一种地铁车站人员应急疏散仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种地铁车站人员应急疏散仿真方法及系统，该方法包括：S1、搭建地铁车站紧急疏散仿真场景，初始化待疏散人员；S2、仿真待疏散人员对自身心理及生理状态、周围环境的感知；S3、根据待疏散人员对自身心理及生理状态、周围环境的感知结果，建立包含待疏散人员心理及生理状态的社会力模型；S4、根据包含待疏散人员心理及生理状态的社会力模型，建立待疏散人员运动路径及运动速度决策模型；S5、对待疏散人员运动路径及运动速度决策模型按照时间步长法进行仿真，得到各仿真时刻待疏散人员的运动状态和最终的仿真结果。本发明专利技术可提高应急疏散措施制定和实施的合理性与有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种地铁车站人员应急疏散仿真方法及系统
本专利技术涉及地铁车站人员应急疏散。更具体地，涉及一种地铁车站人员应急疏散仿真方法及系统。
技术介绍
城市轨道交通系统的快速发展时期，保证乘客安全成为全社会关注的焦点。多数地铁车站地下建造，具有较高封闭性。在高强度客流或紧急情况发生时，保证全部乘客在规定时间内转移到安全位置，降低次生事故发生概率成为相关部门及专家学者研究重点。地铁系统内存在大量乘客及工作人员，不同人员心理接受能力及对紧急疏散反应不同。使用一般人员仿真计算方法得到的相关结论，忽视了人员运动过程中的心理变化，所得到的疏散措施及相关结论也可能与真实情况存在差异，反而不利于人员疏散。为了保证对人员疏散的仿真真实有效，具体疏散策略可行，有必要对人员运动过程中的心理状态进行实时描述，掌握人员运动过程中的心理及生理变化规律，建立人员疏散运动过程中的心理及生理关系，通过改进既有社会力模型，识别疏散过程中的瓶颈拥堵区域，为及时有效的采取疏散管理措施、缓解疏散压力、降低安全风险提供一种科学合理的分析方法。在既有的应急疏散问题探讨过程中，主要采用的方法包括调查问卷、可控实验及仿真模拟等，实际研究中多采用已有模型如社会力模型或元胞自动机模型等模拟疏散人员运动情况，得到疏散环境变化对人员疏散的影响，给出合理疏散策略。上述方法虽能地刻画人员疏散的大体状态，但存在以下问题：(1)面对突发状况时，疏散人员作为独立的个体，其生理及心理状态各不相同，有针对性的个体研究及将人员生理、心理建立联系的研究均较少；(2)综合考虑多种影响因素对人员心理的影响，特别是人员自身恐慌感受与群体间恐慌传播两者的研究相对较少；(3)针对地铁火灾、烟雾等造成人员有效可见度下降从而导致人员运动状态发生改变的研究较少；(4)目前所做人员疏散仿真工作多基于已有仿真软件，此类仿真软件在描述地铁车站人员疏散方面针对性不强，对底层模型及实际参数的二次开发支持程度较差，使用过程中无法灵活适应实际问题与研究场景的变化。近年来，随着城市轨道交通的发展，很多大城市积累了大量公共交通刷卡数据，这些数据反映了车站内部人员的数量变化情况，可为紧急情况下地铁车站内部人员疏散分析提供准确完善的资料。尽管目前用于进行人员运动疏散仿真的模型较为成熟，但考虑人员运动过程中的心理及生理相互影响模型较少，综合考虑人员与周围环境之间交互研究较少。因此，需要提供一种同时考虑紧急疏散情况下人员心理及生理变化的地铁车站人员应急疏散仿真方法及系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种地铁车站人员应急疏散仿真方法及系统，以既有的社会力模型为基础，运用数学建模基本理论，根据疏散过程中影响人员心理及生理变化的因素，分析紧急情况下人员疏散的运动过程。运用这种方法得到人员在全站台上的实时分布特征，分析人员疏散的时空规律，识别和判断地铁站台内部人员拥堵及形成瓶颈的路段，进一步支撑应急疏散措施的制定和实施。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种地铁车站人员应急疏散仿真方法，包括如下步骤：S1、搭建地铁车站紧急疏散仿真场景，初始化待疏散人员；S2、仿真待疏散人员对自身心理及生理状态、周围环境的感知；S3、根据待疏散人员对自身心理及生理状态、周围环境的感知结果，建立包含待疏散人员心理及生理状态的社会力模型；S4、根据包含待疏散人员心理及生理状态的社会力模型，建立待疏散人员运动路径及运动速度决策模型；S5、对待疏散人员运动路径及运动速度决策模型按照时间步长法进行仿真，得到各仿真时刻待疏散人员的运动状态和最终的仿真结果。优选地，步骤S1进一步包括如下子步骤：S101、设置地铁车站紧急疏散仿真场景的特征参数，所述特征参数包括待疏散人员数量，危险源的性质、位置及危险强度和待疏散人员心理压力；S102、根据地铁车站紧急疏散仿真场景的特征参数搭建地铁车站紧急疏散仿真场景，所述仿真场景包括仿真站台和危险源；S103、在给定范围内随机生成各待疏散人员的身高、体重、初始位置、和初始期望速度。优选地，步骤S2进一步包括如下子步骤：S201、仿真待疏散人员对自身心理及生理状态的感知，心理状态包括可见度、滞留时间、耐心度和到达危险源距离等导致心理压力的多种因素，生理状态包括身高、体重和运动速度等；S202、仿真待疏散人员对周围环境的感知，周围环境包括周围障碍物、有效视野感知域范围内的其他待疏散人员的心理及生理状态。优选地，步骤S3进一步包括如下子步骤：S301、根据各待疏散人员所处场景，分析其可见度是否受到影响，利用可见度时空拟合模型计算可见度，并通过可见度变化计算有效视野感知域范围；S302、根据待疏散人员对自身心理及生理状态的感知仿真结果建立待疏散人员自恐慌模型，根据待疏散人员对周围环境的感知结果建立待疏散人员恐慌传播模型；S303、根据待疏散人员自恐慌模型和待疏散人员恐慌传播模型，建立待疏散人员心理压力模型；S304、利用待疏散人员心理压力模型对既有的社会力模型中的参数进行调整，建立包含待疏散人员心理及生理状态的社会力模型。一种执行上述地铁车站人员应急疏散仿真方法的地铁车站人员应急疏散仿真系统，包括：初始化模块，搭建地铁车站紧急疏散仿真场景，初始化待疏散人员；感知仿真模块，仿真待疏散人员对自身心理及生理状态、周围环境的感知；社会力模型建立模块，根据待疏散人员对自身心理及生理状态、周围环境的感知结果，建立待疏散人员心理压力模型，并进一步建立包含待疏散人员心理及生理状态的社会力模型；运动决策模型建立模块，根据包含待疏散人员心理及生理状态的社会力模型，建立待疏散人员运动路径及运动速度决策模型；疏散仿真模块，对待疏散人员运动路径及运动速度决策模型按照时间步长法进行仿真，得到各仿真时刻待疏散人员的运动状态和最终的仿真结果。本专利技术的有益效果如下：本专利技术所述技术方案以地铁站台内紧急事件发生后的待疏散人员运动为研究对象，以数学建模原理为基础，从时间与空间的角度提出了一种用于可见度时空拟合方案，将该方案与人员感知到的心理压力因素进行结合，对人员心理压力模型进行改进和计算，将心理压力度运用到对既有的社会力模型的改进过程中，计算出具有心理压力情况下的人员受力情况，并结合具体人员及环境状态给出科学的运动决策，支持人员在系统内稳定的运动。本专利技术所述技术方案科学、准确地分析人员在地铁站台紧急事件发生后的运动规律，识别和判断拥堵时段以及瓶颈路段和重要疏散设备的利用效率，进一步提高了应急疏散措施制定和实施的合理性与有效性。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1示出地铁车站人员应急疏散仿真方法流程图；图2示出待疏散人员感知自身状态流程图；图3示出待疏散人员感知周围环境流程图；图4示出待疏散人员可见度空间拟合示意图；图5示出待疏散人员视野感知域示意图；图6示出待疏散人员心理压力算例示意图，图中不同曲线代表不同权重取值下的人员心理压力变化情况；图7示出改进后社会力模型发生的拱形拥堵现象示意图及避让现象示意图；图8示出待疏散人员路径决策模型；图9示出待疏散人员速度决策模型；图10示出待疏散人员无可见度变化情况下疏散行为模型；图11示出待疏散人员可见度变化情况下疏散行为模型；图12示出待疏散案例场景及平台示意图；图13示出待疏散案例场本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地铁车站人员应急疏散仿真方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1、搭建地铁车站紧急疏散仿真场景，初始化待疏散人员；S2、仿真待疏散人员对自身心理及生理状态、周围环境的感知；S3、根据待疏散人员对自身心理及生理状态、周围环境的感知结果，建立包含待疏散人员心理及生理状态的社会力模型；S4、根据包含待疏散人员心理及生理状态的社会力模型，建立待疏散人员运动路径及运动速度决策模型；S5、对待疏散人员运动路径及运动速度决策模型按照时间步长法进行仿真，得到各仿真时刻待疏散人员的运动状态和最终的仿真结果。

【技术特征摘要】
1.一种地铁车站人员应急疏散仿真方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1、搭建地铁车站紧急疏散仿真场景，初始化待疏散人员；S2、仿真待疏散人员对自身心理及生理状态、周围环境的感知；S3、根据待疏散人员对自身心理及生理状态、周围环境的感知结果，建立包含待疏散人员心理及生理状态的社会力模型；S4、根据包含待疏散人员心理及生理状态的社会力模型，建立待疏散人员运动路径及运动速度决策模型；S5、对待疏散人员运动路径及运动速度决策模型按照时间步长法进行仿真，得到各仿真时刻待疏散人员的运动状态和最终的仿真结果。2.根据权利要求1所述的地铁车站人员应急疏散仿真方法，其特征在于，步骤S1进一步包括如下子步骤：S101、设置地铁车站紧急疏散仿真场景的特征参数，所述特征参数包括待疏散人员数量，危险源的性质、位置及危险强度和待疏散人员心理压力；S102、根据地铁车站紧急疏散仿真场景的特征参数搭建地铁车站紧急疏散仿真场景，所述仿真场景包括仿真站台和危险源；S103、在给定范围内随机生成各待疏散人员的身高、体重、初始位置、和初始期望速度。3.根据权利要求1所述的地铁车站人员应急疏散仿真方法，其特征在于，步骤S2进一步包括如下子步骤：S201、仿真待疏散人员对自身心理及生理状态的感知，心理状态包括可见度、滞留时间、耐心度和到达危险源距离，生理状态包括身高、体重和运动速度；S202、仿真待疏散人员对周围环境的感知，周围环境包括周围障碍物、有效视野感知域范围内的其他待...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄月，陈绍宽，刘葛辉，冉昕晨，许奇，李静婧，刘爽，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11