基于扩展BDI模型的人群疏散仿真方法技术

本发明专利技术涉及基于扩展BDI模型的人群疏散仿真方法，本发明专利技术提出了一种基于扩展BDI模型的人群疏散仿真方法，该方法基于扩展BDI模型，利用细胞自动机与多智能体技术，并能根据实际建筑的平面布局，对在紧急状况下(如火灾等)的公共场所人员疏散进行仿真。?该方法在人群仿真的过程中充分考虑人员的心理状态对疏散的影响，经过扩展的BDI体系结构对这些精神层面的因素给予了一定的支撑，其应用于对环境信息不完整的人群仿真，更与现实符合。?该方法在建筑物中的大量人员安全、快速疏散仿真研究中具有广泛的应用前景，能够检验设计方案或应对预案，是一种比较经济可行的人群疏散仿真方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机图形学中的人群仿真，尤其是基于扩展BDI模型建立的公共场所中在紧急状况下(如火灾)人员疏散的仿真模型及其系统实现。
技术介绍
随着社会经济以及城市的发展，大型建筑，如摩天人楼、体育场馆、车站、码头和机场等大量涌现。在这些场所，通常有大量的人员出入或逗留。怎样将建筑物中的大量人员安全、快速疏散，不仅是建筑物设计时必须认真考虑和研究的问题，也是已有建筑进行紧急情况应对预案的重要研究课题。在这方面的研究中，通过计算机的仿真模拟，检验设计方案 或应对预案，是比较经济可行的手段。一旦发生紧急事件，在人群疏散时，对环境的熟悉程度及其恐慌程度是影响疏散的有序与速度的重要因素，因为在紧急的环境下，人会高度恐慌以及感到不舒适，无组织的疏散会导致拥挤或发生踩踏事件而造成人员伤亡，造成悲剧发生。近年米，这方面研究的重点是基丁一智能体技术(Agent)的疏散仿真模型。在这类模型中，不预先设定人群的行为规律，而是将建模的落脚点放在单个的人上。用“智能体”(智能体)表示单个的人。通过将大量代表个人的智能体放在虚拟的建筑物空间中，研究它们的总体行为，就可以模拟出真实状况下人群的行为。细胞自动机(Cellular Automata)最初是由计算机之父冯·诺依曼(John VonNeumann)于20世纪40年代开始研究的，并且由致促成了白我复制自动机的发展。细胞自动机是ー种自生的机器。细胞自动机是由ー些特定规则的格子组成，可以是ニ维的矩形数组，还可以是三维的长方体网络。我们可以将每个格子看成是ー个细胞，而每个细胞都会具有一些状态，但在某一个时刻中每ー个细胞只可能处于ー种状态.在引入了离散的时间变化后，用细胞自动机可以表现一个动态的过程——姆个细胞的状态在ー个时间步长内都是不变且确定的，这可以由该细胞的上一个状态、周围细胞的状态，然后根据一定的状态转移规则计算出来，这里的周围细胞的多少就是由半径r決定的(见附图I)。因此，当我们设计好细胞自动机中各个细胞的初始状态后，它们便可按照所设定的，相同的规则进行演化。但是，在这些仿真模型中都忽略了人掌握的信息和人的主观意志对疏散过程的影响，个人被设定为拥有完美的信息和完全的理性，这与现实状况有较大偏差。在一股情况下，模拟人的行为是十分困难的，但并不是不可能，其中一个比较普通的办法就是设计ー个可以模拟人的性格的智能体，这样的智能体运作于一个场景中，并且是自主地运行，它们是自治的，协作的，有学习能力的，能适应的；并且有社会能力，反应能カ以及前趋性。自治意味着智能体运动可以不进行直接，持续的监瞀。随着研究水平的提高，对人的精神层面的不确定性方面研究给予了更多的重视，主要体现在在智能体技术的基础上，把智能体(智能体)定位为有意识系统，目前比较成熟的智能体认知结构是由Rao和Georgef提出的BDI (belief, desire, intention)模型，一个BDI智能体的精神状况表现在三个方面信念(beliefs)，由智能体对环境的熟悉程度决定；期望(desires),表现出智能体要做出的事件；意图(intentions),是智能体对期望的表达与目的。BDI模型体现出以下的优势 ——它来源于心理学，很容易能使人表达出其合理性以及适当的行为 ——它是ー个成熟的模型，已经使用于多个软件系统。
技术实现思路
本专利技术基于扩展BDI模型，以及利用细胞自动机与多智能体技术，建立了公共场所中在紧急状况下(如火灾)人员疏散的仿真系统。在人群仿真的过科中充分考虑人员的 心理状态对疏散的影响，BDI (Belief一Desire一Intention)体系结构对这些精神层面的因素给予了一定的支撑，其应用于对环境信息不完整的人群仿真，更与现实符合。要建立仿真系统，首先对BDI模型进行扩展，然后利用细胞自动机与多智能体技术构建仿真模型与个人行为原则，然后根据上述仿真模型和个人行为原则建立相应的数学模型，最后对在对烟雾的扩散和碰撞检测予以考虑就可以了附图说明图I不同半径的周围细胞示意图 图2扩展的BDI模型下人的行为方式 图3模拟系统运行的流程图 图4系统模拟的样例场景 图5仿真系统模拟样例的初始场景 图6仿真系统模拟样例的运行过程 图7仿真系统模拟样例运行结束具体实施例方式(一)细胞自动机与多智能体技术的应用 (I)细胞白动机 传统的细胞自动机理论中，一个网格内可以容纳多个智能体，当智能体数目多于某个值时，从中按一定规则选出ー个智能体随机移向邻接的网格中。当智能体是人时，这个规则往往是优先级即心理状态最差的人离开。其前提是应用细胞自动机的环境具有特点一不考虑障碍，智能体可到达环境中的每ー个地方。但本专利技术所要研究的环境则是一定要有内部障碍，有障碍的地方就是不可达的。此外，建筑的倒塌、火灾或者毒气攻击等，必定会影响到周围的环境，人的生命值和视野不是固定不变的。在这种情况下，一个网格内有多个细胞就行不通了，因为障碍的位置难以描述，烟雾的扩散也难以表示。在这种情况下，设定的每个网格仅能容纳ー个智能体，网格与细胞是相等大小的，一个网格内要么是障碍，要么是智能体，再要么为空。烟雾只能扩散到不是障碍的网格内。本模拟系统基于ニ维细胞自动机技术，表现为ニ维的网格(grids)，每个格子代表ー个细胞。在场景初始化后每个细胞(格子)就有了初始状态。一共有四种可能的状态为空或人已死亡(value=0),墙(value= I),有烟(value=2),有人(value=3),模拟撤离过程开始后，每隔ー个时间步(Step)更新一次细胞的状态。(2)多智能体 单智能体是ー个可会按所指定的规 则在网络(这里可看作一个虚拟的建筑物)中行走，并且会绕过障碍物的智能体。在单智能体的基础上就可扩展成多智能体，当姆个智能体在行走时，每个智能体的行走规则跟上述单智能体的规则一致。每个智能体除了要判断周围障碍物外，还要判断是否有其它智能体存在。以这里，把其它智能体也作为障碍物处理。(ニ)对BDI模型的扩展 原有的BDI模型是在智能体的三类意识态度上进行分析，它所体现出来的人的认知结构是复杂的，并没有详细具体地表现出三类意识状态的具体内容，因此可根据本次仿真系统的需要，对其赋予具体的内容，使之适用于具体的环境中。在人群疏散模型中，Belief-信念是由智能体对环境的熟悉程度决定，也就是其要逃离困境的信念；在信念与初始目的的基础上，智能体产生新的desire —期望，期望受到人的心理状态与速度的影响，造成每个人的期望各不相同；最后由期望产生目标，达到目标后，根据变化的參数形成新的intention-意图。在扩展BDI下人的行为方式如图2所示。(三)仿真系统的建立 (I)仿真模型与个人行为原则 系统采用ニ维的模拟仿真，可根据实际建筑平面来设计相应的仿真场景。例如附图4的场景样例主要是模拟一个两个出ロ的公共场所，场景中央是ー个比较人的“舞池”；上下两边分别有10个类似的“小房间”(包厢)。在建立仿真场景时，平面空间划分为大小相等的正方形単元格，网格的边长取为O.4m，与人的肩膀的宽度相对应，被仿真的区域为被墙(柱子、家具等阻碍人行动的障碍物)和出ロ所包围的单元格集合，任意単元格在任意时刻最多只能被ー个智能体占据，因此智本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于扩展BDI模型的人群疏散仿真方法，其特征是基于扩展BDI (Belief-Desire-Intention)模型，以及利用细胞自动机与多智能体技术，建立的公共场所中在紧急状况下(如火灾)人员疏散的仿真模型；在人群仿真的过程中充分考虑人员的心理状态对疏散的影响，BDI (Belief-Desire-Intention)体系结构对这些精神层面的因素给予了一定的支撑。2.根据权利要求I所述的细胞自动机技术，其特征是基于ニ维细胞自动机技术，表现为ニ维的网格(grids)，每个格子代表ー个细胞；在场景初始化后每个细胞(格子)就有了初始状态；一共有四种可能的状态为空或人已死亡(value=0),墙(value=l),有烟(value=2),有人(value=3),模拟撤离过程开始后，姆隔ー个时间步(Step)更新一次细胞的状态。3.根据权利要求I所述的多智能体技术，其特征是在单智能体的基础上扩展成多智能体；单智能体是ー个可会按所指定的规则在网络(这里可看作一个虚拟的建筑物)中行走，并且会绕过障碍物的智能体；当每个智能体在行走时，每个智能体的行走规则跟上述单智能体的规则一致；在这里，把其它智能体也作为障碍物处理。4.根据权利要求I所述的扩展BDI(Belief-Desire-Intention)模型，其特征是Belief-信念是由智能体对坏境的熟悉程度决定，也就是其要逃离困境的信念；在信念与初始目的的基础上，能体产生新的Desire-期望，期望受到人的心理状态与速度的影响，造成每个人的期望各不相同；最后由期望产生目标，达到目标后，根据变化的參数形成新的Intention-...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：上海日浦信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：