应急撤离场景中群体信息交流行为建模方法研究

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近年来,随着计算机群体仿真方法的不断完善与发展,其应用也越来越广泛,涉及的领域也多种多样:包括模拟训练,计算机动画,影视特效以及公共安全辅助设计等。随着经济发展,越来越多的大型活动的举办,涉及到群体公共安全的方面也愈发受到重视,正因如此,群体仿真建模在公共安全辅助设计上也有了进一步的发展。群体仿真建模通过对正常情况或者紧急情况下人群的运动过程进行仿真模拟,可以消除可避免的安全隐患,完善建筑结构设计,支持大型活动客流管理,指导公共场所应急预案制定。  现有的群体仿真模型主要包括宏观模型,微观模型以及基于数据驱动的模型等。目前应急撤离建模在群体仿真模型中的研究内容主要集中在对上述基本仿真模型的局部修改,以及应急撤离场景下的个体规则的添加等。然而,在应急撤离过程中群体之间通过信息交流对不同事件的反应会有所不同[1],并且人们在此过程中并非一味的接受信息逃生,同样会告知劝说帮助其他人[2]。现有的应急撤离模型很少考虑到群体之间的信息交流,以及群体之间存在的互帮互助的行为。现有的应急撤离仿真模型不足以在运动特点与运动行为上与普通仿真模型进行区分。事实上,在应急撤离场景中群体信息交流过程中,信息交流的内容主要包括事件何时传播到当前范围以及事件具体类型,这些决定了群体中不同个体的开始撤离时间的不同;还包括实时的道路状况,让群体可以及时的避免走向中断路线;包括最终安全的目的点,让群体可以更快更安全的选择自己最优的撤离路线。群体中个体获取的信息内容一定程度上决定了他们的撤离活动进程。本文针对群体之间信息交流这一过程进行建模,提出了对应急撤离过程中群体信息交流行为建模的方法研究,进一步的可以借此提高在应急撤离仿真过程中的真实度与仿真能力,可以进一步的提高仿真计算的结果的真实性及有效性,能够更加准确的进行撤离计划的研究分析。本文通过综合考虑突发事件下群体之间的信息交流行为,提出了如下几点具有创新性的研究成果:  (1)提出了一种建模群体之间信息交流过程的方法  针对应急撤离过程中,本文调研了群体之间的多种交流沟通方式。通过分析不同场景下的群体之间不同交流方式,我们发现信息交流的本质是“劝说者-接受者”模型,信息从某处以一定概率发出,同时对于接受者而言又有一定概率选择接受或者抛弃此信息。通过将交流过程建模为一个双向的概率模型,可以简化不同的交流方式:口口相传,广播通知,短信通知等。其中不同交流方式的主要区别在于消息的发送者的发送概率以及接受者对此消息的接受概率的不同。  (2)提出了一种在基于已知信息前提下的最小代价撤离路线选择算法  在应急撤离仿真场景中,我们将信息主要分为如下几种:出口相关信息,关键路径点相关信息,以及事件信息。对于个体而言,选择一个合理有效且满足真实情况下的撤离路径理应是根据已有的信息进行自我评价进而做出最优选择。本文实现了将上述信息用于在个体的撤离路线规划之中。通过比较不同路径下关键路径点的流量,密度,速度以及出口的状态,密度等信息综合而成一个用以表示时间耗费的代价值,通过预先定义的公式进行计算,求取代价最小的路线。我们知道,在真实情况下个体并不是能够完全找到理论最优的路径点,受制于个体自身的经验知识以及当前状态下获取到的信息,个体很有可能朝着一个本已经关闭的出口撤离出现“盲目撤离”行为。本方法不仅仅可以仿真在这样的过程下部分个体的盲目撤离行为,更加可以提升仿真过程中个体决策的真实性。  (3)实现了一种能够动态适应场景变换的应急撤离仿真模型  实际的撤离场景下,例如火灾场景,随着时间推移,场景内可通行区域会逐步减少,被大火覆盖面积逐步增多;在地震等自然灾害下,房屋某出口或道路某路口可能出现临时中断;以及群体在撤离过程中发生冲突挤压等都可能造成撤离范围内某些路径不可达。然而在现有的绝大多数仿真模型中,很少考虑到这一场景的动态变化性。本文通过封装底层RVO运动模型,在每一帧实时计算已知信息以及最优的最小代价路线,进而实现在整个撤离仿真过程中,群体之间能够动态的适应场景的变化。
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