【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于行人疏散，具体涉及一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法及仿真系统。
技术介绍
1、随着社会经济的快速发展，城市人口不断增加。同时伴随着行人出行频率的增加以及各种聚集性活动的増多，致使在公共场所如火车站、地铁站、体育场等经常出现大规模人群聚集，这给城市的安全管理带来挑战。因此，为了确保在突发事件发生时人群能够安全疏散，对行人运动特性和行为规律的研究以及相应的疏散策略制定变得至关重要，而行人流建模是实现这些目标的重要方式。
2、现有的研究行人流的微观模型主要有：基于规则的模型，代表模型为元胞自动机模型(cam)；基于力的模型，代表模型为社会力模型(sfm)；基于速度的模型，代表模型为无碰撞速度模型(cvm)。然而，基于cam建立的模型可能会由于空间和时间的过度分散而导致模型存在一些缺陷，例如，难以选择网格和时间步的大小、对角运动与横纵向运动距离不同以及有限的速度范围和最大密度；基于sfm建立的模型可能会出现不切实际的震动、后退现象，同时该模型没有考虑行人可能承受的最大力。此外，行人疏散的行为机理由感知、决策和行动三部分构成，而基于cam和sfm的模型由于基本规则的限制，使其无法再现行人疏散的行为机理，从而无法体现行人在疏散过程中的自主性和异质性，而这恰恰是基于cvm的模型的优势。
3、在现有基于cvm的模型中，按照行人速度方向确定的方式，其相关模型主要分为两类：一类是从一个的离散或者连续的速度方向集合中，按照一定规则选择出一个最优方向作为行人的移动方向；另外一类是将行人与环境感知对象间的关系
4、综上所述，现有的模型不能较好重现行人移动过程中的感知行为，且在确定行人速度大小时考虑的因素过于单一。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法及仿真系统，能够较好的重现行人移动过程中感知、决策和行动的过程，使得行人移动更加合理和高效。
2、本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法，包括步骤：
4、步骤一，构建感知区域，所述感知区域由若干个子区域构成；
5、步骤二，获取感知区域内的感知信息，所述感知信息由感知区域内所有可见对象构成，可见对象包括可见行人和可见障碍物；
6、步骤三，计算行人i在t时间步每个速度方向的方向成本，选择方向成本最小的速度方向作为下一时间步的速度方向ei(t+1)，完成行人i在t时间步速度方向决策；
7、步骤四，基于行人i当前速度大小vi(t)和下一时间步最大速度大小vimax(t+1)，确定下一时间步速度大小vi(t+1)，完成行人i在t时间步速度大小决策；
8、步骤五，确定行人i在t时间步碰撞后采取的碰撞消除机制；
9、步骤六，基于速度方向决策、速度大小决策和碰撞消除机制，更新行人i在t+1时间步位置。
10、进一步，计算t时间步行人i每个速度方向的方向成本的方法：
11、s1.1，基于行人i下一时间步内在方向上能够移动的最远距离vi0·δt和方向上不发生碰撞的距离确定行人i在方向下一时间步δt可移动的距离
12、s1.2，分别计算方向的距离成本、惰性成本和心理成本，表示为：
13、
14、其中，ri为感知区域是半径，ei0(t)表示行人i在t时间步的期望移动方向，a为距离值，ei(t)为行人i当前时间步速度方向，ej(t)为行人j当前时间步速度方向，dij(t+tp)表示行人i位置与可见行人j经过预测时间tp后位置间的距离，rij表示行人i与行人j半径之和，ri为行人i半径；diw(t)表示行人i与障碍物w之间的距离；和分别表示在eik(t)方向上可能与行人i发生碰撞的行人障碍物；
15、s1.3，基于距离成本、惰性成本和心理成本，方向的方向成本表示为：
16、
17、其中，κ1、κ2、κ3分别为距离成本、惰性成本和心理成本相应成本的权重；ndis、nine、nphy分别表示相应距离成本、惰性成本和心理成本的归一化常量。
18、进一步，所述s1.1中方向上不发生碰撞的距离的计算步骤如下：
19、①计算可见行人集合pi(t)中行人经过预测时间tp后的位置，表示为：
20、xj(t+tp)＝xj(t)+ej(t)·vj(t)·tp
21、其中，xj(t)表示行人j在t时间步位置，ej(t)和vj(t)分别表示行人j在t时间步速度方向和速度大小，tp表示预测时间；
22、②计算在方向上可能与行人i发生碰撞的行人和障碍物表示为：
23、
24、其中，ei(t)为行人i当前时间步速度方向，eij(t+tp)表示行人i指向行人j预测后位置的单位向量；cos＜ei(t),eij(t+tp)＞表示行人i速度方向与eij(t+tp)之间的夹角；dij(t+tp)表示行人i位置与可见行人j经过预测时间tp后位置间的距离；为行人i第k个感知方向与eij(t+tp)之间的正弦值，rij表示行人i与行人j半径之和；diw(t)表示行人i与障碍物w之间的距离，eiw(t)为障碍物的法向方向；
25、③计算中行人经过预测时间tp后位置与行人i位置之间的距离在eik(t)方向上的投影值、中障碍物位置与行人i位置之间的距离在eik(t)方向上的投影值和感知区域是半径ri之间的最小值作为eik(t)方向上不发生碰撞的距离
26、进一步，步骤四中计算下一时间步最大速度大小vimax(t+1)的步骤：
27、行人i以下一时间步速度方向对应的不发生碰撞的距离为行人的前向距离h，如果前向距离h小于最小前向距离hmin，则vimax(t+1)＝0；
28、如果h大于hmin且(h-hmin)/t小于vi0，则vimax(t+1)＝(h-hmin)/t；
29、如果h大于hmin且(h-hmin)/t大于vi0，则vimax(t+1)＝vi0。
30、进一步，行人下一时间步速度大小vi(t+1)为行人当前速度大小vi(t)和下一时间步最大速度大小vimax(t+1)之间的插值，计算公式如下：
31、
32、其中，τ为时间间隔。
33、进一步，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法，其特征在于，计算t时间步行人i每个速度方向的方向成本的方法：
3.根据权利要求2所述的一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法，其特征在于，所述S1.1中方向上不发生碰撞的距离的计算步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法，其特征在于，步骤四中计算下一时间步最大速度大小Vimax(t+1)的步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法，其特征在于，行人下一时间步速度大小Vi(t+1)为行人当前速度大小Vi(t)和下一时间步最大速度大小Vimax(t+1)之间的插值，计算公式如下：
6.根据权利要求1所述的一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法，其特征在于，碰撞消除机制具体为：如果ei(t)·ej(t)<0，在t+1时间步，行人i将保持静止，行人j更新位置；如果ei(t)·ej(t)≥0，在t+1时间步，行人i和j均更
7.根据权利要求1所述的一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法，其特征在于，步骤六中更新行人位置，表示为：xi(t+1)＝xi(t)+ei(t+1)·Vi(t+1)·Δt，其中，Vi(t+1)为行人下一时间步速度大小，ei(t+1)为下一时间步的速度方向，Δt为下一时间步，xi(t)为行人i在t时间步位置。
8.根据权利要求1所述的一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法，其特征在于，行人i在t时间步的感知区域是半径Ri的180°扇形区域，由n个圆心角相同的子区域构成。
9.根据权利要求1所述的一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法，其特征在于，可见行人和可见障碍物定义为：假设从行人i位置发出若干条射线，感知区域内与射线相交的其他行人或障碍物为可见行人和可见障碍物。
10.一种基于行人视觉的启发式微观疏散仿真系统，其特征在于，用于实现上述权利要求1所述的一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法，系统包括感知模块、决策模块和执行模块；
...【技术特征摘要】
1.一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法，其特征在于，计算t时间步行人i每个速度方向的方向成本的方法：
3.根据权利要求2所述的一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法，其特征在于，所述s1.1中方向上不发生碰撞的距离的计算步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法，其特征在于，步骤四中计算下一时间步最大速度大小vimax(t+1)的步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法，其特征在于，行人下一时间步速度大小vi(t+1)为行人当前速度大小vi(t)和下一时间步最大速度大小vimax(t+1)之间的插值，计算公式如下：
6.根据权利要求1所述的一种基于行人视觉的启发式微观疏散建模方法，其特征在于，碰撞消除机制具体为：如果ei(t)·ej(t)<0，在t+1时间步，行人i将保持静止，行人j更新位置；如果ei(t)·ej(t)≥0，在t+1...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。