基于导航点和RVO模型的人群疏散仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种基于导航点和RVO模型的人群疏散仿真方法，包括以下步骤：步骤一、生成导航点：导航点满足两个条件：第一、路径节点位于障碍物顶点之外，并与障碍物保持一定安全距离；第二、如果障碍物的两个顶点是连通的，则对应两个顶点生成的路径节点也是连通的；步骤二、选择可用的导航点：可用导航点满足：危险系数N

【技术实现步骤摘要】
基于导航点和RVO模型的人群疏散仿真方法


[0001]本专利技术涉及人群疏散仿真
，具体地说是基于导航点和RVO模型的人群疏散仿真方法。

技术介绍

[0002]随着现代社会的快速发展，人群高度集中的区域越来越多，例如大型商场、体育馆、博物馆、交通枢纽等。在这些区域发生突发事件时，如果没有科学合理的疏导指挥，很容易发生重大的人员伤亡和财物损失。人群疏散仿真是研究发生突发事件时人群疏散的行为，可以为制定科学合理的疏散方案提供决策支持，帮助设计者对建筑物或者公共场所的人流疏散通道进行综合分析与评价，以减少群体事件中拥挤、踩踏等不良事件的发生，使人群能够快速地疏散到安全区域。由于人群是个复杂的自组织系统，影响行人运动的因素繁多，实现高质量的人群仿真效果存在着诸多挑战，吸引了计算机科学、生物物理学、安全科学、心理学等众多领域研究者的关注。
[0003]目前比较成熟的人群疏散算法有相互速度障碍物(RVO)模型、社会力模型、网格模型A
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star算法等，其中RVO模型使用较多，如申请号为CN2018107778712、CN20191025113.7的专利申请都采用了RVO模型。相互速度障碍物(RVO)模型是一类重要的行人运动模型，在行人建模仿真领域得到广泛应用.然而该模型仅能应用于简单空间场景，当场景中存在多复杂障碍物时，例如凹多边形障碍物，该模型不能有效完成行人的疏散仿真；并且该模型也没有考虑在疏散过程中行人之间情绪的相互影响。
[0004]在现有RVO模型进行人群多障碍物场景疏散仿真过程中，当行人与目标点之间满足通视条件时，行人能有效疏散到目的地。但当行人与目的地间有障碍物，使行人与目标点之间不能通视时，障碍物的形状、位置分布会影响行人的疏散行为。
[0005]在多障碍物场景中，基于RVO模型进行人群疏散仿真过程中障碍物的形状、位置分布会影响行人的疏散行为，导致有可能出现下列问题：
[0006](1)行人无法绕过非凸边形障碍物
[0007]当场景中有非凸边形障碍物时，RVO模型会使处在非凸边形区域内的行人无法绕出障碍物。
[0008](2)行人疏散仿真路径不合理
[0009]RVO模型中行人的运动路径依赖于合力的驱动，在某些场景中，该模型不能产生合理的行人运动轨迹。

技术实现思路

[0010]本专利技术之目的是弥补上述之不足，向社会公开能够应用于场景中存在复杂障碍物、路线规划合理的基于导航点和RVO模型的人群疏散仿真方法。
[0011]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0012]一种基于导航点和RVO模型的人群疏散仿真方法，包括以下步骤：
[0013]步骤一、生成导航点：在障碍物的每个顶点附近生成一个路径节点作为行人绕过障碍物的导航点，所述的导航点满足两个条件：第一、路径节点位于障碍物顶点之外，并与障碍物保持一定安全距离；第二、如果障碍物的两个顶点是连通的，则对应两个顶点生成的路径节点也是连通的；
[0014]步骤二、选择可用的导航点：对导航点设置危险系数N
R
和拥挤系数N
C
，对行人设置对导航点的危险性认知系数P
R
和拥挤性认知系数P
C
；可用导航点满足：危险系数N
R
≤危险性认知系数P
R
，拥挤系数N
C
≤拥挤性认知系数P
C
；
[0015]步骤三、基于导航点规划疏散路径：采用一个无向图对场景进行重构，把场景中行人的开始节点、所有可用导航点和所有出口节点作为无向图的顶点集合，判断该集合中任意两个顶点的连线与障碍物是否相交，如果不相交，表明顶点通视，构建一条边，如此反复构造出场景的连通无向图；在所构建的无向图中从行人开始节点到目的节点的任意条通行路径都是行人可能选择的疏散路径，从中计算得出疏散路径中的最短路径；
[0016]步骤四、基于RVO模型疏散行人：规划好行人的疏散路径后，采用RVO模型对行人进行疏散仿真。
[0017]进一步优化本技术方案的措施是：
[0018]作为改进，所述的步骤一中，障碍物顶点对应导航点的计算包括以下步骤：
[0019]步骤1：以该顶点坐标为圆心，nR长度为半径，生成一个圆W，并得出圆W的方程，其中，R为行人的半径，n为正整数；
[0020]步骤2：求该顶点与相邻两点构成角的角平分线L，得出角平分线L的方程；
[0021]步骤3：计算求得圆W和角平分线L的两个相交点的坐标；
[0022]步骤4：利用射线法分别计算两个交点与障碍物相交的数目，如果相交的数目为偶数或零，则表明该交点位于障碍物的外部，即为所求的导航点。
[0023]作为改进，所述的步骤三中，在构造的无向图中采用Dijkstra算法求出从行人开始节点到每个出口节点的最短路径。
[0024]作为改进，所述的步骤四中，疏散仿真的具体步骤为：先将疏散路径的初始节点作为行人的出发地，将疏散路径中的中的第二个节点作为行人的临时目的地，利用RVO模型驱动行人运动到临时目的地,再将疏散路径中的下一个节点作为行人的临时目的地，如此往复直到行人抵达目的地,完成了行人的疏散仿真。
[0025]作为改进，所述的危险系数N
R
对任意导航点i定义为N_Risk(i)，其取值范围为[0,1]。
[0026]作为改进，所述的N_Risk(i)的计算方法：其中，D
Pass
是导航点i到刺激源中心的距离，是导航点i到刺激源中心的最小安全距离。
[0027]作为改进，所述的拥挤系数N
C
对任意导航点i定义为N_Crowd(i)，其取值范围为[0,1]。
[0028]作为改进，所述的N_Crowd(i)的计算方法：
其中，n表示距离导航点设定范围内的行人总数，表示行人i与导航点之间的距离。
[0029]作为改进，所述的危险性认知系数P
R
对任意导航点i定义为P_Risk(i)，其取值范围为[0,1]。
[0030]作为改进，所述的拥挤性认知系数P
C
对任意导航点i定义为P_Crowd(i)，其取值范围为[0,1]。
[0031]本专利技术与现有技术相比的优点是：
[0032]本专利技术的基于导航点和RVO模型的人群疏散仿真方法，利用障碍物的顶点作为导航点，并对导航点进行了条件限定，从危险性和拥挤性对导航点进行筛选，留下可用的导航点来构造一个无向连通图，以此规划出行人的疏散路径。利用障碍物的顶点作为导航点，解决了传统RVO人群疏散模型在复杂障碍物场景中的行人无法绕过非凸边形障碍物问题；通过对导航点危险性和拥挤性的判断，避免了所规划路径不合理的问题。
附图说明
[0033]图1是本专利技术的流程图；
[0034]图2是障碍物导航点生成示意图；
[0035]图3是导航点生成原理图。
具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于导航点和RVO模型的人群疏散仿真方法，其特征是：包括以下步骤：步骤一、生成导航点：在障碍物的每个顶点附近生成一个路径节点作为行人绕过障碍物的导航点，所述的导航点满足两个条件：第一、路径节点位于障碍物顶点之外，并与障碍物保持一定安全距离；第二、如果障碍物的两个顶点是连通的，则对应两个顶点生成的路径节点也是连通的；步骤二、选择可用的导航点：对导航点设置危险系数N
R
和拥挤系数N
C
，对行人设置对导航点的危险性认知系数P
R
和拥挤性认知系数P
C
；可用导航点满足：危险系数N
R
≤危险性认知系数P
R
，拥挤系数N
C
≤拥挤性认知系数P
C
；步骤三、基于导航点规划疏散路径：采用一个无向图对场景进行重构，把场景中行人的开始节点、所有可用导航点和所有出口节点作为无向图的顶点集合，判断该集合中任意两个顶点的连线与障碍物是否相交，如果不相交，表明顶点通视，构建一条边，如此反复构造出场景的连通无向图；在所构建的无向图中从行人开始节点到目的节点的任意条通行路径都是行人可能选择的疏散路径，从中计算得出疏散路径中的最短路径；步骤四、基于RVO模型进行疏散仿真：规划好行人的疏散路径后，采用RVO模型对行人进行疏散仿真。2.根据权利要求1所述的基于导航点和RVO模型的人群疏散仿真方法，其特征是：所述的步骤一中，障碍物顶点对应导航点的计算包括以下步骤：步骤1：以该顶点坐标为圆心，nR长度为半径，生成一个圆W，并得出圆W的方程，其中，R为行人的半径，n为正整数；步骤2：求该顶点与相邻两点构成角的角平分线L，得出角平分线L的方程；步骤3：计算求得圆W和角平分线L的两个相交点的坐标；步骤4：利用射线法分别计算两个交点与障碍物相交的数目，如果相交的数目为偶数或零，则表明该交点位于障碍物的外部，即为所求的导航点。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊，
申请(专利权)人：宁波工程学院，
类型：发明
国别省市：