進(jìn)而更新行人的位置；

38、運(yùn)動(dòng)軌跡生成模塊，用于根據(jù)行人在所述運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所有時(shí)刻的位置得到行人運(yùn)動(dòng)軌跡；

39、其中，所述行人動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建過(guò)程如下：

40、基于社會(huì)力模型得到行人與其他個(gè)體之間的相互作用力和行人與墻壁之間的相互作用力；

41、根據(jù)所述行人與其他個(gè)體之間的相互作用力和行人與墻壁之間的相互作用力構(gòu)建社會(huì)力，根據(jù)行人與其他個(gè)體之間的接觸或碰撞作用構(gòu)建物理力和行人速度隨時(shí)間變化情況；

42、根據(jù)所述行人速度隨時(shí)間變化情況、物理力和社會(huì)力構(gòu)建行人動(dòng)力學(xué)模型。

43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

44、1.本發(fā)明將行人與其他個(gè)體和障礙物接觸的物理力整合到經(jīng)典的社會(huì)力模型中，可以描述多個(gè)同時(shí)發(fā)生的接觸，物理力有效地解決了人群中不可避免地發(fā)生多次碰撞的情況，使對(duì)人群的動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果更符合真實(shí)情況。

45、2.本發(fā)明構(gòu)建行人的動(dòng)力學(xué)模型，將物理力和社會(huì)力通過(guò)參數(shù)進(jìn)行線性組合，通過(guò)調(diào)整參數(shù)對(duì)不同情境下的受力進(jìn)行模擬，能夠更準(zhǔn)確地反映不同情境下行人間的實(shí)際受力情況。

技術(shù)特征：

1.一種基于社會(huì)力模型的行人運(yùn)動(dòng)軌跡演化方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于社會(huì)力模型的行人運(yùn)動(dòng)軌跡演化方法，其特征在于，所述行人的速度隨時(shí)間變化情況如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于社會(huì)力模型的行人運(yùn)動(dòng)軌跡演化方法，其特征在于，所述行人與其他個(gè)體之間的相互作用力如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于社會(huì)力模型的行人運(yùn)動(dòng)軌跡演化方法，其特征在于，所述行人受到的組合力如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于社會(huì)力模型的行人運(yùn)動(dòng)軌跡演化方法，其特征在于，所述行人的動(dòng)力學(xué)模型如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于社會(huì)力模型的行人運(yùn)動(dòng)軌跡演化方法，其特征在于，所述社會(huì)力如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于社會(huì)力模型的行人運(yùn)動(dòng)軌跡演化方法，其特征在于，所述物理力如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于社會(huì)力模型的行人運(yùn)動(dòng)軌跡演化方法，其特征在于，所述物理力包括行人與其他個(gè)體之間的相互作用力。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于社會(huì)力模型的行人運(yùn)動(dòng)軌跡演化方法，其特征在于，通過(guò)調(diào)節(jié)所述參數(shù)a和b對(duì)所述物理力和社會(huì)力進(jìn)行線性組合，根據(jù)所述行人受到的組合力反映不同情境下行人間的實(shí)際受力情況。

10.一種基于社會(huì)力模型的行人運(yùn)動(dòng)軌跡演化系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于社會(huì)力模型的行人運(yùn)動(dòng)軌跡演化方法及系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟：設(shè)置模擬環(huán)境，從視頻中得到行人的初始位置；根據(jù)行人動(dòng)力學(xué)模型得到行人在碰撞時(shí)刻和非碰撞時(shí)刻的實(shí)際受力，根據(jù)行人速度隨時(shí)間變化情況更新行人的速度，進(jìn)而更新行人的位置；根據(jù)每個(gè)時(shí)刻的行人位置得到行人運(yùn)動(dòng)軌跡；其中，行人動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建過(guò)程如下：基于社會(huì)力模型得到行人與其他個(gè)體之間的相互作用力和行人與墻壁之間的相互作用力；構(gòu)建社會(huì)力，根據(jù)行人與其他個(gè)體之間的接觸或碰撞作用構(gòu)建物理力和行人速度隨時(shí)間變化情況；構(gòu)建行人動(dòng)力學(xué)模型。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠更準(zhǔn)確地反映不同情境下行人間的實(shí)際受力情況，動(dòng)力學(xué)分析更符合真實(shí)情況。

技術(shù)研發(fā)人員：趙榮泳,韓凌晨,韋炳宇,賈萍,朱文杰,韓傳峰,李翠玲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23