考虑残障人员运动特征的行人疏散方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑残障人员运动特征的行人疏散方法，包括以下步骤：步骤S1:获取待疏散区域的出口信息及内部结构信息；步骤S2:获取人员分布信息，并计算待疏散区域内静态场分布；步骤S3:通过模拟，获取各类型行人运动特征；步骤S4:计算待疏散区域内动态场和预测场分布；步骤S5:通过模拟，获取各类行人决策；步骤S6:根据运动模块，模拟行人运动路径；步骤S7:分析初步模拟结果，优化人员决策及疏散方案，得到最优的疏散方案。本发明专利技术考虑残障人员运动特征，针对大型公共建筑内复杂多类别的人员疏散，有效提高疏散效率。

【技术实现步骤摘要】
考虑残障人员运动特征的行人疏散方法
本专利技术属于公共安全
，具体涉及一种考虑残障人员运动特征的行人疏散方法。
技术介绍
近年来，随着我国城市化进程的不断加快，城市人口规模和密度不断变大，大型公共建筑不断增多。大型公共建筑的结构复杂、内部空间大、封闭性强，一旦发生火灾、地震等事故，建筑中人员逃生困难。如果缺乏科学的疏散指引，人员容易恐慌，形成紊乱的、冲突的行人流，进一步造成人员伤亡。公共建筑中人员组成复杂，除了正常健康人，还会有老人、携带行李的人员、残障人员等行走不便人员，加大了灾害时人员逃生的困难程度。因此，在灾害发生短时间内，保障人员生命安全，降低经济损失，进行科学疏散指引具有十分重要的研究意义，而考虑残障人员运动特征的疏散模拟是其中重要的一部分。疏散实验和疏散模型目前都被广泛应用于人员疏散研究，探讨科学高效的疏散指引方案。但是人员疏散实验容易耗费大量的人力物力，且只能进行有限次数，不具备推广的普适性。而疏散模型具备计算高效准确，模拟次数不受限制，能普遍应用于多种场景等特点，因此，相较于疏散实验，疏散模型更为实用和适用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种考虑残障人员运动特征的行人疏散方法，考虑残障人员运动特征，针对大型公共建筑内复杂多类别的人员疏散，有效提高疏散效率。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种考虑残障人员运动特征的行人疏散方法，包括以下步骤：步骤S1:获取待疏散区域的出口信息及内部结构信息；步骤S2:获取人员分布信息，并计算待疏散区域内静态场分布；步骤S3:通过模拟，获取各类型行人运动特征；步骤S4:计算待疏散区域内动态场和预测场分布；步骤S5:通过模拟，获取各类行人决策；步骤S6:根据运动模块，模拟行人运动路径；步骤S7:分析初步模拟结果，优化人员决策及疏散方案，得到最优的疏散方案。进一步的，所述出口信息包括口位置、大小信息、实际能否通行信息；所述内部结构信息包括走廊尺寸信息、房间尺寸信息和障碍物位置信息。进一步的，所述各类型行人包括正常健康人和残障人员。进一步的，所述计算待疏散区域内静态场分布具体为：待疏散区域内各元胞(i,j)的静态场值为：Si,j＝distancemax-distancei,j其中，distancemax、distancei,j表示该区域内元胞距出口的最短距离的最大值、元胞(i,j)距出口的最短距离。进一步的，所述步骤S3中模拟行人运动特征，速度变化由下列公式计算；其中，vm,t、vm,d、γ、ρm,t、ρmax分别表示行人m在时间步t的实际运动速度、行人m期望运动速度、速度密度拟合常数、在t时刻行人m对应视野范围内密度值、整个系统最大密度值。进一步的，所述步骤S4具体为：如果在上一时间步，元胞上有行人存在，且当前时间步该行人离开，则该元胞处的动态场值加1；基于VonNeumann邻域，动态场随时间演变过程按下列公式获得：其中，表示元胞(i,j)在时间步t时的动态场值，α和δ是动态场扩散系数和衰减系数；设定行人向右行走，行人空邻域元胞预测场值Am,i,j按下列公式获得；其中，dm,n表示行人m与可运动元胞(i,j)对应的前方视野距离R之内的行人n之间的距离，λ、kv和Δv分别表示预测场视距控制参数、预测场速度差敏感系数、行人m与空邻域元胞(i,j)对应前方最近邻行人速度差。进一步的，所述行人决策包括帮助残障人员、超越同向行人和避让对向行人。进一步的，所述步骤S5具体为：步骤S51:分别以p2、p3的概率来表示具备超越同向行人的能力的概率、残障人员受到帮助的概率；步骤S52:行人通过周边环境来决定是否进入超越状态，通过预测场调控转移概率值，模拟超越同向行人、避让对向行人的决策；正常健康人运动方向与前方视野距离R之内的最近邻行人的运动方向相同或相反时，分别考虑是否进入超越状态、是否进行避让；二者运动方向为同向时，当二者之间速度差Δv达到某一阈值，且正常健康人具备超越能力时，经预测场调控转移概率后往侧向运动一个元胞后，即进入超越状态；二者运动方向为对向时，经预测场调控转移概率后往侧向运动一个元胞后，即记为避让对向行人；其中，当正常健康人在进行超越过程中，正前方受到阻碍后，记为超越失败；成功超越原阻碍行人后，记为超越成功，无论超越成功还是超越失败均转入正常状态；步骤S53:残障人员根据概率p3来判断是否受到帮助，受到帮助后的残障人员其提供帮助的正常健康人形成联合体并不再分离，由占据元胞数量与配置情况表示占据空间。进一步的，所述步骤S6具体为：步骤S61:基于场域模型，将模拟疏散区域离散成边长为l的元胞，时间被离散成步长为Δt的离散时间步，采用同步更新方法，依次完成每个时间步的行人运动；用以下公式来更新行人位置和状态；Pi,j＝NIexp(ksΔSi,j)exp(kdDi,j)exp(-kaAi,j)(1-ni,j)ξi,j其中，(i,j)表示空邻域元胞；N、I和ΔSi,j表示归一化因子、惯性因子和静态场差值(即目标元胞处静态场值减去当前元胞处静态场值)；ni,j和ξi,j表示行人占据情况和障碍物占据情况，若元胞(i,j)被行人占据，则ni,j＝1，ξi,j＝1，若元胞(i,j)被障碍物占据，则ni,j＝0，ξi,j＝0，若元胞(i,j)为空，则ni,j＝0，ξi,j＝1；参数ks、kd、ka、Di，j和Ai，j分别为静态场敏感系数、动态场敏感系数、预测场敏感系数、动态场值、预测场值；Pmforward、Pmleft、Pmright和Pmi,j分别为行人m选择期望方向往前、往左、往右和空邻域元胞(i,j)处的转移概率；Θ为相对应期望方向上最近邻元胞集；和vmax分别表示往期望运动方向运动一个元胞的概率、不运动的概率和系统最大速度值；步骤S62:根据计算得出的期望运动方向和期望运动元胞数，进一步解决多个行人有着相同目标元胞的冲突,直到通道内所有行人的目标元胞没有冲突。进一步的，所述步骤S62具体为：任意选择两个行人m、n，二者以随机慢化概率μ均保持原地不动；否则以(1-μ)概率选取其中一名行人m保持原目标元胞，另外一名行人n保持不动；其中分别等于行人m、n同一目标格点(i,j)上相对应期望方向上的转移概率值；将保持原目标元胞的行人m与其他一名行人，同样的按上述方法解决二者期望运动元胞冲突。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术考虑残障人员运动特征，针对大型公共建筑内复杂多类别的人员疏散，有效提高疏散效率。附图说明图1是本专利技术一实施例中方法流程图；图2是本专利技术一实施例中人员在未受到帮助或未提供帮助下的空邻域元胞示意图；图3是本专利技术一实施例中帮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑残障人员运动特征的行人疏散方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1:获取待疏散区域的出口信息及内部结构信息；/n步骤S2:获取人员分布信息，并计算待疏散区域内静态场分布；/n步骤S3:通过模拟，获取各类型行人运动特征；/n步骤S4:计算待疏散区域内动态场和预测场分布；/n步骤S5:通过模拟，获取各类行人决策；/n步骤S6:根据运动模块，模拟行人运动路径；/n步骤S7:分析初步模拟结果，优化人员决策及疏散方案，得到最优的疏散方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑残障人员运动特征的行人疏散方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:获取待疏散区域的出口信息及内部结构信息；
步骤S2:获取人员分布信息，并计算待疏散区域内静态场分布；
步骤S3:通过模拟，获取各类型行人运动特征；
步骤S4:计算待疏散区域内动态场和预测场分布；
步骤S5:通过模拟，获取各类行人决策；
步骤S6:根据运动模块，模拟行人运动路径；
步骤S7:分析初步模拟结果，优化人员决策及疏散方案，得到最优的疏散方案。


2.根据权利要求1所述的考虑残障人员运动特征的行人疏散方法，其特征在于，所述出口信息包括口位置、大小信息、实际能否通行信息；所述内部结构信息包括走廊尺寸信息、房间尺寸信息和障碍物位置信息。


3.根据权利要求1所述的考虑残障人员运动特征的行人疏散方法，其特征在于，所述各类型行人包括正常健康人和残障人员。


4.根据权利要求1所述的考虑残障人员运动特征的行人疏散方法，其特征在于，所述计算待疏散区域内静态场分布具体为：
待疏散区域内各元胞(i,j)的静态场值为：
Si,j＝distancemax-distancei,j
其中，distancemax、distancei,j表示该区域内元胞距出口的最短距离的最大值、元胞(i,j)距出口的最短距离。


5.根据权利要求1所述的考虑残障人员运动特征的行人疏散方法，其特征在于，所述步骤S3中模拟行人运动特征，速度变化由下列公式计算；



其中，vm,t、vm,d、γ、ρm,t、ρmax分别表示行人m在时间步t的实际运动速度、行人m期望运动速度、速度密度拟合常数、在t时刻行人m对应视野范围内密度值、整个系统最大密度值。


6.根据权利要求1所述的考虑残障人员运动特征的行人疏散方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：
如果在上一时间步，元胞上有行人存在，且当前时间步该行人离开，则该元胞处的动态场值加1；
基于VonNeumann邻域，动态场随时间演变过程按下列公式获得：



其中，表示元胞(i,j)在时间步t时的动态场值，α和δ是动态场扩散系数和衰减系数；
设定行人向右行走，行人空邻域元胞预测场值Am,i,j按下列公式获得；



其中，dm,n表示行人m与可运动元胞(i,j)对应的前方视野距离R之内的行人n之间的距离，λ、kv和Δv分别表示预测场视距控制参数、预测场速度差敏感系数、行人m与空邻域元胞(i,j)对应前方最近邻行人速度差。


7.根据权利要求1所述的考虑残障人员运动特征的行人疏散方法，其特征在于，所述行人决策包括帮助残障人员、超越同向行人和避让对向行人。


8.根据权利要求7所述的考虑残障人员运动特征的行人疏散方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：
步骤S51:分别以p2、p3的概率来表示具备超越同向行人的能力的概率、残...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅丽碧，刘宇星，施永乾，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35