一種改進元胞自動機的人員疏散模型方法技術

本發明專利技術涉及一種改進元胞自動機的人員疏散模型方法。包括如下步驟：步驟1，在t時刻隨機生成初始速度；步驟2，選擇出口，計算行人社會力合力；步驟3，計算行人速度，并根據移動規則確定行人移動目標位置；步驟4，行人進行1個時間步；步驟5，確定目標位置是否到達出口，并計算疏散時間。本發明專利技術可以更好地描述行為人員疏散中典型現象，如行人間摩擦碰撞、行為動態選擇出口、行人在出口附近聚集形成結構以及行人不同的移動方式等。該模型方法運行速度快且更接近真實疏散情景。

【技術實現步驟摘要】
一種改進元胞自動機的人員疏散模型方法
本專利技術涉及一種一種改進元胞自動機的人員疏散模型方法。
技術介紹
近年來，公共區域突發事件不斷發生，如“上海外灘踩踏事件”、“巴黎爆炸事件”等，公共區域人員疏散問題已經引起社會廣泛關注。人員疏散模型是研究人員疏散的重要手段，如何更加準確模擬疏散過程是當前研究的關鍵。目前常用的模型有連續模型和離散模型。連續模型主要考慮行人微觀特性，注重具有自治行為方式的虛擬，強調心理因素和外界環境對運行行為的影響，進而模擬疏散人員的個人行為，但連續模型通常較復雜，運算量較大，尤其在復雜環境下計算效率較低。離散模型是通過一定規則來模擬人員疏散情況，計算簡單且運行速度較快，但難以捕捉個體行為。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術旨在提供一種改進元胞自動機的人員疏散模型方法。步驟1：將公共區域劃分為更小的網格，即每個格點均小于行人所占據的實際空間。規定每個行人占據2╳2個格點，格點邊長與行人半徑相等，行人中心為4個格點中心，具體方式如下：從疏散開始到結束，行人a在單位時間t從m（m>1）出口中選擇出口i的概率pi為：（1）（2）式中，fp表示慣性系數，di表示行人a到i出口的距離；Ni表示出口i正前方8╳8格點內行人個數。步驟2：根據社會力模型計算出加整度并且選擇合適的出口，按照基于速度的移動規則依次確定目標位置，具體方式如下：定義t時刻行人a的位置為該行人所占據4個單元格的中心位置，記為(x,y)，若（x,y）處有行人，則定義F(x,y,t)=1，否則F(x,y,t)=0；若F(x-1,y,t)=0，F(x,y-1,t)=0，F(x+1,y,t)=0，F(x,y+1,t)=0，則定義G(x,y,t)=0，則G(x,y,t)=1。步驟3：確定行人移動順序：對于每個出口，計算該出口與所有選擇該出口行人的距離，具體方式如下：設出口i的位置為(xi,yi)，則行人a距離出口i的距離為(3)對于選擇同一出口中的行人，依據距離從小到大依次進行移動；若存在多個行人到該出口的距離相等，則依據速度大小從大到小依次計算。若t時刻dia=1，則表示t+1時刻a已經脫離疏散區域。步驟4：根據t時刻，根據社會力模型得行人加速度aa(t)，則速度為va(t)=aa(t)·t+va·(t-1)，其中，速度方向為θ(θ∈[0,2π])。若計算的行人速度超過期望速度，則認為|va(t)|=。定義移動目標方向，其中round函數表示四舍五入取整。步驟5確定行人目標位置，行人a在t時刻向目標方向前進的格點數n=round{ρt·|va(t)|}，當φ=0，2，4，6，8時，；當φ=1，3，5，7時，。如果行人在當前位置向φ方向移動n個格點的過程中碰撞到其他行人，則會停止在與其他行人發生碰撞位置的前一格點；若行人a朝φ方向移動到第k（1≤k≤n）個格點時，該位置G（x,y,t）=1或F（x,y,t）=1，即若a在移動過程中與行人β發生碰撞，則a在t+1時刻的位置為a朝φ方向移動的第k-1個格點位置。設碰撞行人β速度為Vβ（t），t+1時刻a移動速度大小為va(t+1)=min{cosu·|vβ(t)|，|va(t)|}，其中u為va(t)與vβ(t)的夾角，移動方向仍為φ。若行人a向φ移動過程中任意位置G（x,y,t）=0或F（x,y,t）=0，則行人a向φ移動第n個格點的位置即為目標位置，移動速度大小，方向為φ。本專利技術的優點是：新的模型方法可以更好地描述行為人員疏散中典型現象，如行人間摩擦碰撞、行為動態選擇出口、行人在出口附近聚集形成結構以及行人不同的移動方式等。該模型方法運行速度快且更接近真實疏散情景。附圖說明圖1為模擬過程圖。圖2為φ方向與行人目標方向關系圖。具體實施方式參照附圖1和圖2，步驟1：將公共區域劃分為更小的網格，即每個格點均小于行人所占據的實際空間。規定每個行人占據2╳2個格點，格點邊長與行人半徑相等，行人中心為4個格點中心，具體方式如下：從疏散開始到結束，行人a在單位時間t從m（m>1）出口中選擇出口i的概率pi為：（1）（2）式中，fp表示慣性系數，di表示行人a到i出口的距離；Ni表示出口i正前方8╳8格點內行人個數。步驟2：根據社會力模型計算出加整度并且選擇合適的出口，按照基于速度的移動規則依次確定目標位置，具體方式如下：定義t時刻行人a的位置為該行人所占據4個單元格的中心位置，記為(x,y)，若（x,y）處有行人，則定義F(x,y,t)=1，否則F(x,y,t)=0；若F(x-1,y,t)=0，F(x,y-1,t)=0，F(x+1,y,t)=0，F(x,y+1,t)=0，則定義G(x,y,t)=0，則G(x,y,t)=1。步驟3：確定行人移動順序：對于每個出口，計算該出口與所有選擇該出口行人的距離，具體方式如下：設出口i的位置為(xi,yi)，則行人a距離出口i的距離為(3)對于選擇同一出口中的行人，依據距離從小到大依次進行移動；若存在多個行人到該出口的距離相等，則依據速度大小從大到小依次計算。若t時刻dia=1，則表示t+1時刻a已經脫離疏散區域。步驟4：根據t時刻，根據社會力模型得行人加速度aa(t)，則速度為va(t)=aa(t)·t+va·(t-1)，其中，速度方向為θ(θ∈[0,2π])。若計算的行人速度超過期望速度，則認為|va(t)|=。定義移動目標方向，其中round函數表示四舍五入取整。步驟5確定行人目標位置，行人a在t時刻向目標方向前進的格點數n=round{ρt·|va(t)|}，當φ=0，2，4，6，8時，；當φ=1，3，5，7時，。如果行人在當前位置向φ方向移動n個格點的過程中碰撞到其他行人，則會停止在與其他行人發生碰撞位置的前一格點；若行人a朝φ方向移動到第k（1≤k≤n）個格點時，該位置G（x,y,t）=1或F（x,y,t）=1，即若a在移動過程中與行人β發生碰撞，則a在t+1時刻的位置為a朝φ方向移動的第k-1個格點位置。設碰撞行人β速度為Vβ（t），t+1時刻a移動速度大小為va(t+1)=min{cosu·|vβ(t)|，|va(t)|}，其中u為va(t)與vβ(t)的夾角，移動方向仍為φ。若行人a向φ移動過程中任意位置G（x,y,t）=0或F（x,y,t）=0，則行人a向φ移動第n個格點的位置即為目標位置，移動速度大小，方向為φ。最后說明的是，以上所述僅為本專利技術的較佳實例而已，并不用以限制本專利技術，凡在本專利技術的精神和原則之內所作的任何修改，等同替換和改進等，均應包含在本專利技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種改進元胞自動機的人員疏散模型方法，其特征在于包括以下步驟：步驟1：將公共區域劃分為更小的網格，即每個格點均小于行人所占據的實際空間；規定每個行人占據2╳2個格點，格點邊長與行人半徑相等，行人中心為4個格點中心，具體方式如下：從疏散開始到結束，行人

【技術特征摘要】
1.一種改進元胞自動機的人員疏散模型方法，其特征在于包括以下步驟：步驟1：將公共區域劃分為更小的網格，即每個格點均小于行人所占據的實際空間；規定每個行人占據2╳2個格點，格點邊長與行人半徑相等，行人中心為4個格點中心，具體方式如下：從疏散開始到結束，行人a在單位時間t從m（m>1）出口中選擇出口i的概率pi為：（1）（2）式中，fp表示慣性系數，di表示行人a到i出口的距離；Ni表示出口i正前方8╳8格點內行人個數；步驟2：根據社會力模型計算出加整度并且選擇合適的出口，按照基于速度的移動規則依次確定目標位置，具體方式如下：定義t時刻行人a的位置為該行人所占據4個單元格的中心位置，記為(x,y)，若（x,y）處有行人，則定義F(x,y,t)=1，否則F(x,y,t)=0；若F(x-1,y,t)=0，F(x,y-1,t)=0，F(x+1,y,t)=0，F(x,y+1,t)=0，則定義G(x,y,t)=0，則G(x,y,t)=1；步驟3：確定行人移動順序：對于每個出口，計算該出口與所有選擇該出口行人的距離，具體方式如下：設出口i的位置為(xi,yi)，則行人a距離出口i的距離為(3)對于選擇同一出口中的行人，依據距離從小到大依次進行移動；若存在多個行人到該出口的距離相等，則依據速度大小從大到...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊川，
申請(專利權)人：楊川，
類型：發明
國別省市：陜西,61