基于社会力模型的人群群组间避让和群组内协作模型制造技术

人群模拟研究行人运动及行人与环境的相互关系，是为城市基础设施规划、大型公众活动策划和突发事件应急疏散等做事前预测或事后检验的方法。该方法通过构建行人之间及行人和环境之间的力学模型，可模拟行人避让、拥挤、堵塞、吸引和排斥等在现实生活中常见的行为，结合不同场景下行人的特殊性可以模拟该场景下行人的运动方式。本发明专利技术中的模型加入了群组间避让行为和群组内次群组的协调行为，可以模拟在不同环境的避让行为，若次群组在避让过程中被迫分开，通过添加后排次群组向前排次群组靠拢的力使得不同排次群组可以保持中心对称，并保持一定利于行走的间距。一方面，当前的人群模拟在旅游、消防、建筑等领域的广泛应用，对人群模拟结果的质量做到符合现实和快速可视化有极高需求；另一方面，该模型更符合真实行人行为，通过调整参数可以模拟不同属性行人和场景下的特殊现象，所以该模型具有很强的社会应用价值。

A social force model based model of avoidance among groups and collaboration within groups

【技术实现步骤摘要】
基于社会力模型的人群群组间避让和群组内协作模型
本专利技术是一个模拟人群群组行为的模型，特别是关于不同群组间的避让方式、同个群组内不同次群组的交互方式，可以模拟出在不同拥挤环境中的群组避让行为和次群组之间的吸引、排斥、中心对齐等行为。
技术介绍
人群模拟对城市空间分析和服务应用具有重要意义，如建筑物设计及合理性检测、基础设施规划、商业选址和应急疏散等。从微观角度来说，人群模拟不仅要能表达独立个体的行为方式，模拟出避免与其他行人和障碍物的碰撞、走向指定目的地、不断调整速度与方向等行为。但由于在很多场所下的行人群中，拥有一定社会关系和相同目的的行人占绝大多数，该类人群的行为特征极大的影响了整个行人群的行为方式，因此还需要能够模拟出这类特殊社会群组行为的模型。针对此种需求，本专利技术提出一种基于社会力模型的人群群组间避让和群组内协作模型，该模型不仅能够反映不同群组之间在同向、异向情况下如何相互避让，还可以模拟出拥有较多人数的群组内部分解成2-3人不等的次群组，以及这些次群组如何调整彼此之间的位置和距离。然而目前的人群模拟大多针对独立个体，很少考虑带有社会关系的社会群组。在少数考虑了社会群组的模型中，能够模拟出的群组行为大致可以归为以下两类：1)为同个社会群组内的成员添加一个指向该群组质心的吸引力，该力可以使群组成员尽可能聚集在一起；2)预先定义不同人数的群组可能出现的空间结构，通过速度的调整让群组内的成员形成一定的形状，根据不同的环境调整行进和交流两个这件的平衡。但是这些模型模拟出的社会群组比较松散，在复杂的环境下同个群组内的成员会被分散甚至相距很远，即没有在空间上聚集也不能形成一定的结构。本专利技术专利就是解决这个问题的数学模型，既能模拟出群组与群组交汇时的避让方式，还可以模拟出同个群组不同次群组如何相互协调的行为。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一个基于社会力的群组间避让模型、一个次群组间相互协调模型和拥有社会关系的人群模拟解决方案。为了实现上述目的，本专利技术所采用以下解决方案：(1)实现经典社会力模型，可模拟避让、拥挤、堵塞等现象。(2)扩展社会力模型，在拥有社会关系的群组内部加入群组成员吸引力和排斥力，以及成员视角转向群组质心的转向力，使得属于同个群组的成员在行走过程中尽可能得聚集在一起。(3)在以上群组社会力模型的基础上，加入群组避让力，使得群组在避让其他群组和行人的过程中，采用整个群组避让的方式，而不是从其他群组内部穿过或者让其他行人从自己的群组内部穿过。并且在避让过程中，模拟人可以根据场景拥挤程度等判断选择的避让方式和避让的积极程度。fgroupRep＝A·exp[(rij-dij)/B]·S·ev(4)接着在上述模型的基础上加入属于同个群组内的次群组协调行为，其中群组成员分组、次群组前后对齐及次群组保持一定前后距离的。fsubGroup＝fsubAtt+fsubDist(5)利用以上改进的模型模拟地铁内、办公园区内、旅游景点等人群行为。本专利技术用上述方法扩展的模型，具有以下优点：本专利技术是基于社会力模型的扩展模型，关注行人之间的微观交互行为，除了可以模拟行人基本的避让、拥挤、堵塞等行为，还可以模拟拥有社会关系一同出行群组的吸引、排斥等行为。加入了群组避让方式后，模型允许行人自主判断环境，根据情况选择合理的避让方式，其中包括群组避让和穿插避让。在场景足够整个群组通过的时候，群组更偏好群组避让，到人群密度过高群组无法整个一起通过时，才会被迫分开而从别的群组内部穿插通过。最后加入了次群组的协调行为，包括不同排的次群组前后对齐行为和次群组间保持一定间距的行为。本专利技术改进的模型更真实地反映了群组的行为方式，对大型公共场所的规划和突发事件的应急疏散具有较高的实际应用价值。附图说明如说明书附图中图1为经典社会力模型可实现的避让、拥挤、堵塞等现象。图2为扩展社会力后加入群组吸引力和排斥力后的行为现象。图3为在图2的基础上添加了群组避让力，使得群组可以采取绕行的避让方式。图4为添加了群组内部次群组协调作用力后，次群组之间保持中心对称和一定间距。具体实施方式下面结合公式对本文专利技术进行详细的描述。该模型利用现实中的视频数据观测人群群组的行为，在基本社会力模型的基础上，除了群组内部吸引力、排斥力和视角转向力之外，加入了群组避让力以保证群组在避让其他行人和障碍物时，根据现时场景选择合理的方式平滑地避让。此外通过加入群组内部的协调力，实现大群组分解成2-3人组成的次群组、次群组间保持中心对称以及次群组前后保持一定距离。本专利技术的实现主要包括以下几个方面：真实视频数据观测和行为提取、社会力模型实现、扩展社会力群组模型实现、加入群组避让行为、加入次群组协调行为和在具体应用场景下进行模拟。(1)实现经典社会力模型，可模拟避让、拥挤、堵塞等现象。(2)扩展社会力模型，在拥有社会关系的群组内部加入群组成员吸引力和排斥力，以及成员视角转向群组质心的转向力，使得属于同个群组的成员在行走过程中尽可能得聚集在一起。(3)在以上群组社会力模型的基础上，加入群组避让力，使得群组在避让其他群组和行人的过程中，采用整个群组避让的方式，而不是从其他群组内部穿过或者让其他行人从自己的群组内部穿过。并且在避让过程中，模拟人可以根据场景拥挤程度等判断选择的避让方式和避让的积极程度。(4)接着在上述模型的基础上加入属于同个群组内的次群组协调行为，其中群组成员分组、次群组前后对齐及次群组保持一定前后距离的。(5)利用以上改进的模型模拟地铁内、办公园区内、旅游景点等人群行为。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于社会力模型的人群群组间避让和群组内协作模型具体实现流程如下：/n(1)实现经典社会力模型，可模拟避让、拥挤、堵塞等现象。/n

【技术特征摘要】
1.基于社会力模型的人群群组间避让和群组内协作模型具体实现流程如下：
(1)实现经典社会力模型，可模拟避让、拥挤、堵塞等现象。






(2)扩展社会力模型，在拥有社会关系的群组内部加入群组成员吸引力和排斥力，以及成员视角转向群组质心的转向力，使得属于同个群组的成员在行走过程中尽可能得聚集在一起。






(3)在以上群组社会力模型的基础上，加入群组避让力，使得群组在避让其他群组和行人的过程中，采用整个群组避让的方式，而不是从其他群组内部穿过或者让其他行人从自己的群组内部穿过。并且在避让过程中，模拟人可以根据场景拥挤程度等判断选择的避让方式和避让的积极程度。



fgroupRep＝A·exp[(rij-dij)/B]·S·ev
(4)接着在上述模型的基础上加入属于同个群组内的次群组协调行为，其中群组成员分...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄琳，龚建华，李文航，孙麇，
申请(专利权)人：中国科学院遥感与数字地球研究所，嘉兴河图遥感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11