基于群體智能的人群疏散建模與仿真方法研究.pdf

1、隨著公共安全問題的發(fā)生日益頻繁，大規(guī)模人群疏散問題成為應(yīng)急處理中不容忽視的重要環(huán)節(jié)。研究突發(fā)事件下人群疏散的行為特征及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)人群聚集場(chǎng)所的疏散能力進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，成為解決火災(zāi)、踩踏等公共安全問題的有效途徑。突發(fā)事件下的人群疏散是一項(xiàng)極為復(fù)雜的工作，實(shí)際疏散演練是疏散方案的最佳測(cè)試方法，然而這種方式存在人員安全無法保障、實(shí)驗(yàn)代價(jià)高等多種問題。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的出現(xiàn)為應(yīng)急場(chǎng)景下人群疏散方案的測(cè)試與分析提供了新的思路。應(yīng)急場(chǎng)景下的人群疏散仿

2、真主要包括場(chǎng)景建模、路徑尋優(yōu)以及人群運(yùn)動(dòng)行為建模。針對(duì)上述三方面研究?jī)?nèi)容，本文提出了相應(yīng)的建模方法與人群疏散運(yùn)動(dòng)模型。
　　針對(duì)傳統(tǒng)場(chǎng)景建模方法中存在的建模成本高，模型精度差等問題，本文提出了一種基于單幅圖像的三維場(chǎng)景建模方法，該方法在控制成本的同時(shí)，提高了模型精度，實(shí)現(xiàn)了高逼真度的要求。此外，目前在針對(duì)突發(fā)事件人群疏散仿真的研究中，雖然已經(jīng)存在很多從計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)的角度建立的人群運(yùn)動(dòng)行為模型。但是，將人群心理因素引入到大規(guī)模

3、人群疏散中并量化其對(duì)人群疏散的影響，建立反映人群疏散特征的模型的研究還比較少。本文采用多蜂群協(xié)同進(jìn)化算法作為宏觀模型指導(dǎo)宏觀路徑規(guī)劃，采用改進(jìn)的社會(huì)力模型和微粒群算法作為微觀模型指導(dǎo)人群疏散過程中的個(gè)體行為，構(gòu)建出綜合了宏觀和微觀兩種模型優(yōu)勢(shì)的人群疏散運(yùn)動(dòng)模型。
　　本文主要的工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　(1)針對(duì)場(chǎng)景建模的特性，本文提出了一種基于單幅圖像的交互式三維場(chǎng)景建模方法。該方法使用單幅圖像作為輸入，降低了對(duì)輸入的要求；

4、在圖像處理的過程中加入了用戶交互，并利用交互信息指導(dǎo)二維圖像與三維模型之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算，從而大大縮短了圖像處理的時(shí)間?；趩畏鶊D像的交互式三維場(chǎng)景建模方法以三種基元為基礎(chǔ)，通過基元構(gòu)建、前景背景提取、模型貼圖以及交互式操作，快速生成用戶所需要的三維場(chǎng)景模型。實(shí)驗(yàn)表明，本文所提出的基于單幅圖像的交互式3D場(chǎng)景建模方法能夠有效降低建模成本，提高模型精度，快速生成與圖像相對(duì)應(yīng)的三維場(chǎng)景模型。
　　(2)針對(duì)人群運(yùn)動(dòng)過程中的人群分組行為

5、，本文提出一種考慮群組特性的微觀人群疏散仿真模型，該模型主要包括三部分：基于群組吸引力的人群分組方法、考慮群組特性的社會(huì)力量模型以及基于微粒群算法的人群運(yùn)動(dòng)模型。該模型首先以家庭、同事、朋友等關(guān)系為依據(jù)形成分組，在分組結(jié)果的基礎(chǔ)上將考慮群組特性的社會(huì)力量模型與基于微粒群算法的人群運(yùn)動(dòng)模型結(jié)合，共同指導(dǎo)人群的微觀運(yùn)動(dòng)過程，從而更好地重現(xiàn)人群疏散過程中的分組現(xiàn)象以及出口處的拱形現(xiàn)象。
　　(3)在原始人工蜂群的基礎(chǔ)上引入了多種群協(xié)同進(jìn)

6、化的概念，提出了一種基于分層通訊模型的多蜂群協(xié)同進(jìn)化算法，并采用種群自適應(yīng)調(diào)整策略來降低算法復(fù)雜度。性能測(cè)試和可視化仿真實(shí)驗(yàn)表明該算法能夠有效拓展解的多樣性，提高求解精度，同時(shí)還具有收斂速度快的優(yōu)勢(shì)。本文將該算法應(yīng)用于人群疏散過程中的宏觀路徑規(guī)劃，為疏散過程中的個(gè)體提供路徑選擇功能。
　　結(jié)合相應(yīng)的科研項(xiàng)目，將上述研究成果應(yīng)用于人群疏散建模與仿真系統(tǒng)的場(chǎng)景模型與人群疏散模型構(gòu)建中。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了環(huán)境建模、語義提取、人群運(yùn)動(dòng)和數(shù)據(jù)導(dǎo)出