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专利号: 2018115173054
申请人: 山东师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于群体效应的应急人群疏散仿真方法,其特征是,包括:步骤(1):在Unity3D场景下搭建场景模型和个体模型;

步骤(2):创建场景与个体之间的交互关系,创建个体与个体之间的交互关系,生成应急场景;

步骤(3):在应急场景中,实现基于群体效应的应急人群疏散仿真。

2.如权利要求1所述的方法,其特征是,所述步骤(1)包括:步骤(11):利用Maya建模软件,根据获取的场景参数,按照设定比例生成一个场景模型;将场景模型导入到Unity3D场景中,在场景模型中设置光源的位置和摄像机的位置,对场景进行绘制和渲染;

步骤(12):对场景进行划分,划分出可行走区域和不可行走区域,对地面进行导航网格烘培,标识出所有出口;

步骤(13):利用Maya建模软件,依据采集的个体尺寸搭建个体模型,将个体模型导入到Unity3D场景中,在Unity3D场景中使用动画控制器为个体模型添加Animator Controller动画控制组件,并为个体模型添加动画控制脚本;

步骤(14):创建个体模型预设体Prefab,对个体模型进行实例化:在Unity3D场景中为个体模型添加NavMeshAgent自动寻路组件,并添加寻路控制脚本,寻路控制脚本用于在事件发生时,获取个体模型自身位置与出口的距离,搜索个体模型到达最近安全出口的最短路径。

3.如权利要求1所述的方法,其特征是,所述步骤(2)的步骤为:步骤(21):在Unity3D场景中,创建空对象GameObject,将空对象GameObject更名为Manager,创建危险事件,并添加危险事件发生的控制脚本;

步骤(22):控制危险事件的发生或结束,危险事件发生三分钟后报警打开,报警一分钟后广播打开,通知人群危险事件发生的类型和地点,指导群众撤离;

步骤(23):假设环境中有N个人,每个个体模型i用固定大小的粒子表示,i=1,2,

3,...,N;个体的位置 速度 把个体视为半径为ri,质量为mi的圆;

为每个个体添加混合速度、碰撞约束、碰撞预测、避免碰撞模型、最大速度或加速度限制;

步骤(24):设时间间隔Δt=1/48秒,个体的视野范围为3米,出口处的人群最大流量设置为1.37p/m/s。

4.如权利要求3所述的方法,其特征是,

所述混合速度是指:

其中,设α=0.0385; 表示个体i的混合速度, 表示个体i的当前速度, 表示个体i的首选速度,α表示基于密度的常数因子;

所述碰撞约束,是指:

C(xi,xj)=||xi-xj||-(ri+rj),(2)其中,C(xi,xj)表示个体间的距离,xi表示个体i的位置,xj表示个体j的位置,ri表示个体i的体积半径,rj表示个体j的体积半径;如果C(xi,xj)大于等于零,则表示两个个体之间不能相互碰撞。

5.如权利要求3所述的方法,其特征是,

所述碰撞预测,是指:

c=||xi-xj||2-(ri+rj)2,(6)其中,τ表示碰撞时间,a表示速率的平方,b表示速率与个体距离的乘积,c表示个体间的相隔距离, 表示下一时间间隔个体i的位置, 表示下一时间间隔个体j的位置,xi表示个体i的位置,xj表示个体j的位置,ri表示个体i的体积半径,rj表示个体j的体积半径,Δt表示时间间隔。

6.如权利要求3所述的方法,其特征是,

所述避免碰撞模型,是指:

将d分解为接触法线和切向分量如下:

dt=(d·e)e,(11)

ds=d-dt,(12)

其中

其中,d表示相对总位移, 表示个体i碰撞处的位置, 表示个体i上一时间间隔的位置, 表示个体j碰撞处的位置, 表示个体j上一时间间隔的位置,dt表示接触法线分量,ds表示接触切向分量。

7.如权利要求1所述的方法,其特征是,所述步骤(3)的步骤为:步骤(31):在Unity3D环境下启动控制危险事件对象;

步骤(32):危险发生后,每个个体获得危险信号,利用寻路控制脚本搜索去往最近出口的最短路径,同时把危险信号传递给设定距离范围内的周围个体,周围每个个体接收信息,获取自身位置,规划疏散路径;

步骤(321):假设从时刻n到时刻n+1;利用时间间隔Δt将时刻n到时刻n+1划分为若干个时间段;

定义个体i的位置为 和个体j的位置为 假设个体i的初始速度 个体j的初始速度 根据 和 计算混合速度 根据 和 计算混合速度在n+Δt时间点,个体i的预测位置 为:

在n+Δt时间点,个体j的预测位置 为:

计算确切的碰撞时间τ:

其中τ0是设置的固定常数;

估计碰撞时间 因此,

得到个体i在碰撞前倒数第一个时间间隔点的位置 为:得到个体j在碰撞前倒数第一个时间间隔点的位置 为:在下一时间间隔Δt,个体i和个体j在 和 处碰撞,定义 因此,个体碰撞之后的位置为:步骤(322):给个体i和个体j使用碰撞约束:C(xi,xj)=||xi-xj||-(ri+rj),(2)解决个体i和个体j在位置 和 处的碰撞;

步骤(323):计算从时间 到 的个体间的相对位移d;

步骤(324):将相对位移d分解为接触法线分量dt和接触切向分量ds;

dt=(d·e)e,(11)

ds=d-dt,(12)

其中,

步骤(325):接触切向分量ds被分配给 和 根据得到的接触切向分量ds,计算n+1时刻的个体位置x′i,j;

n+1时刻的个体位置x′i,j为:

步骤(326):计算个体i的n+1时刻的速度当速度 大于最大设定阈值时,令 等于最大设定阈值,更新n+1时刻个体i的位置, 当速度 小于等于最大设定阈值时,保持速度 不变;

计算个体j的n+1时刻的速度

当速度 大于最大设定阈值时,令 等于最大设定阈值,更新n+1时刻个体j的位置, 当速度 小于等于最大设定阈值时,保持速度 不变;

重复步骤(321)到步骤(326),直到人群离开危险区域,到达安全出口;

步骤(33):在摄像机下观察场景中个体的移动情况,均到达指定安全位置后,结束应急人群疏散仿真。

8.如权利要求7所述的方法,其特征是,

所述步骤(33)在场景中设置多个摄像机,从场景的各个方向观察,一个主摄像机设在场景的上方,俯视整个场景,观察人群的移动情况,再设置若干个分摄像机,分别位于场景的东西南北,观察各个位置的人群疏散。

9.基于群体效应的应急人群疏散仿真系统,其特征是,包括:存储器、处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令,所述计算机指令被处理器运行时,完成上述权利要求1-8任一项方法所述的步骤。

10.一种计算机可读存储介质,其特征是,其上存储有计算机指令,所述计算机指令被处理器运行时,完成上述权利要求1-8任一项方法所述的步骤。