專利名稱：基于多分辨率圖的城市疏散仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及系統(tǒng)仿真領(lǐng)域，更具體地說是一種可以適應(yīng)多精細(xì)程度模型的城市疏散仿真方法。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的發(fā)展，大型公共場(chǎng)所的安全性問題越來越引起關(guān)注。在這些場(chǎng)所，有大量人員進(jìn)出，一旦發(fā)生緊急事件，如何將大量人員安全快速疏散，不僅是建筑設(shè)計(jì)中必須認(rèn)真考慮的問題，也是對(duì)現(xiàn)有建筑進(jìn)行緊急情況應(yīng)對(duì)預(yù)案制定的重要研究方法。在實(shí)際環(huán)境中，受到成本和其它原因的影響，通常的演習(xí)方法很難應(yīng)用。最經(jīng)濟(jì)可行的方法就是通過計(jì)算機(jī)的仿真模擬檢驗(yàn)建筑的設(shè)計(jì)方案和緊急情況應(yīng)對(duì)預(yù)案。在計(jì)算機(jī)上有效地進(jìn)行人員疏散仿真的模擬，輔助分析環(huán)境(即場(chǎng)景)的疏散性能和制定合適的疏散方案。 例如，一些體育場(chǎng)館和公共場(chǎng)所都會(huì)聚集著大量的人群。如果在這樣的環(huán)境下發(fā)生火災(zāi)等突發(fā)事件，考慮和處理不慎就會(huì)造成巨大的人員和財(cái)產(chǎn)損失。鑒于此，一方面，在體育場(chǎng)館和公共場(chǎng)所設(shè)計(jì)之初就要考慮到發(fā)生突發(fā)事件時(shí)人員的疏散問題，盡可能在最短的時(shí)間內(nèi)有效地將人群安全地疏散出特定區(qū)域；另一方面，發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，還要考慮到現(xiàn)場(chǎng)的慌亂氣氛，因此必須制定疏散和應(yīng)對(duì)的方案，確保疏散過程盡可能的高效，以減少和避免重大損失。以上兩方面都可以通過對(duì)疏散過程進(jìn)行模擬，即進(jìn)行疏散仿真來實(shí)現(xiàn)。國(guó)內(nèi)外針對(duì)疏散仿真都已進(jìn)行了大量的研究和應(yīng)用。在城市疏散領(lǐng)域，現(xiàn)有的疏散仿真方法大多關(guān)注疏散過程中人員或人群的主觀決策機(jī)制，其中的仿真模型均為單一模型，而實(shí)際城市災(zāi)害評(píng)估中往往需要建立在不同精細(xì)程度的分析上面，這樣就需要設(shè)計(jì)一個(gè)滿足這種需要、適應(yīng)多精細(xì)程度模型的疏散仿真方法。這一災(zāi)害是指發(fā)生在城市區(qū)域中，可能造成重大人員傷亡而需要進(jìn)行人員疏散的自然災(zāi)害和事故，例如洪水，火災(zāi)，危險(xiǎn)品泄露等。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種基于多分辨率圖的城市疏散仿真方法，從場(chǎng)景建模出發(fā)，建立具有基于多分辨率圖的城市疏散仿真場(chǎng)景，結(jié)合現(xiàn)有的人員行為仿真的各種方法，形成一個(gè)在城市疏散仿真領(lǐng)域通用的疏散仿真方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明基于多分辨率圖的城市疏散仿真方法，其特點(diǎn)是按如下步驟操作
I、分析城市各種建筑和設(shè)施的疏散特征，依據(jù)其在疏散過程中的不同作用分為三類辦公區(qū)建筑類、住宅區(qū)建筑類和其他設(shè)施類，提取出每一類中所具有的共同屬性，形成包含有所述共同屬性的每一類的模板，不同類的模板組成疏散場(chǎng)景模型模板庫(kù)；
所述建筑和設(shè)施不包括城市道路網(wǎng)；所述建筑和設(shè)施的疏散特征是指城市中各種建筑和設(shè)施在疏散過程中所表現(xiàn)出來的被用來作為疏散目的地、中轉(zhuǎn)站或源地點(diǎn)的功能，以及其承載和轉(zhuǎn)運(yùn)人員的能力；
2、給定指定城市的場(chǎng)景信息，在已有的疏散場(chǎng)景模板庫(kù)中選擇對(duì)應(yīng)類的模板，將所述指定城市的場(chǎng)景信息納入模板，牛成指定城市建筑和設(shè)施的模型，同時(shí)依據(jù)所述指定城市的場(chǎng)景信息生成城市道路網(wǎng)模型，根據(jù)所述指定城市建筑和設(shè)施的模型與城市道路網(wǎng)模型的位置關(guān)系將所述建筑和設(shè)施的模型連接到所述城市道路網(wǎng)模型上，生成被指定城市的原始疏散場(chǎng)景模型；
3、對(duì)步驟2生成的原始疏散場(chǎng)景模型進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理是按照不同的仿真需求對(duì)所述原始疏散場(chǎng)景模型進(jìn)行合并化簡(jiǎn)，分別得到滿足不同仿真精度要求的具有不同分辨率的城市疏散場(chǎng)景模型；
4、針對(duì)步驟3所得到的不同分辨率的城市疏散場(chǎng)景模型，輸入仿真初始狀態(tài)，包括疏散場(chǎng)景中人員的疏散狀態(tài)和疏散場(chǎng)景狀態(tài)，所述人員疏散狀態(tài)包括人員的位置、移動(dòng)速度、優(yōu)先級(jí)、體力和自主參數(shù)，所述疏散場(chǎng)景狀態(tài)是在某一時(shí)刻建筑設(shè)施中剰余的人員總數(shù)和已逃離的人員總數(shù)以描述人員在疏散過程中的行為為目標(biāo)，生成人員智能體，所述人員智能體具有人員的疏散狀態(tài)信息；
5、依據(jù)當(dāng)前的疏散場(chǎng)景狀態(tài)，在步驟3得到的不同分辨率的城市疏散場(chǎng)景模型基礎(chǔ) 上，采用啟發(fā)式路徑搜索算法來計(jì)算疏散計(jì)劃路線，根據(jù)疏散計(jì)劃路線判斷人員智能體的移動(dòng)意向，即下ー步人員智能體可能采取的移動(dòng)方案；
6、執(zhí)行仿真過程，在執(zhí)行仿真的過程中根據(jù)周圍場(chǎng)景的變化調(diào)整人員智能體的自主參數(shù)，移動(dòng)人員智能體并交互地改變?nèi)藛T智能體的優(yōu)先級(jí)、移動(dòng)速度信息，直至仿真結(jié)束，所述仿真結(jié)束是以人員全部撤離或指定時(shí)間到達(dá)為標(biāo)志的。本發(fā)明方法的特點(diǎn)也在于
在所述步驟3中為獲得滿足不同仿真精度要求的具有不同分辨率的城市疏散場(chǎng)景模型按如下方式操作
根據(jù)不同的仿真需要，確定所需的具有不同分辨率的城市疏散場(chǎng)景模型的精度級(jí)別；設(shè)定精度級(jí)別為A、B、C和D四級(jí)，所述A級(jí)為原始城市場(chǎng)景模型的精度，所述B級(jí)為只對(duì)其它設(shè)施模型進(jìn)行化簡(jiǎn)合并的模型精度，所述C級(jí)為對(duì)住宅區(qū)建筑和其它設(shè)施模型化簡(jiǎn)合并的模型精度，所述D級(jí)是對(duì)所有建筑和設(shè)施模型化簡(jiǎn)合并的模型精度；從A級(jí)到D級(jí)，精度級(jí)別依次遞減，其中，所述A級(jí)最精確；
辦公區(qū)建筑模型的簡(jiǎn)化
以對(duì)原始場(chǎng)景模型進(jìn)行合并后辦公區(qū)建筑模型中的總?cè)藬?shù)為依據(jù)，進(jìn)行各辦公區(qū)建筑的合并；當(dāng)模型精度級(jí)別要求為D時(shí)，依據(jù)辦公區(qū)建筑中的人員數(shù)來進(jìn)行合并當(dāng)多個(gè)辦公區(qū)建筑模型中總?cè)藬?shù)達(dá)到設(shè)定值P吋，將所述多個(gè)辦公區(qū)建筑模型合并為ー個(gè)辦公區(qū)建筑模型，同時(shí)，重新生成合并后辦公區(qū)建筑模型的疏散性能；
住宅區(qū)建筑模型的簡(jiǎn)化
以對(duì)原始場(chǎng)景模型進(jìn)行合并后住宅區(qū)建筑模型中的總?cè)藬?shù)為依據(jù)，進(jìn)行各住宅區(qū)建筑的合并；當(dāng)模型精度級(jí)別要求為C或D時(shí)，依據(jù)住宅區(qū)建筑中的人員數(shù)來進(jìn)行合并當(dāng)多個(gè)住宅區(qū)建筑中總?cè)藬?shù)達(dá)到設(shè)定值Q吋，將所述多個(gè)住宅區(qū)建筑模型合并為ー個(gè)住宅區(qū)建筑模型，同吋，重新生成合并后住宅區(qū)建筑模型的疏散性能；所述設(shè)定值O是按照所處精度要求C、D的順序依次遞增；
其它設(shè)施模型的簡(jiǎn)化
當(dāng)模型精度要求為B、C或D時(shí)，需要對(duì)其他設(shè)施模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，將所述其他設(shè)施模型與周圍的辦公區(qū)建筑模型或住宅區(qū)建筑模型進(jìn)行合并，形成一個(gè)新的辦公區(qū)建筑或住宅區(qū)建筑模型，被合并的其它設(shè)施模型的疏散性能也隨之并入所形成的新的辦公區(qū)建筑或住宅區(qū)建筑模型之中。城市道路網(wǎng)模型的簡(jiǎn)化
在建筑和其他設(shè)施模型合并基礎(chǔ)上，對(duì)城市道路網(wǎng)模型做出適應(yīng)性修改，去除因建筑和其他設(shè)施模型合并而不再需要的道路；
所述步驟6按如下步驟操作
I、以人員智能體的自主參數(shù)為依據(jù)，判斷是否需要按照步驟5中生成的疏散計(jì)劃路線進(jìn)行疏散。在人員智能體的自主參數(shù)低于其值域的一半，則該疏散計(jì)劃路線廢止。如果疏散計(jì)劃路線沒有廢止，則繼續(xù)按照疏散計(jì)劃路線確定人員智能體的移動(dòng)意向；如果疏散計(jì)劃路線廢止，則依據(jù)它周圍的其它人員智能體來確定其移動(dòng)意向。 2、根據(jù)人員智能體的移動(dòng)意向進(jìn)行判斷，如果這一移動(dòng)意向可行，即根據(jù)移動(dòng)意向移動(dòng)后人員智能體的位置未被強(qiáng)占，并且同時(shí)沒有優(yōu)先級(jí)更高的人員智能體在強(qiáng)占該位置，則根據(jù)移動(dòng)意向進(jìn)行移動(dòng)，否則，重新執(zhí)行啟發(fā)式路徑搜索算法，計(jì)算新的疏散計(jì)劃路線。本發(fā)明方法應(yīng)用中，一方面，基于多分辨率圖的疏散仿真需要針對(duì)不同的城市災(zāi)害環(huán)境進(jìn)行具體分析，結(jié)合所需要的災(zāi)害評(píng)估精細(xì)程度設(shè)置對(duì)多分辨率圖的具體生成過程有所變化；另一方面本發(fā)明方法和現(xiàn)有疏散仿真方法相結(jié)合，將已有的人員疏散決策仿真方法實(shí)現(xiàn)到本發(fā)明所述的場(chǎng)景模型上，構(gòu)成完整的疏散仿真系統(tǒng)。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在
1、本發(fā)明多分辨率的疏散環(huán)境模型可以滿足城市災(zāi)害仿真中多種評(píng)估精細(xì)程度的需
要；
2、本發(fā)明仿真方法輸入簡(jiǎn)單采用模板和參數(shù)分離的方法，能直觀準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和狀念設(shè)定；
3、本發(fā)明采用啟發(fā)式路徑搜索算法，符合實(shí)際疏散時(shí)的人員心理行為特征，可以有效仿真模擬疏散過程中的人員行為。


圖I為本發(fā)明的面向多分辨率圖的城市疏散仿真方法的流程圖。圖2為本發(fā)明的多分辨率圖結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為A*水算法流程圖。圖中標(biāo)號(hào)1住宅區(qū)建筑、2辦公區(qū)建筑、3其他設(shè)施、4道路。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式參見圖I、圖2，本實(shí)施例中方法按如下步驟進(jìn)行
I、分析城市各種建筑、設(shè)施的疏散特征，進(jìn)行分類，生成疏散場(chǎng)景模型模板庫(kù)。如圖2所示，該疏散場(chǎng)景模型模板庫(kù)包括辦公區(qū)建筑I、住宅區(qū)建筑2和其他設(shè)施3共三類模板。2、給定指定城市的場(chǎng)景信息，在已有的疏散場(chǎng)景模板庫(kù)中選擇對(duì)應(yīng)的模板，將信息納入模板，生成城市建筑和設(shè)施的模型，同時(shí)依據(jù)給定城市的場(chǎng)景信息生成城市道路網(wǎng)模型，上述兩種模型相結(jié)合，生成被指定城市的疏散場(chǎng)景模型。如圖2所示，某一特定城市的部分區(qū)域疏散仿真模型在其城市高度圖上標(biāo)注，包括辦公區(qū)建筑模型，住宅區(qū)建筑模型，其他設(shè)施和道路4。3、針對(duì)上ー步驟生成的城市疏散場(chǎng)景模型進(jìn)行預(yù)處理，得到滿足不同要求的不同分辨率圖的城市疏散場(chǎng)景模型。如圖2所示，可以劃分模型精度級(jí)別為四級(jí)，分別是原始，精細(xì)，一般和簡(jiǎn)略。分另Ij用A、B、C和D來表示，隨機(jī)投放2萬人，針對(duì)C和D兩種模型精度，P的值分別設(shè)置為400和600人，而Q則為100和200人。最終得到如圖2所示的4個(gè)模型精度下的城市疏散模型。其中，辦公區(qū)建筑模型、住宅區(qū)建筑模型和其他設(shè)施模型在不同模型精度級(jí)別中的數(shù)目如下表所示
權(quán)利要求
1.基于多分辨率圖的城市疏散仿真方法，其特征是按如下步驟操作 (1)、分析城市各種建筑和設(shè)施的疏散特征，依據(jù)所述建筑和設(shè)施在疏散過程中的不同作用分為三類辦公區(qū)建筑類、住宅區(qū)建筑類和其他設(shè)施類，提取出每ー類中所具有的共同屬性，形成包含有所述共同屬性的每ー類的模板，不同類的模板組成疏散場(chǎng)景模型模板庫(kù)；所述建筑和設(shè)施不包括城市道路網(wǎng)；所述建筑和設(shè)施的疏散特征是指城市中各種建筑和設(shè)施在疏散過程中所表現(xiàn)出來的被用來作為疏散目的地、中轉(zhuǎn)站或源地點(diǎn)的功能，以及其承載和轉(zhuǎn)運(yùn)人員的能力； (2)、給定指定城市的場(chǎng)景信息，在已有的疏散場(chǎng)景模板庫(kù)中選擇對(duì)應(yīng)類的模板，將所述指定城市的場(chǎng)景信息納入模板，生成指定城市建筑和設(shè)施的模型；依據(jù)所述指定城市的場(chǎng)景信息生成城市道路網(wǎng)模型，根據(jù)所述指定城市建筑和設(shè)施的模型與城市道路網(wǎng)模型的位置關(guān)系將所述建筑和設(shè)施的模型連接到所述城市道路網(wǎng)模型上，生成被指定城市的原始疏散場(chǎng)景模型； (3)、對(duì)步驟(2)生成的原始疏散場(chǎng)景模型進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理是按照不同的仿真需求對(duì)所述原始疏散場(chǎng)景模型進(jìn)行合并化簡(jiǎn)，分別得到滿足不同仿真精度要求的具有不同分辨率的城市疏散場(chǎng)景模型； (4)、針對(duì)步驟(3)所得到的不同分辨率的城市疏散場(chǎng)景模型，輸入仿真初始狀態(tài)，包括疏散場(chǎng)景中人員的疏散狀態(tài)和疏散場(chǎng)景狀態(tài)，所述人員疏散狀態(tài)包括人員的位置、移動(dòng)速度、優(yōu)先級(jí)、體力和自主參數(shù)，所述疏散場(chǎng)景狀態(tài)是在某一時(shí)刻建筑設(shè)施中剰余的人員總數(shù)和已逃離的人員總數(shù)；以描述人員在疏散過程中的行為為目標(biāo)，生成人員智能體，所述人員智能體具有人員的疏散狀態(tài)信息； (5)、依據(jù)當(dāng)前的疏散場(chǎng)景狀態(tài)，在步驟3得到的不同分辨率的城市疏散場(chǎng)景模型基礎(chǔ)上，采用啟發(fā)式路徑搜索算法來計(jì)算疏散計(jì)劃路線，根據(jù)疏散計(jì)劃路線判斷人員智能體的移動(dòng)意向，即下ー步人員智能體可能采取的移動(dòng)方案； (6)、執(zhí)行仿真過程，在執(zhí)行仿真的過程中根據(jù)周圍場(chǎng)景的變化調(diào)整人員智能體的自主參數(shù)，移動(dòng)人員智能體并交互地改變?nèi)藛T智能體的優(yōu)先級(jí)、移動(dòng)速度信息，直至仿真結(jié)束，所述仿真結(jié)束是以人員全部撤離或指定時(shí)間到達(dá)為標(biāo)志的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于多分辨率圖的城市疏散仿真方法，其特征是在所述步驟(3)中為獲得滿足不同仿真精度要求的具有不同分辨率的城市疏散場(chǎng)景模型按如下方式操作 根據(jù)不同的仿真需要，確定所需的具有不同分辨率的城市疏散場(chǎng)景模型的精度級(jí)別；設(shè)定精度級(jí)別為A、B、C和D四級(jí)，所述A級(jí)為原始城市場(chǎng)景模型的精度，所述B級(jí)為只對(duì)其它設(shè)施模型進(jìn)行化簡(jiǎn)合并的模型精度，所述C級(jí)為對(duì)住宅區(qū)建筑和其它設(shè)施模型化簡(jiǎn)合并的模型精度，所述D級(jí)是對(duì)所有建筑和設(shè)施模型化簡(jiǎn)合并的模型精度；從A級(jí)到D級(jí)，精度級(jí)別依次遞減，其中，所述A級(jí)最精確； 辦公區(qū)建筑模型的簡(jiǎn)化 以對(duì)原始場(chǎng)景模型進(jìn)行合并后辦公區(qū)建筑模型中的總?cè)藬?shù)為依據(jù)，進(jìn)行各辦公區(qū)建筑的合并；當(dāng)模型精度級(jí)別要求為D時(shí)，依據(jù)辦公區(qū)建筑中的人員數(shù)來進(jìn)行合并當(dāng)多個(gè)辦公區(qū)建筑模型中總?cè)藬?shù)達(dá)到設(shè)定值P吋，將所述多個(gè)辦公區(qū)建筑模型合并為ー個(gè)辦公區(qū)建筑模型，同時(shí)，重新生成合并后辦公區(qū)建筑模型的疏散性能；住宅區(qū)建筑模型的簡(jiǎn)化 以對(duì)原始場(chǎng)景模型進(jìn)行合并后住宅區(qū)建筑模型中的總?cè)藬?shù)為依據(jù)，進(jìn)行各住宅區(qū)建筑的合并；當(dāng)模型精度級(jí)別要求為C或D時(shí)，依據(jù)住宅區(qū)建筑中的人員數(shù)來進(jìn)行合并當(dāng)多個(gè)住宅區(qū)建筑中總?cè)藬?shù)達(dá)到設(shè)定值Q時(shí)，將所述多個(gè)住宅區(qū)建筑模型合并為ー個(gè)住宅區(qū)建筑模型，同吋，重新生成合并后住宅區(qū)建筑模型的疏散性能；所述設(shè)定值Q是按照所處精度要求C、D的順序依次遞增； 其它設(shè)施模型的簡(jiǎn)化 當(dāng)模型精度要求為B、C或D時(shí)，需要對(duì)其他設(shè)施模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，將所述其他設(shè)施模型與周圍的辦公區(qū)建筑模型或住宅區(qū)建筑模型進(jìn)行合并，形成一個(gè)新的辦公區(qū)建筑或住宅區(qū)建筑模型，被合并的其它設(shè)施模型的疏散性能也隨之并入所形成的新的辦公區(qū)建筑或住宅區(qū)建筑模型之中； 城市道路網(wǎng)模型的簡(jiǎn)化 在建筑和其他設(shè)施模型合并基礎(chǔ)上，對(duì)城市道路網(wǎng)模型做出適應(yīng)性修改，去除因建筑和其他設(shè)施模型合并而不再需要的道路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于多分辨率圖的城市疏散仿真方法，其特征是所述步驟(6)中的執(zhí)行仿真過程按如下步驟操作 (I)、以人員智能體的自主參數(shù)為依據(jù)，判斷是否需要按照步驟(5)中生成的疏散計(jì)劃路線進(jìn)行疏散；在人員智能體的自主參數(shù)低于其值域的一半，則該疏散計(jì)劃路線廢止；如果疏散計(jì)劃路線沒有廢止，則繼續(xù)按照疏散計(jì)劃路線確定人員智能體的移動(dòng)意向；如果疏散計(jì)劃路線廢止，則依據(jù)它周圍的其它人員智能體來確定其移動(dòng)意向。
4.(2)、根據(jù)人員智能體的移動(dòng)意向進(jìn)行判斷，如果這ー移動(dòng)意向可行，即根據(jù)移動(dòng)意向移動(dòng)后人員智能體的位置未被強(qiáng)占，并且同時(shí)沒有優(yōu)先級(jí)更高的人員智能體在強(qiáng)占該位置，則根據(jù)移動(dòng)意向進(jìn)行移動(dòng)，否則，重新執(zhí)行啟發(fā)式路徑搜索算法，計(jì)算新的疏散計(jì)劃路線。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于多分辨率圖的城市疏散仿真方法，其特征是從場(chǎng)景建模出發(fā)，建立具有基于多分辨率圖的城市疏散仿真場(chǎng)景，結(jié)合現(xiàn)有的人員行為仿真的各種方法，形成一個(gè)在城市疏散仿真領(lǐng)域通用的疏散仿真方法。本發(fā)明方法應(yīng)用中，一方面，基于多分辨率圖的疏散仿真需要針對(duì)不同的城市災(zāi)害環(huán)境進(jìn)行具體分析，結(jié)合所需要的災(zāi)害評(píng)估精細(xì)程度設(shè)置對(duì)多分辨率圖的具體生成過程有所變化；另一方面本發(fā)明方法和現(xiàn)有疏散仿真方法相結(jié)合，將已有的人員疏散決策仿真方法實(shí)現(xiàn)到本發(fā)明所述的場(chǎng)景模型上，構(gòu)成完整的疏散仿真系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102693329SQ20111007307
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者嚴(yán)峰 申請(qǐng)人:上海日浦信息技術(shù)有限公司