一种安全疏散标志引导的人群行为仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种安全疏散标志引导的人群行为仿真方法及系统。其中该方法包括：创建待仿真场景的三维建筑物模型；确定三维建筑物模型中与待仿真场景相对应的出口数量及出口位置；标记三维建筑物模型中与待仿真场景相对应的安全疏散标志位置；根据出口数量、出口位置及安全疏散标志位置，预先设定三维建筑物模型中的路标点，进而采用PRM算法生成疏散可用的所有路径，并将安全出口规划方向内的路径标记为规定单向路径；超出安全出口规划方向的路径，标记为由外向出口的单向路径；导入初始化疏散人群的特征数据；采用Dijkstra算法为疏散人群的个体从规定单向路径中寻找出最短逃生路径；在疏散人群运动的过程中，采用RVO避障策略对人群疏散进行仿真。

【技术实现步骤摘要】
一种安全疏散标志引导的人群行为仿真方法及系统
本专利技术属于虚拟现实技术、计算机仿真和公共安全领域，尤其涉及一种安全疏散标志引导的人群行为仿真方法及系统。
技术介绍
随着社会经济的持续进步，人们生活水平的不断提高以及社会各项事业的全面发展，随之而来的是各大类型的公共场所朝着超大、超高的方向发展，这给公共场所内的人员疏散埋下隐患。尤其是城市中人群高度集中的办公场所和娱乐场所，一旦遇到火灾、地震等紧急情况，人群情绪极度恐慌，无法迅速合理地找到安全出口，而且容易发生踩踏事故，降低了疏散效率。当出现紧急突发性事故时，如何采取有效措施应对此类事-故，保障民众的生命安全，降低紧急事故造成的人员伤亡，已成为世界各大研究机构亟待解决的一个重要课题。安全疏散标志作为一种重要的疏散引导及干预手段，是公共场所必不可少的组成部分，其设置的合理性和科学性，将直接影响到疏散的效率：设置合理的安全疏散标志，将帮助疏散者快速选择疏散路径，抵达安全出口，从而达到降低群聚踩踏风险，提高疏散效率的目的；反之，将会误导疏散者，延误逃生时机。因此，关于“安全出口”、“应急通道”等安全疏散标志位置的放置，具有很高的研究价值。安全疏散标志的主要作用是帮助疏散者进行路径选择，尤其是在多出口选择以及规避危险路段等方面，安全疏散标志发挥着重要作用。国内外研究人员对安全疏散指示标志的设置问题已经进行了长期的研究，并取得了一定的进展。研究人员对人群运动仿真的研究也一直在进行，研究人员认为在群体仿真过程中，需要解决的两个重要问题是有效的路径规划和碰撞避免。路径规划的主要作用是在起点位置和终点位置之间找到一条能够避开所有障碍物的全局最优路径，常用的路径规划方法有基于图的搜索方法如A*算法，基于采样的规划方法如PRM算法、RRT算法，局部规划方法如PotentialField等。碰撞避免的主要作用是避免个体在群体运动过程中与障碍物或其他个体发生碰撞，常用的碰撞避免方法有社会力模型、相互速度障碍物(RVO)模型等。通过设置安全疏散指示标志，避免将疏散人流指向危险区域虽然已成为研究者的共识，但如何通过设置安全疏散指示标志的位置和个数，将整体疏散效率达到最优化，是亟需解决的课题。而且现有的人群疏散仿真系统均为考虑安全疏散指标的影响，进而降低了疏散仿真的真实性，且降低了疏散的效率。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术的第一目的是提供一种安全疏散标志引导的人群行为仿真方法，以实现真实、有效地公共场所的疏散过程进行仿真，分析安全疏散标志的设置对于疏散效率的影响，为安全疏散标志的设置合理性提供一定的科学指导。本专利技术的一种安全疏散标志引导的人群行为仿真方法，包括：创建待仿真场景的三维建筑物模型；确定三维建筑物模型中与待仿真场景相对应的出口数量及出口位置；标记三维建筑物模型中与待仿真场景相对应的安全疏散标志位置；根据出口数量、出口位置及安全疏散标志位置，预先设定三维建筑物模型中的路标点，进而采用PRM算法生成疏散可用的所有路径，并将安全出口规划方向内的路径标记为规定单向路径；超出安全出口规划方向的路径，标记为由外向出口的单向路径；导入初始化疏散人群的特征数据；采用Dijkstra算法为疏散人群的个体从规定单向路径中寻找出最短逃生路径；在疏散人群运动的过程中，采用RVO避障策略对人群疏散进行仿真。进一步的，采用PRM算法生成疏散可用的所有路径的具体过程为：学习阶段：根据预先设定三维建筑物模型中的路标点，构建路径网络图；查询阶段：查询路径网络图中从一个起点到一个终点的路径。PRM算法是一种基于图搜索的方法，它将连续空间转换成离散空间，再利用A*等搜索算法在路线图上寻找路径，以提高搜索效率。这种方法能用相对少的随机采样点来找到一个解，对多数问题而言，相对少的样本足以覆盖大部分可行的空间，并且找到路径的概率为1(随着采样数增加，找到的一条路径P指数的趋向于1)。显然，当采样点太少，或者分布不合理时，PRM算法是不完备的，但是随着采用点的增加，也可以达到完备。所以PRM是概率完备且不最优的。进一步的，在查询阶段，将确定的起点和终端与路径网络中任意两个点分别连接；寻找路径网络中上述两个点所连接的路径，这样将起点和终点连接起来，构成全局路径；得到全局路径后，使用平滑的方法优化路径。进一步的，预先设定三维建筑物模型中的路标点的规则为：在安全出口处，加设路标点；在危险路段或禁止通行路段，不设路标点，但在路段外设多向分散路标点，以将人群路径规划到其他路段；在人群流量超过阈值的拥挤路段，设置多路路标点，为人员分流做准备；在拐角路段，设置密集路标点，以保证人群平滑转向，提高真实感。本专利技术的第二目的是提供一种安全疏散标志引导的人群行为仿真系统，其以实现真实、有效地公共场所的疏散过程进行仿真，分析安全疏散标志的设置对于疏散效率的影响，为安全疏散标志的设置合理性提供一定的科学指导。本专利技术的一种安全疏散标志引导的人群行为仿真系统，包括人群行为仿真服务器，所述人群行为仿真服务器，包括：三维建筑物模型创建模块，其被配置为创建待仿真场景的三维建筑物模型；出口确定模块，其被配置为确定三维建筑物模型中与待仿真场景相对应的出口数量及出口位置；安全疏散标志标记模块，其被配置为标记三维建筑物模型中与待仿真场景相对应的安全疏散标志位置；路径生成及标记模块，其被配置为根据出口数量、出口位置及安全疏散标志位置，预先设定三维建筑物模型中的路标点，进而采用PRM算法生成疏散可用的所有路径，并将安全出口规划方向内的路径标记为规定单向路径；超出安全出口规划方向的路径，标记为由外向出口的单向路径；疏散人群特征数据导入模块，其被配置为导入初始化疏散人群的特征数据；最短逃生路径寻找模块，其被配置为采用Dijkstra算法为疏散人群的个体从规定单向路径中寻找出最短逃生路径；人群疏散仿真运行模块，其被配置为在疏散人群运动的过程中，采用RVO避障策略对人群疏散进行仿真。进一步的，在所述路径生成及标记模块中，采用PRM算法生成疏散可用的所有路径的具体过程为：学习阶段：根据预先设定三维建筑物模型中的路标点，构建路径网络图；查询阶段：查询路径网络图中从一个起点到一个终点的路径。进一步的，在所述路径生成及标记模块中，在查询阶段，将确定的起点和终端与路径网络中任意两个点分别连接；寻找路径网络中上述两个点所连接的路径，这样将起点和终点连接起来，构成全局路径；得到全局路径后，使用平滑的方法优化路径。进一步的，在所述路径生成及标记模块中，预先设定三维建筑物模型中的路标点的规则为：在安全出口处，加设路标点；在危险路段或禁止通行路段，不设路标点，但在路段外设多向分散路标点，以将人群路径规划到其他路段；在人群流量超过阈值的拥挤路段，设置多路路标点，为人员分流做准备；在拐角路段，设置密集路标点，以保证人群平滑转向，提高真实感。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术综合考虑公共场所内现有的安全疏散指示标志，采用基于现有安全疏散标志，进而采用PRM算法生成疏散可用的所有路径，并将安全出口规划方向内的路径标记为规定单向路径；超出安全出口规划方向的路径，标记为由外向出口的单向路径；导入初始化疏散人群的特征数据；采用Dijkstra算法为疏散人群的个体从规定单向路径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种安全疏散标志引导的人群行为仿真方法，其特征在于，包括：创建待仿真场景的三维建筑物模型；确定三维建筑物模型中与待仿真场景相对应的出口数量及出口位置；标记三维建筑物模型中与待仿真场景相对应的安全疏散标志位置；根据出口数量、出口位置及安全疏散标志位置，预先设定三维建筑物模型中的路标点，进而采用PRM算法生成疏散可用的所有路径，并将安全出口规划方向内的路径标记为规定单向路径；超出安全出口规划方向的路径，标记为由外向出口的单向路径；导入初始化疏散人群的特征数据；采用Dijkstra算法为疏散人群的个体从规定单向路径中寻找出最短逃生路径；在疏散人群运动的过程中，采用RVO避障策略对人群疏散进行仿真。

【技术特征摘要】
1.一种安全疏散标志引导的人群行为仿真方法，其特征在于，包括：创建待仿真场景的三维建筑物模型；确定三维建筑物模型中与待仿真场景相对应的出口数量及出口位置；标记三维建筑物模型中与待仿真场景相对应的安全疏散标志位置；根据出口数量、出口位置及安全疏散标志位置，预先设定三维建筑物模型中的路标点，进而采用PRM算法生成疏散可用的所有路径，并将安全出口规划方向内的路径标记为规定单向路径；超出安全出口规划方向的路径，标记为由外向出口的单向路径；导入初始化疏散人群的特征数据；采用Dijkstra算法为疏散人群的个体从规定单向路径中寻找出最短逃生路径；在疏散人群运动的过程中，采用RVO避障策略对人群疏散进行仿真。2.如权利要求1所述的一种安全疏散标志引导的人群行为仿真方法，其特征在于，采用PRM算法生成疏散可用的所有路径的具体过程为：学习阶段：根据预先设定三维建筑物模型中的路标点，构建路径网络图；查询阶段：查询路径网络图中从一个起点到一个终点的路径。3.如权利要求2所述的一种安全疏散标志引导的人群行为仿真方法，其特征在于，在查询阶段，将确定的起点和终端与路径网络中任意两个点分别连接；寻找路径网络中上述两个点所连接的路径，这样将起点和终点连接起来，构成全局路径；得到全局路径后，使用平滑的方法优化路径。4.如权利要求1所述的一种安全疏散标志引导的人群行为仿真方法，其特征在于，预先设定三维建筑物模型中的路标点的规则为：在安全出口处，加设路标点；在危险路段或禁止通行路段，不设路标点，但在路段外设多向分散路标点，以将人群路径规划到其他路段；在人群流量超过阈值的拥挤路段，设置多路路标点，为人员分流做准备；在拐角路段，设置密集路标点，以保证人群平滑转向，提高真实感。5.一种安全疏散标志引导的人群行为仿真系统，其特征在于，包括人群行为仿真服务器，所述人群行为仿真服务器，包括：三维建筑物模型创建模块，其被配置为创建待仿真场景的三维建筑物模型；...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕蕾，赵修凯，吕晨，张桂娟，刘弘，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37