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。     

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。     

考虑行人相对速度的改进社会力模型的验证与评估

在人群仿真的研究领域中,社会力模型是由Helbing提出的一种非常经典的微观仿真模型,能够模拟一些常见的人群自组织现象。但社会力模型仍然存在行人震荡、行人重叠等问题,因此许多学者在参数设置、受力范围、算法优化等方面对社会力模型进行了丰富和改进。目前,Gao等提出的一种考虑行人相对速度的改进社会力模型依然是一些学者进行改进社会力模型研究以及各种仿真实验的基础和重要参考。由于Gao等仅通过两个实验就表明了他们的改进社会力模型的优势这一情况欠缺可靠性,以及没有进行更多的人群自组织实验来表明改进后的社会力模型仍然保留原始社会力模型能够模拟人群自组织现象这一能力,因此文中对Gao等提出的改进社会力模型进行了验证性和评估性实验。通过验证性实验验证了Gao等进行的两个实验,证实了该改进社会力模型的优势。文中通过评估性实验证实了Gao等的改进社会力模型保留了能够模拟人群自组织现象的能力,发现并分析了Gao等的改进社会力模型所存在的行人重叠问题。     

社会力模型中恐慌度概念的分析和改进

社会力模型是人群仿真领域的经典模型,自1995年提出后就被广为应用和调整。该模型2000年又推出一个改进版,增加了恐慌度概念。虽然目前基于社会力模型的研究已经很多,但是针对恐慌度概念分析的研究尚不多见。因此梳理了社会力模型中关键参数物理意义和恐慌度的概念,用恐慌度的变化来解释人群疏散中的“快即是慢”与“从众行为”现象。指出了社会力模型中由于对行人感知描述得不够细致,导致在一定条件下,人群仿真结果存在个别行人不从众与到达出口却不撤离的问题。针对所提问题,通过增加行人视野范围描述以及重定义行人自运动状态等方式来完善社会力模型。实验结果显示,改进后的模型能够较好地模拟人群的从众现象,并且有助于加深对社会力恐慌度概念的理解。     

基于力的人群疏散仿真模型

在分析现有的考虑摩擦与排斥的人群疏散元胞自动机模型的基础上,研究人群疏散问题,建立了基于力的人群疏散仿真模型.该模型量化了摩擦力、排斥力和吸引力,因而可以描述拥挤、堵塞产生的人与人、人与环境之间的社会心理和物理作用.该模型采用的是元胞自动机,因而规则简单,运算速度快.仿真实验结果反映了出口处设置障碍物对逃生的影响,对应急疏散预案和建筑物结构设计有一定的参考作用.     

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。     

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。     

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.     

低能见度环境下多出口场馆人群疏散研究

为了提高多出口场馆人群疏散效率,针对低能见度环境下多出口场馆人群疏散问题,在基本的社会力模型上加入了领导者吸引力和能见度范围的限制,建立了低能见度环境下多出口场馆人群疏散仿真模型,研究低能见度条件下人群疏散行为及疏散领导者对疏散结果的影响。在改进的社会力模型中,每个待疏散人员只对能见度范围内的其他个体或墙壁存在心理作用力,并且只有疏散领导者和出口附近的个体能够准确地判断出口位置,而其他个体只能根据能见度范围内的环境信息或疏散领导者的领导进行疏散。仿真结果显示,该模型可以较好地模拟出低能见度环境下多出口场馆人群疏散情形,疏散领导者选择距离最近的出口为疏散方向,普通个体会跟随能见度范围内的大多数个体或疏散领导者进行疏散,且疏散领导者的存在和其初始位置的合理设定能够提高疏散效率。     

密度场下的短程社会力模型

密度场是行人感知周围人群密度信息的有效工具.它提供一种直观且高效的手段,在人群模拟中快速调整行人移动方向.在人群建模的研究领域中,社会力模型是相当经典的方法,能够模拟一些常见的自组织现象.但是,其依然存在一些不足,比如人群数目的增长使得模型的时间复杂度呈指数增长,同时还存在行人重叠问题以及行人振荡问题等.利用密度场对社会力模型进行了改进,首先提出行人的受力邻域与墙壁的排斥距离来降低算法复杂性,其次为社会力模型建立了相匹配的网格密度场以使行人能够绕开高密度区域,最后提出了密度导向阈值这一概念,使得人群密度值大于密度导向阈值时,行人会综合目标方向与周围的低密度方向作为新方向.实验结果表明,改进后的模型不仅能模拟出基本的人群自组织现象,而且在时间复杂度方面有明显优势.