人群应急疏散可视仿真研究进展和问题

人群应急疏散可视仿真是用智能体来模拟具有自主感知、情绪和行为能力的人群个体,并采用3维可视的方式来直观呈现人群应急疏散情景,可以为制定人群应急预案提供形象直观的分析方法。本文从人群仿真数据的来源、人群导航模型的构建、人群行为模型、人群情绪感染、人群渲染5个方面概述目前研究的进展,然后从仿真模型的可验证性、人群疏散导航模型的构建、人与环境的物理模型、动物逃生实验与仿真、疏散中的社会行为表现以及人群情绪的可视计算6个角度讨论需要进一步研究的问题。针对需要深入研究的问题,指出借助于紧急事件的视频监控分析和虚拟人群情景的用户调查,有助于完善人群仿真模型。结合物理模型,可以更准确地描述人群应急疏散场景。开展动物逃生实验分析,有助于完善人群运动导航算法。建立人群社会行为模型,可以更详细描述疏散中人群行为的多样性。构建基于多通道感知的人群情绪感染计算方法,可以详尽描述情绪感染的过程。人群应急疏散行为的可视仿真研究在城市的安全管理方面具有重要的应用前景,但其研究仍存在很多亟待解决的问题,综合地运用多学科知识,完善实验手段是进一步推动研究的关键所在。     

融入情绪模型的人群实时路径规划

目的 人群仿真中高效性和逼真性是群体路径规划的关键问题。已有人群路径规划算法忽略了人群情绪造成的路径选择差异,在大规模实时仿真中仍存在一定的局限性。方法 提出一种融入情绪模型的人群实时路径规划算法(EPP)。使用人格特征理论对人群的情绪进行建模并设定不同情绪所具有的路径选择偏好。在路径建模阶段,通过单次搜索建立全局有向导航图,确定全局层面的可行路径;在路径搜索阶段,提出以期望时间最短为原则的路径规划目标函数,采用局部搜索策略为个体实时规划一条最优或次优的路径。结果 EPP算法可有效地仿真不同场景下大规模人群的路径选择现象;与已有工作的仿真效果和量化指标对比说明了该算法的有效性和高效性;通过不同情绪状态下人群路径选择差异的讨论以及在不同人群运动模型的兼容性实验进一步说明了该算法的健壮性。结论 本文算法具有良好的高效性和健壮性,适用于不同场景下大规模人群路径规划的相关应用。     

机舱内紧急人员疏散最优模型仿真分析

研究机舱内人员疏散有利于获取最佳逃生路径,保护生命安全.机舱内的空间相对封闭,在突发状况下,疏散的渠道有限,受到突发状况影响很多,无法对意外进行完全的约束建模.传统的疏散模型在小空间疏散路径寻优计算过程中,以固定约束条件描述疏散时的状况,路径选择设定了很多前提条件,应用性较差.提出利用非规则变异算法的机舱内紧急人员疏散模型.计算机舱内紧急人员疏散目标函数,并且针对所有的疏散路径进行编码,获取不同疏散方法的评价标准,并利用上述标准对人员疏散模型进行评价,针对所有的疏散路径进行选择、交叉和变异运算,建立机舱内紧急人员疏散最优模型,得到改进模型的最优解,获取机舱内紧急人员疏散的最优路径.实验结果表明,利用改进算法进行机舱内紧急人员疏散,能够获取最优疏散路径,提高疏散效率.     

基于深度Q网络的人群疏散机器人运动规划算法

针对公共场合密集人群在紧急情况下疏散的危险性和效果不理想的问题，提出一种基于深度Q网络（DQN）的人群疏散机器人的运动规划算法。首先通过在原始的社会力模型中加入人机作用力构建出人机社会力模型，从而利用机器人对行人的作用力来影响人群的运动状态；然后基于DQN设计机器人运动规划算法，将原始行人运动状态的图像输入该网络并输出机器人的运动行为，在这个过程中将设计的奖励函数反馈给网络使机器人能够在"环境-行为-奖励"的闭环过程中自主学习；最后经过多次迭代，机器人能够学习在不同初始位置下的最优运动策略，最大限度地提高总疏散人数。在构建的仿真环境里对算法进行训练和评估。实验结果表明，与无机器人的人群疏散算法相比，基于DQN的人群疏散机器人运动规划算法使机器人在三种不同初始位置下将人群疏散效率分别增加了16.41%、10.69%和21.76%，说明该算法能够明显提高单位时间内人群疏散的数量，具有灵活性和有效性。     

学生群体紧急疏散仿真及在出口设计中的应用

针对学校大型建筑中人群分布密集的问题,研究了学生群体的紧急疏散仿真。首先分析了紧急情况下的群体行为特点,并根据现实生活中个体差异的统计特征,对逃生人群的不同属性特征进行了分类,然后采用社会力模型实现了学生群体的紧急疏散仿真,解决了传统疏散仿真中人员的无差异性问题。该仿真能够更加真实地反映出现实生活中的人群疏散,达到较好的效果。最后,基于该仿真模型,着重分析了建筑物出口设计对群体疏散的影响,分析结果表明:不同的出口宽度、位置对群体疏散的影响不同,从而可以为大型建筑的出口设计提供有益的参考。     

一种RVO碰撞避免的人群仿真研究

如何模拟具有个性的人群行为是群体动画中具有挑战性的课题。针对异质群体的行为差异,基于OCEAN个性模型,提出了人群中不同个性的群组行为仿真方法。分析了OCEAN模型基本原理,结合群体局部避碰几何算法,给出了带有个性因素的人群行为仿真方法。最后以实验证明了人群在交互状况下的群体个性行为算法的可行性。     

学生群体紧急疏散仿真及在出口设计中的应用

针对学校大型建筑中人群分布密集的问题,研究了学生群体的紧急疏散仿真.首先分析了紧急情况下的群体行为特点,并根据现实生活中个体差异的统计特征,对逃生人群的不同属性特征进行了分类,然后采用社会力模型实现了学生群体的紧急疏散仿真,解决了传统疏散仿真中人员的无差异性问题.该仿真能够更加真实地反映出现实生活中的人群疏散,达到较好的效果.最后,基于该仿真模型,着重分析了建筑物出口设计对群体疏散的影响,分析结果表明:不同的出口宽度、位置对群体疏散的影响不同,从而可以为大型建筑的出口设计提供有益的参考.     

基于人机社会力模型的人群疏散算法

针对公共场合紧急情况下人群疏散困难和效果有限的问题,提出一种基于人机社会力模型的机器人疏散人群的方法。首先,基于原始社会力模型提出了一种新的人机社会力模型,该模型在原始社会力模型的基础上加入了机器人对人作用的人机作用力;然后,基于人机社会力模型提出一种新的利用机器人疏散人群的方法,该方法在人群疏散场景中加入运动机器人,通过机器人自身的运动,利用人机作用力影响周围行人的运动状态,减小行人之间的压力,从而达到加快人群运动速度、提高人群疏散效率的目的。在室内封闭场景人群逃生、两群行人交错这两种典型的疏散场景中分别进行仿真实验,并将实验结果与未加入机器人的人群疏散结果进行对比分析,实验结果表明,基于人机社会力模型的机器人疏散人群的方法能够明显加快人群的运动,提高人群的疏散效率。     

动物群体逃生行为实验和群体虚拟仿真研究综述

群体虚拟仿真能够以三维可视化方式直观呈现紧急情况下的人群逃生行为,对人群的安全管理具有重要的指导价值.由于真实紧急事件案例样本的数据往往不够全面,很难用于虚拟仿真模型的系统验证,而逃生演习也很难重现真实的紧急情景.近年来,人们开始引入动物逃生实验来辅助发现人群逃生规律.文中总结了以蚂蚁和老鼠为主要代表的动物群体逃生行为实验,针对已有的典型群体行为仿真模型,探讨了用动物逃生实验来辅助群体仿真模型验证的可行性;并讨论了动物逃生实验的局限性,提出了动物逃生实验的改进建议,为更好地开展群体行为模型研究提供一些借鉴.     

紧急状态下虚拟人群行为仿真

针对公共场所发生火灾等事故时人群密集的特点,研究了紧急状态下人群行为的仿真.分析了紧急状态下人群的行为特点,定义了逃跑、跟随和拥挤行为;采用虚拟视觉和九宫避碰策略,实现了虚拟人行为的自治控制方式.针对紧急状态下人群逃生时个体行为之间的差异性,依据个体与个体之间的作用力、摩擦力动态改变个体的行进方向和依据人群密度采用人群疏散速度模型实时确定每个个体的运动速度,解决了个体之间的动态避碰、绕行和超越等问题.经实验验证,文中的人群行为仿真技术能达到较好的效果.     

人群应急疏散中一种多智能体情绪感染仿真模型

为了从情绪的视角分析紧急情境下人群的疏散行为,梳理了现有情绪感染的研究工作,总结了人群紧急状况下行为特点.采用智能体描述人群个体,提出一种多智能体情绪感染模型.其主体框架分为感知层、情绪层、感染层、行为层和行动层.归纳了产生情绪感染现象的3个条件及情绪感染的3个规则,提出了情绪感染的算法,考虑个体的个性和个体间距离因素,采用情绪强度和人群紧密度来计算个体疏散速度.用C#语言编制了仿真实验,采用真实的地震疏散案例,验证了仿真疏散时间和实际观测的基本一致.通过与以往基于传染病思路的情绪感染模型对比,所提出的模型可以更好地描述情绪感染从局部到整体的过程.实验结果表明,所提出的模型可以推演情绪驱动下的群体聚集行为,有望为制定应急疏散预案提供一种可视化分析方法.     

基于改进Dijkstra算法的人群反馈调节疏散

针对苏州市金鸡湖城市广场在突发情况下的人群疏散问题,建立了基于实时动态的疏散网络路径规划模型,分析了大型公众区域复杂环境对人群疏散效率的影响.同时提出以人群逃离危险区域的终止时间作为权值参数改进Dijkstra算法,并且利用反馈补偿机制合理分配各出口的疏散人数,实现人群疏散的动态调整和路径规划.通过Pathfinder...     

基于VSPSO和A-G网络的掘进机动态路径规划

为解决部分断面悬臂式掘进机行进路径规划问题,实现掘进机的无人化掘进,提出基于变异自适应粒子群算法(VSPSO)和行为规则栅格网络(A-G)的掘进机动态路径规划方法.通过分析掘进机行进特征和煤矿井下巷道特征,建立基于行为规则的栅格网络模型和代价模型,给定代价函数的类型及耗费系数的取值范围,以巷道模拟数据为基础,通过所提出的VSPSO算法和6种改进型PSO算法进行掘进机行进路径规划并对结果进行比较.比较结果表明,在测试函数下,VSPSO算法收敛速度更快、收敛精度更高,在行为规则栅格网络模型下,VSPSO算法的收敛速度与精度最高,且能够规划出符合掘进机行为特征的最优行进路径.     

结合最短路径改进的社会力人群疏散仿真模型

社会力模型广泛应用于人群疏散仿真,针对该模型在仿真过程中存在行人停滞不前、无法通过非凸边形障碍物和疏散路径与行人实际选择的路径不相符等问题,提出了一种社会力改进模型。该模型基于场景中的障碍物生成路径节点,利用这些节点生成无向图,同时考虑了节点的安全系数和拥挤系数对节点通行性的影响生成最短疏散路径。通过改进后的社会力模型进行了多种场景的仿真实验,实验结果显示行人在复杂障碍物场景中能有效绕过障碍物,生成合理的疏散路径,表明该模型有效改善社会力模型,使人群疏散仿真更加真实。     

A social force evacuation model driven by video data

This paper proposes a video data-driven social force model for simulating crowd evacuation. The initialization of pedestrian position, path navigation, and goal selection in the improved social force model was guided by real video data. To initialize pedestrian position and determine path navigation, the distribution of the pedestrians is set according to the real video. We also extracted the trajectories of pedestrian movement from the videos, and these trajectories were stored into a path set to guide the evacuation of pedestrians. Moreover, a fitness function was defined to model the behavior of a pedestrian goal selection. The fitness function could process the evacuation parameters, which were extracted from the video, and consider the degree and distance of exit congestion. Furthermore, we quantified the relationship values among pedestrians, and a new force called “group force” was added to the primary social force model. Pedestrians with close relationship gathered into one group and walked together. To validate the effectiveness of the proposed method, the video data-driven model was applied to simulate campus halls and roads. Simulation results show that the proposed approach is consistent with real-world situations and can assist in analyzing emergency evacuation scenarios.     

Wandering crowd simulation based on space syntax theory

Space syntax has proven there appears to be a fundamental process that informs human and social usage of an environment,and the effects of spatial configuration on movement patterns are consistent with a model of individual decision behavior.Introducing space syntax to crowd simulation will enable space structure guide the random movement of the crowd with no specific targets.This paper proposes a simulation method of the wandering crowd,which calculates the crowd distribution corresponding to the space through space syntax and uses a hybrid path planning algorithm to dynamically navigate the crowd to conform to the distribution.Experiments show the presented method can obtain reasonable and vision-realistic simulation results.     

基于Agent的人员疏散系统设计与实现

通过分析Agent与社会力模型在人员疏散方面的应用及疏散模拟中人和建筑物对象的存储方式,利用Agent技术结合人员疏散的动力学模型、改进的路径规划算法和人员在一般情况下的心理因素以及建筑物的不同特点,建立能够正确反映疏散时人员行为的Agent模型,运用C++语言实现基于Agent的人员疏散模拟系统。疏散结果显示,该系统能够较真实地模拟人员疏散过程。     

基于DI-Guy的校园消防训练仿真

针对高校人口密度大、难以高效组织消防训练、缺乏处理应急事件经验等问题,提出一种基于DI-Guy软件的虚拟仿真训练方法。首先利用MultiGen Creator软件建立校园三维模型并加载到DI-Guy的可视化窗口中进行构建,然后模拟火灾发生场景和消防疏散过程,最后对人群疏散方案效果进行数据分析,同时对仿真模拟过程中的一些关键技术,包括利用自定义模型建立、特效实现、人物的行为控制和碰撞检测等进行研究和应用。仿真结果表明,所提出的仿真模型能够合理地反映人群疏散情况,起到良好的展示作用,为校园应急事件在DI-Guy平台的仿真提供可行性方案。