公共场所人群疏散仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种公共场所人群疏散仿真方法，包括：根据需要仿真的场景创建三维虚拟环境，在所述三维虚拟环境中导入建筑物和要疏散的人群，并设定疏散终点；对上述创建的三维虚拟环境添加物理引擎支持；将上述添加物理引擎支持的三维虚拟环境的信息进行离散化，形成基于道路网络的拓扑结构图；根据上述三维虚拟环境中人群个体的当前位置和疏散终点，利用快速最短路径算法在所述拓扑结构图上得到每个个体的最短路径；所述个体按照上述得到的最短路径向疏散终点疏散。本发明专利技术还涉及一种公共场所人群疏散仿真系统。本发明专利技术能够较真实的模拟人群疏散的场景，对公共场所安全逃生提供有效的规划方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种公共场所人群疏散仿真方法及系统。
技术介绍
真实模拟发生火灾、地震等紧急情况时人群在公共场所逃生的过程具有十分重要的研究意义，可以帮助公共场所的安全部门预测紧急情况下，对安全逃生的路径提供有效的规划方案，减少伤亡数量。目前，比较成熟的公共场所人群疏散算法有：社会力模型、网格模型、A*算法及相对速度障碍物(ReciprocalVelocityObstacles，RVO)模型。但是目前的几种方法有如下缺点：所述社会力模型的理论基础是力学中的牛顿第二定律，它通过求出两两个体之间的受力情况列出力学方程组来求解每个个体的速度，但是其计算量较大，在实时运行的环境下效率低。所述网络模型中个体的运动以网络为单位，或个体运动不灵活，或依赖大量内存空间，并且个体的运动路径不是真正最优的全局路径，不能体现个体之间的各向异性及空间的连续性。所述A*算法为启发式算法，其搜索效率很大程度上取决于评价函数的好坏，搜索效率因环境变化大，不稳定。所述RVO模型引入了速度障碍物的概念，将复杂的个体疏散问题转化成低维的线性规划问题，并可以添加动态的障碍物，在大规模人群实时模拟方面，RVO模型有性能优势，但是RVO模型侧重于解决个体避让问题，缺乏有效的动态路径规划方法。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种公共场所人群疏散仿真方法及系统。本专利技术提供一种公共场所人群疏散仿真方法，该方法包括如下步骤：r>a.根据需要仿真的场景创建三维虚拟环境，在所述三维虚拟环境中导入建筑物和要疏散的人群，并设定疏散终点；b.对上述创建的三维虚拟环境添加物理引擎支持；c.将上述添加物理引擎支持的三维虚拟环境的信息进行离散化，形成基于道路网络的拓扑结构图；d.根据上述三维虚拟环境中人群个体的当前位置和疏散终点，利用快速最短路径算法在所述拓扑结构图上得到每个个体的最短路径；e.所述个体按照上述得到的最短路径向疏散终点疏散。其中，该方法还包括：判断所述个体在依照所述最短路径向疏散终点疏散过程中是否遇到障碍物；如果在疏散过程中遇到障碍物，则采用相对速度障碍物模型完成个体在遇到障碍物时的避让，而后返回步骤d；如果在疏散过程中没有遇到障碍物，则每个个体都到达疏散终点。所述的步骤b包括：采用ODE等物理引擎对创建的三维虚拟环境添加物理引擎支持，然后设定包括但不限于重力加速度、最大速度、摩擦系数、每个个体质量的物理条件。所述的步骤d具体包括：根据人群个体的当前位置和疏散终点，设置人群的当前位置为V1,V2…，疏散终点为S，并将所述当前位置和疏散终点加入到上述得到的拓扑结构图中；由Vi点到达S的最短路径记为D[i]，将所有D[i]初始化为无穷大，D[S]初始化为0；不断尝试减小D数组的元素，最终将其中每一个元素减小到实际的最短路径。所述采用相对速度障碍物模型完成个体在遇到障碍物时的避让，具体包括：根据人物模型在场景的大小得到该模型的包围盒大小，根据包围盒大小设置每个个体的碰撞半径，假定每个人物疏散时速度为3m/s～8m/s随机，运动方向都朝疏散终点方向运动，采用相对速度障碍物模型模拟人群障碍物避让。本专利技术还提供一种公共场所人群疏散仿真系统，包括创建模块、添加模块、离散模块、计算模块、疏散模块，其中：所述创建模块用于根据需要仿真的场景创建三维虚拟环境，在所述三维虚拟环境中导入建筑物和要疏散的人群，并设定疏散终点；所述添加模块用于对上述创建的三维虚拟环境添加物理引擎支持；所述离散模块用于将上述添加物理引擎支持的三维虚拟环境的信息进行离散化，形成基于道路网络的拓扑结构图；所述计算模块用于根据上述三维虚拟环境中人群个体的当前位置和疏散终点，利用快速最短路径算法在所述拓扑结构图上得到每个个体的最短路径；所述疏散模块用于使所述个体按照上述得到的最短路径向疏散终点疏散。其中，该系统还包括：判断模块，用于判断所述个体在依照所述最短路径向疏散终点疏散过程中是否遇到障碍物；避让模块，用于当疏散过程中遇到障碍物时，采用相对速度障碍物模型完成个体在遇到障碍物时的避让。所述的添加模块具体用于：采用ODE等物理引擎对创建的三维虚拟环境添加物理引擎支持，然后设定包括但不限于重力加速度、最大速度、摩擦系数、每个个体质量的物理条件。所述的计算模块具体用于：根据人群个体的当前位置和疏散终点，设置人群的当前位置为V1,V2…，疏散终点为S，并将所述当前位置和疏散终点加入到上述得到的拓扑结构图中；由Vi点到达S的最短路径记为D[i]，开始时将所有D[i]初始化为无穷大，D[S]为0；不断尝试减小D数组的元素，最终将其中每一个元素减小到实际的最短路径。所述的避让模块具体用于：根据人物模型在场景的大小得到该模型的包围盒大小，根据包围盒大小设置每个个体的碰撞半径，假定每个人物疏散时速度为3m/s～8m/s随机，运动方向都朝疏散终点方向运动，采用相对速度障碍物模型模拟人群障碍物避让。本专利技术公共场所人群疏散仿真方法及系统，采用RVO模型成功模拟了人群在疏散时碰撞的避让问题，采用快速最短路径方法有效解决了RVO模型缺乏有效动态路径规划的问题，能够较真实的模拟人群疏散的场景，对公共场所安全逃生提供有效的规划方案。附图说明图1为本专利技术公共场所人群疏散仿真方法的流程图；图2为本专利技术RVO障碍物避让示意图；图3为本专利技术公共场所人群疏散仿真系统的硬件架构图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。参阅图1所示，是本专利技术公共场所人群疏散仿真方法较佳实施例的作业流程图。步骤S401，根据需要仿真的场景创建三维虚拟环境，在所述三维虚拟环境中导入建筑物和需要疏散的人群，并设定疏散终点。具体而言：采用3DMAX等建模工具根据需要仿真的场景建立三维模型，即创建三维虚拟环境。所述三维模型包括：地面、建筑物、人群。在3DMAX中设定上述地面、建筑物、人物的相对位置。采用三维渲染引擎OSG(OpenSceneGraph)导入所述三维模型，得到一个虚拟的三维场景。根据所述三维场景的具体位置选定一个疏散终点，比如小区的大门口，获得该疏散终点的空间坐标(x,y,z)。步骤S402，对上述创建的三维虚拟环境添加物理引擎支持，模拟支持牛顿力学的真实的物理世界。具体而言：对利用OSG创建的虚拟的三维场景，采用ODE(OpenDynamic本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种公共场所人群疏散仿真方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：a.根据需要仿真的场景创建三维虚拟环境，在所述三维虚拟环境中导入建筑物和要疏散的人群，并设定疏散终点；b.对上述创建的三维虚拟环境添加物理引擎支持；c.将上述添加物理引擎支持的三维虚拟环境的信息进行离散化，形成基于道路网络的拓扑结构图；d.根据上述三维虚拟环境中人群个体的当前位置和疏散终点，利用快速最短路径算法在所述拓扑结构图上得到每个个体的最短路径；e.所述个体按照上述得到的最短路径向疏散终点疏散。

【技术特征摘要】
1.一种公共场所人群疏散仿真方法，其特征在于，该方法包括如下
步骤：
a.根据需要仿真的场景创建三维虚拟环境，在所述三维虚拟环境中
导入建筑物和要疏散的人群，并设定疏散终点；
b.对上述创建的三维虚拟环境添加物理引擎支持；
c.将上述添加物理引擎支持的三维虚拟环境的信息进行离散化，形
成基于道路网络的拓扑结构图；
d.根据上述三维虚拟环境中人群个体的当前位置和疏散终点，利用
快速最短路径算法在所述拓扑结构图上得到每个个体的最短路径；
e.所述个体按照上述得到的最短路径向疏散终点疏散。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
判断所述个体在依照所述最短路径向疏散终点疏散过程中是否遇
到障碍物；
如果在疏散过程中遇到障碍物，则采用相对速度障碍物模型完成个
体在遇到障碍物时的避让，而后返回步骤d；
如果在疏散过程中没有遇到障碍物，则每个个体都到达疏散终点。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的步骤b包括：
采用ODE等物理引擎对创建的三维虚拟环境添加物理引擎支持，
然后设定包括但不限于重力加速度、最大速度、摩擦系数、每个个体质
量的物理条件。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的步骤d具体包括：
根据人群个体的当前位置和疏散终点，设置人群的当前位置为
V1,V2…，疏散终点为S，并将所述当前位置和疏散终点加入到上述得

\t到的拓扑结构图中；
由Vi点到达S的最短路径记为D[i]，将所有D[i]初始化为无穷大，
D[S]初始化为0；
不断尝试减小D数组的元素，最终将其中每一个元素减小到实际的
最短路径。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用相对速度障碍
物模型完成个体在遇到障碍物时的避让，具体包括：
根据人物模型在场景的大小得到该模型的包围盒大小，根据包围盒
大小设置每个个体的碰撞半径，假定每个人物疏散时速度为3m/s～8m/s
随机，运动方向都朝疏散终点方向运动，采用相对速度障碍物模型模拟
人群障碍物避让。
6.一种公共场所人群疏...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨胜，胡金星，尹凌，王书强，王倩，卢依枫，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44