一种用于高速铁路站台的应急疏导仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于高速铁路站台的应急疏导仿真方法及系统，其通过划分高速站台的环境地图最优三角剖分的导航网格，依据火灾与高速站台的出口的安全距离计算可用出口并统计所有可用出口，进一步计算可用出口的出口耗费函数值来规划高速站台的每个乘客的最优出口，依据最优出口和基于环境地图最优三角剖分的导航网格规划乘客到最优出口的的最优路径，检测乘客之间是否会发生碰撞并以此来调整乘客的速度向量，以此得到高速站台乘客的最优路径和速度向量，从而得到火灾发生后的高速站台疏散情况的仿真结果，并依据仿真结果制订高铁站台疏散撤离方案。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高速铁路站台的应急疏导仿真方法及系统
本专利技术属于高速铁路领域，具体涉及一种用于高速铁路站台的应急疏导方法及系统。
技术介绍
大规模人群运动仿真就是研究人群在各种环境下的运动特征及规律，建立大规模人群的仿真模型，并在计算机生成空间种以三维的方式逼真地展示大规模的人群运动过程。作为一种分析工具，大规模人群运动仿真技术可以应用于公共安全领域，可以辅助建立积极情况下人员的疏散方案、合理布置消防器材、分配警力等，还可以作为场馆管理人员进行消防、反恐等安全方案预演及培训的辅助工具。近年来，国内外对于人员应急疏散仿真研究大多使用人群仿真技术，而关于人群仿真技术的研究已有多年。如现有的商业软件不仅价格昂贵，而且在做特定场景的人群仿真时很难满足既定需求。1987年Reynolds开创性地提出了描述类似鸟群的群体运动的方法，提出在群体中每个boid必须满足的三个最基本原则：1)避免与环境或其他boid发生碰撞；2)与邻近boid速度匹配；3)朝群体中心移动。该模型可以很好地描述群体队形，且规则简单易于实现，但不能较好的体现人群单一性与个体人员的智能性。法国EricBouvier将粒子系统引入到人群模型中，可以有效地模拟公共场所的人流状况，因粒子之间的耦合性受粒子间距离与力的影响不能较好的显现群体各成员的单一性多样性；DirkHelbing等系统研究了恐慌状态下的人群撤离行为，可以逼真的展现高密度人群疏散行为，估计人员损伤，评估场景设计合理性，对于建筑物疏散撤离方案的制订具有极高的参考价值。但该系统无法在复杂环境中展现不同的个体和群体行为，忽略了个体差异性，其中少数以个体为单位的方法规则过于简单，造成个体智能性不足的问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术通过划分高速站台的环境地图最优三角剖分的导航网格，计算可用出口的出口耗费函数值来规划高速站台的每个乘客的最优出口，依据最优出口和基于环境地图最优三角剖分的导航网格规划乘客到最优出口的的最优路径，从而得到对火灾发生后的高速站台疏散情况的仿真结果，并依据仿真结果制订高铁站台疏散撤离方案。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于高速铁路站台的应急疏导仿真方法，具体为：S1.划分高速站台的环境地图最优三角剖分的导航网格，导航网格包括可行区、不可行区和火灾区；S2.依据火灾与高速站台的出口的安全距离计算可用出口并统计所有可用出口；S3.计算高速站台乘客的所有可用出口的出口耗费函数值，取高速站台乘客的出口耗费函数值最小值对应的出口为乘客的最优出口，统计所有的高速站台乘客的最优出口；其中，出口耗费函数值为式中，R为火灾半径，v1为火灾扩展速度，v2为乘客最大速度，w为出口宽度，m为前往出口的高速站台乘客人数，n为出口处的乘客人数，α和β为调整系数，d1为火灾与出口的距离，d2为乘客与出口的距离；S4.依据最优出口和基于环境地图最优三角剖分的导航网格规划乘客到最优出口的的最优路径；S5.检测乘客之间是否会发生碰撞并以此来调整乘客的速度向量，以此得到高速站台乘客的最优路径和速度向量，从而得到火灾发生后的高速站台疏散情况的仿真结果，并依据仿真结果制订高铁站台疏散撤离方案。作为本专利技术的进一步改进，步骤S4中利用A*算法规划乘客到最优出口的最优路径，A*算法为：将环境地图最优三角剖分的导航网格中的三角形作为A*算法中的节点；第n个节点的估价函数可表示为：f(n)＝g(n)+h(n)g(n)表示从乘客位置到该节点的距离，g(n)＝f*(n-1)+k(n)，f*(n-1)为第n-1个最优节点的估价函数值，k(n)为穿入边中心到穿出边中点的距离，h(n)表示从该节点到终点的距离；以乘客位置为第一个最优节点，起始值f(1)＝0，从n＝2开始，迭代计算第n-1个最优节点的所有未经过的相邻节点的f(n)值，取f(n)值最小的相邻节点为最优路径的第n个最优节点，迭代终止的条件为计算所得的最优节点在最优出口位置的相邻节点；统计所有的最优节点的位置信息从而得到乘客的最优路径。作为本专利技术的进一步改进，步骤S5中利用相对速度障碍物法判断乘客之间是否会发生碰撞，相对速度障碍物法为：对于距离向量的长度小于预设值的第一乘客和第二乘客，第一乘客的半径和速度分别为Ra和第二乘客的半径和速度分别为Rb和在与第二乘客等速运动的动态坐标系中，第一乘客的相对速度为第二乘客的相对速度为将第一乘客看作一个质点，第二乘客的相对半径Rb0＝Ra+Rb，以第二乘客为中心作半径为Rb0的圆Ob0，并作第一乘客与圆Ob0的第一相切射线和第二相切射线第一乘客的相对速度的夹角在和之间时，判断为第一乘客和第二乘客会发生碰撞；比较以第一相切射线为参考得到的速度改变量和以第二相切射线为参考得到的速度改变量的模，取两者中模小的一者为最优速度改变量作为本专利技术的进一步改进，设置第一乘客和第二乘客的速度改变量权重分别为α1和1-α1，则第一乘客的速度改变量为第二乘客的速度改变量Δvb为作为本专利技术的进一步改进，依据高速站台乘客的实际情况分配不同的最大速度和速度改变量权重。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于高速铁路站台的应急疏导仿真系统，该系统包括导航网格划分模块和出口计算模块，导航网格划分模块连接出口计算模块，导航网格划分模块用于利用逐点插入法得到高速站台的环境地图最优三角剖分的导航网格，导航网格包括可行区、不可行区和火灾区；导航网格划分模块将高速站台的环境地图最优三角剖分的导航网格发送给出口计算模块；出口计算模块用于依据火灾与高速站台的出口的安全距离计算可用出口并统计所有可用出口；出口计算模块还用于计算高速站台乘客的所有可用出口的出口耗费函数值，取高速站台乘客的出口耗费函数值最小值对应的出口为乘客的最优出口，统计所有的高速站台乘客的最优出口；其中，出口耗费函数值为式中，R为火灾半径，v1为火灾扩展速度，v2为乘客最大速度，w为出口宽度，m为前往出口的高速站台乘客人数，n为出口处的乘客人数，α和β为调整系数，d1为火灾与出口的距离，d2为乘客与出口的距离；出口计算模块还用于依据最优出口和基于环境地图最优三角剖分的导航网格规划乘客到最优出口的的最优路径，出口计算模块还用于检测乘客之间是否会发生碰撞并以此来调整乘客的速度向量，以此得到高速站台乘客的最优路径和速度向量，从而得到火灾发生后的高速站台疏散情况的仿真结果，并依据仿真结果制订高铁站台疏散撤离方案。作为本专利技术的进一步改进，出口计算模块利用A*算法规划乘客到最优出口的最优路径，A*算法为：将环境地图最优三角剖分的导航网格中的三角形作为A*算法中的节点；第n个节点的估价函数可表示为：f(n)＝g(n)+h(n)g(n)表示从乘客位置到该节点的距离，g(n)＝f*(n-1)+k(n)，f*(n-1)为第n-1个最优节点的估价函数值，k(n)为穿入边中心到穿出边中点的距离，h(n)表示从该节点到终点的距离；以乘客位置为第一个最优节点，起始值f(1)＝0，从n＝2开始，迭代计算第n-1个最优节点的所有未经过的相邻节点的f(n)值，取f(n)值最小的相邻节点为最优路径的第n个最优节点，迭代终止的条件为计算所得的最优节点在最优出口位置的相邻节点；统计所有的最优节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高速铁路站台的应急疏导仿真方法，其特征在于，具体为：S1.划分高速站台的环境地图最优三角剖分的导航网格，导航网格包括可行区、不可行区和火灾区；S2.依据火灾与高速站台的出口的安全距离计算可用出口并统计所有可用出口；S3.计算高速站台乘客的所有可用出口的出口耗费函数值，取高速站台乘客的出口耗费函数值最小值对应的出口为乘客的最优出口，统计所有的高速站台乘客的最优出口；其中，出口耗费函数值为

【技术特征摘要】
1.一种用于高速铁路站台的应急疏导仿真方法，其特征在于，具体为：S1.划分高速站台的环境地图最优三角剖分的导航网格，导航网格包括可行区、不可行区和火灾区；S2.依据火灾与高速站台的出口的安全距离计算可用出口并统计所有可用出口；S3.计算高速站台乘客的所有可用出口的出口耗费函数值，取高速站台乘客的出口耗费函数值最小值对应的出口为乘客的最优出口，统计所有的高速站台乘客的最优出口；其中，出口耗费函数值为式中，R为火灾半径，v1为火灾扩展速度，v2为乘客最大速度，w为出口宽度，m为前往出口的高速站台乘客人数，n为出口处的乘客人数，α和β为调整系数，d1为火灾与出口的距离，d2为乘客与出口的距离；S4.依据最优出口和基于环境地图最优三角剖分的导航网格规划乘客到最优出口的最优路径；S5.判断乘客之间是否会发生碰撞并以此来调整乘客的速度向量，以此得到高速站台乘客的最优路径和速度向量，从而得到火灾发生后的高速站台疏散情况的仿真结果，并依据仿真结果制订高铁站台疏散撤离方案。2.根据权利要求1所述的一种用于高速铁路站台的应急疏导仿真方法，其特征在于，步骤S4中利用A*算法规划乘客到最优出口的最优路径，所述A*算法为：将环境地图最优三角剖分的导航网格中的三角形作为A*算法中的节点；第n个节点的估价函数可表示为：f(n)＝g(n)+h(n)g(n)表示从乘客位置到该节点的距离，g(n)＝f*(n-1)+k(n)，f*(n-1)为第n-1个最优节点的估价函数值，k(n)为穿入边中心到穿出边中点的距离，h(n)表示从该节点到终点的距离；以乘客位置为第一个最优节点，起始值f(1)＝0，从n＝2开始，迭代计算第n-1个最优节点的所有未经过的相邻节点的f(n)值，取f(n)值最小的相邻节点为最优路径的第n个最优节点，迭代终止的条件为计算所得的最优节点在最优出口位置的相邻节点；统计所有的最优节点的位置信息从而得到乘客的最优路径。3.根据权利要求1所述的一种用于高速铁路站台的应急疏导仿真方法，其特征在于，步骤S5中利用相对速度障碍物法判断乘客之间是否会发生碰撞，所述相对速度障碍物法为：对于距离向量的长度小于预设值的第一乘客和第二乘客，第一乘客的半径和速度分别为Ra和第二乘客的半径和速度分别为Rb和在与第二乘客等速运动的动态坐标系中，第一乘客的相对速度为第二乘客的相对速度为将第一乘客看作一个质点，第二乘客的相对半径Rb0＝Ra+Rb，以第二乘客为中心作半径为Rb0的圆Ob0，并作第一乘客与圆Ob0的第一相切射线和第二相切射线第一乘客的相对速度的夹角在和之间时，判断为第一乘客和第二乘客会发生碰撞；比较以第一相切射线为参考得到的速度改变量和以第二相切射线为参考得到的速度改变量的模，取两者中模小的一者为最优速度改变量4.根据权利要求3所述的一种用于高速铁路站台的应急疏导仿真方法，其特征在于，设置第一乘客和第二乘客的速度改变量权重分别为α1和1-α1，则第一乘客的速度改变量为第二乘客的速度改变量Δvb为5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种用于高速铁路站台的应急疏导仿真方法，其特征在于，依据高速站台乘客的实际情况分配不同的最大速度和速度改变量权重。6.一种用于高速铁路站台的应急疏导仿真系统，该系统包括导航网格划分模块和出口计算模块，导航网格划分模块连接所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱绍峰，辛春辉，许克亮，黄成周，张浩，朱金陵，殷勤，徐建君，李加祺，李经伟，葛钰，刘高坤，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，成都运达科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42