基于天牛须搜索算法的人群疏散方法及仿真研究

发布时间：2020-10-24 22:12

　　 随着全球经济、科技的快速发展,人们的生活节奏也越来越快,高楼大厦越来越多,人口密度也与日俱增,都市化改变了人们的生活方式,提高了人们的生活质量,但也给人们的安全带来了新的隐患。在人口密度比较大的环境下,人群疏散的过程中隐藏着复杂的威胁。一旦发生安全事故和紧急事件,人们会表现出慌乱的行为,从而容易引发集体踩踏事件。在这种情况下,无论是何种灾难,都会给人们的生命、财富造成巨大的损失。因此,紧急情况下的人群有效疏散问题已受到很多专家学者的专注,人群疏散仿真研究除了提高人群的自身安全意识和面对紧急情况的应变能力之外,还要采用计算机建模,通过科学和有效的疏散策略对建筑物的基础设施进行合理的规划设计,模拟人群疏散的可能情况,规避风险。所以,随着人工智能技术、计算机虚拟仿真技术的成长发展,人群疏散模拟的研究具有非常大的研究价值和现实意义。人群仿真模拟除了了解人类的行为,处理群体间的多样性,更快的从公共建筑物撤离,还有模拟个体朝向目标的路径规划,避免碰撞并展示其他人类行为。现已经开发出许多人群转向算法来逼真地模拟人群移动到规定的目标。人群涉及两个或更多对象,具有不同的特征。他们在同一地点,同一时间段内为了同一目的而互相交流和互动。但环境的建模以及个体建模都相当的复杂,工作量很大,对于大量的人群疏散仿真还是具有一定的局限性的。科技的迅速发展,应相应新的需求,需要有更加真实,高效的方法来实现大规模的人群疏散仿真。为了突破传统人群疏散仿真的局限性,本文在基于天牛须搜索算法模型和群体效应模型的理论体系基础之上,运用Unity3D开发引擎为技术支撑对紧急情况下的人群疏散方法及仿真进行研究,再现建筑物和人群疏散过程,突破传统演练的约束,最终实现满足研究需求的计算机模型,提高人群疏散效率。本文的主要工作及创新点如下:1.对某城市公共区域进行分析,利用Maya搭建公共场所的基础模型,然后将搭建好的模型导入Unity3D,利用Unity3D强大的编辑器设计出合理的模拟模型,为下面的研究做好基础工作。2.提出了基于天牛须搜索算法的人群路径规划方法。人群在逃离过程中,往往会选择自己熟悉的路线,而忽略了最近的安全出口,这种行为可能导致这些首选出口路线的过度拥挤,这可能导致撤离的人员伤亡。因此,我们将运用该算法规划到达安全出口的最短路径,并通过构建的模型进行人群疏散过程的模拟。3.提出了基于群体效应的碰撞避免模型。在应急人群疏散过程中碰撞、拥挤,甚至堵塞是普遍存在的,保证群体快速、有序的达到安全区域,采用基于位置的多个体动力学框架,凝聚力模型和避免模型等来建模,防止人群在疏散过程中出现拥挤、踩踏事故,并建立实验模型进行仿真模拟。最后,将上述方案进行结合,并在Unity3D环境下建立环境模型和人物模型,并设计人群疏散仿真系统进行仿真实验,并对仿真效果进行分析和研究。总结疏散过程中人群的密度、安全出口的个数和疏散速度等因素的影响,可以通过模拟研究发现建筑设计缺陷,并加以改正。本文提出的人群疏散方法能较为真实的模拟人群疏散的真实情景,并对人群疏散方案的研究有很强的参考价值和应用价值。
【学位单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU998.1;TP391.9
【部分图文】：

火灾导致 64 人死去、52 人受了伤，其中 12 人伤重住院，结果让人痛心。为了防止同样的事故再次发生，需要我们研究人群疏散过程中的规律，了解群体的特征，研究群体的行为还可以优化还在图纸上的建筑设计[2]，研究出有效的应急预案，还可以帮助人群快速逃离危险区域，从而减少人员在疏散过程中产生的伤亡。

图 2-1 Unity3D 编辑器界面2.2.1 窗口主菜单Unity3D 的菜单栏如图 2-1 所示。（1）File 文件菜单：主要是包含建立、开启及保存工程或场景，以及发布游戏的选项。（2）Edit 编辑菜单：主要撤销、重做、剪切、复制、粘贴、运行、暂停、工程设置等。（3）Assets 资源菜单：主要是创建相关资源，以及导入、导出相关资源和素材。（4）GameObject 游戏对象菜单：主要是用来创建简单几何对象、粒子特效、图形用户界面、灯光与文字接口等，大部分对象都可以由这个菜单完成创建。（5）Component 组件菜单：主要功能是用来对已存在的对象增加组件属性，如粒子特效、物理属性、脚本与音效等。（6）Window 窗口菜单：可以开启相关显示窗口。（7）Help 帮助菜单：为相关手册与论坛的菜单。2.2.2 视图窗口Unity3D 中最常见的窗口有五个，分别是：Scene、Game、Hierarchy、Project、Inspector。（1）Scene 场景视图：是 Unity3D 中观看及编辑所有对象的编辑窗口，

器、光效、天空盒子、风效果、音乐效果等功能实现模拟场景的搭建。设置俯视摄像机，观察任意方位的仿真效果。模拟界面可以随时查看各模型的属性设置，获取属性信息。人物个体可以认知周围的环境及自己的同伴。这样才能有效的实现人物与场景间的交互。本文中以城市中的某处小广场为模拟场景，场景模型如图 2-2 和图 2-3，场景设置如图 2-4 所示。
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本文编号：2855040