基于社会力的椭圆行人动力学模型

发布时间：2017-06-29 21:18

  本文关键词：基于社会力的椭圆行人动力学模型，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着中国城市化进程的加快,越来越多的人口涌入城市。公共区域人口密度的增加,导致火灾、拥挤等潜在风险发生概率也随之提高。2014年12月31日上海外滩跨年活动发生踩踏事件,导致36人死亡,突显了密集人群带来的公共安全的风险,因此,有必要建立公共人群安全预警系统。公共人群安全预警系统核心就是要建立合适的行人模型,利用计算机图像技术,将视频采集到的行人数据进行抽象,建立行人模型,然后进行计算机模拟,推算演化未来的行人轨迹,分析可能出现异常的地点以便进行预警。本文以社会力模型为基础,通过参考广义离心力模型和速度障碍等方法,针对社会力模型原有存在的问题提出了改进,呈现出新的行人特性,具体有：1、原有社会力模型,行人采用圆形来表征,本文采用椭圆来描述行人。原有社会力模型中,由于采用圆形行人,因此不必考虑行人朝向问题(而是假定行人的朝向就是行人的速度方向),并且由于圆形各向同性,如果通道宽度小于两个行人半径之和的时候就发生堵塞。本文针对社会力模型的这个缺点,采用椭圆来描述行人。一是更真实的刻画了行人的外形：二是,在此基础上,通过设定行人的转体运动规则,可以使行人具有侧身运动的能力,当行人发现前方可通行的宽度小于自身身体横向宽度时候,行人会改变身体的朝向,以便于通过前方狭窄空间。我们的结果表明,行人椭圆模型能很好的模拟宽度只有0.6m的过道内行人的行为,这是社会力模型所不具备的。2、引入行人碰撞预测,避免基于力学的行人模型中的超视距相互作用。在社会力模型里,只要两个行人在力学截断半径里,那么他们彼此之间始终有社会力存在,即使中间隔着行人等障碍物。目前许多社会力的改进模型通过引入了行人视觉来规避这一问题,其本质上仅仅是基于速度方向乘以一个影响因子而实现,没有从根本上解决这个问题。本文基于速度障碍法(Velocity Obstacle),筛选出给定时间内会与该行人发生碰撞的行人,在计算该行人社会力的时候忽略掉其他行人的社会力。这样行人运动行为更流畅,在双向行人流中,能很好的减少对向行人的干扰,行人运动特征更符合真实情况。3、通过模拟结果分析,建立通道单向人流和双向人流的行人平均速度-密度模型。应用行人椭圆模型对单向通道和双向通道进行分析,以及分析行人期望速度对行人平均速度的影响。本文建立了行人平均速度与行人密度的关系,以及通道流量与行人密度的关系。我们发现,随着行人密度的提升,行人之间相互影响增大,行人平均速度下降。这表明,若要达到通道通行效率最高,应该控制一定的行人密度,本文模型给出的数值是在2人/m2。同时我们发现行人之间不同的期望速度大小同样会阻碍通道流量的提升,结果表明应该在通道内设置绿色通道让低速度人群通过,以避免低速度行人对整个通道造成的拥堵。
【关键词】：行人模型 社会力模型 广义离心力模型 速度障碍
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：D035
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 论文研究背景12-13
• 1.2 国内外行人模型的研究现状13-17
• 1.2.1 宏观模型14-15
• 1.2.2 微观模型15-17
• 1.3 本文的主要工作17-19
• 第二章 社会力模型19-28
• 2.1 社会力的概念19-20
• 2.2 火灾疏散情况下的社会力模型20-25
• 2.2.1 自驱动力21
• 2.2.2 行人与行人之间的排斥力21-23
• 2.2.3 行人与行人之间的吸引力23
• 2.2.4 行人与障碍物之间的排斥力23-24
• 2.2.5 行人视野对社会力的修正24
• 2.2.6 个体的从众行为24-25
• 2.3 社会力模型的不足25-28
• 2.3.1 行人自身的描述不足25
• 2.3.2 actio et reactio问题25-26
• 2.3.3 超视距作用26
• 2.3.4 窄通道中行人不合理行走26-28
• 第三章 基于社会力的行人椭圆模型28-37
• 3.1 行人椭圆模型的基本概念28-30
• 3.2 行人椭圆模型的社会力形式30-34
• 3.2.1 自驱动力30-32
• 3.2.2 行人间的排斥力32-33
• 3.2.3 行人与墙的排斥力33-34
• 3.3 碰撞预测34-35
• 3.4 转体运动35-37
• 第四章 模拟结果与讨论37-48
• 4.1 行人椭圆模型的模拟程序框架37-38
• 4.1.1 模拟环境介绍37
• 4.1.2 模拟系统程序系统设计37-38
• 4.2 行人椭圆模型参数的选定38-39
• 4.3 典型现象的模拟39-41
• 4.3.1 狭窄通道行人侧身避让前方行人39-40
• 4.3.2 行人在周期性过道中的有序性40-41
• 4.4 通道中人群密度对人流的影响41-45
• 4.5 行人期望速度对行人平均速度的影响45-46
• 4.6 相互作用系数λ对行人平均速度的影响46-48
• 第五章 总结与展望48-50
• 5.1 论文主要结论48
• 5.2 工作展望48-50
• 参考文献50-54
• 致谢54-55
• 附录A：椭圆行人动力学模型C++语言源代码55-78

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1 彭威;基于社会力的椭圆行人动力学模型[D];南京大学;2016年

2 兰静;S形启发式运输策略研究与实现[D];昆明理工大学;2010年

  本文关键词：基于社会力的椭圆行人动力学模型，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：499367