大型群众活动疏散仿真三维模拟研究

论文摘要

随着社会的快速发展,大型社会活动日益增多,安全问题成为社会关注的焦点。在这些人员密集的活动中,如果出现突发事件,容易导致人群聚集和恐慌,将会出现极大的安全隐患,甚至伤亡。相关部门也制定了大量的疏散预案,但大部分预案采用文字与平面纸制地图的形式来描述,也没有经过实地检验。从安保预案的制定角度来说,每一次制定都需要众多部门共同协作与研究讨论,使用文字和纸制地图来推演预案在直观性、便利性等多个方面存在不足,给管理人员带来了很多额外的工作量。从安保预案的检验方面来说,实地检验将会花费巨大的人力物力,而通过电脑模拟分析预案,简洁直观,成本大大降低,其结果也能为预案的制定者、管理者提供决策参考。因此,对人员疏散及仿真的研究,并提供良好的展示环境,具有极大的现实意义和实用价值。本文介绍了三维场景仿真系统的建模方法,总结了现有行人疏散模型的特点,并结合行人行为特点,建立了满足管理部门要求的预案演示及推演的疏散仿真系统,最后通过仿真试验,验证了系统的合理性。通过三维建模的方式,按照真实比例,还原群众活动的场景,解决了以往预案展示不直观的问题。采用微观建模方法中的基于Agent技术作为疏散仿真的研究手段,通过不断产生行人智能体,放置于特定的场景中模拟仿真,研究个人的疏散行为,从而模拟真实状况下人群的行为。以往在三维实景中进行多智能体运算,存在很多瓶颈,如性能不足、无法实时动态调整参数等。单个普通计算机的计算性能不足以支撑三维实景和多智能体的并行运算,而大型群众性活动、场所安全管理的机构部门,如治安、消防、民防、地铁等相关管理部门又希望能在普通的单机上获得良好的仿真及展示效果,并且必须满足实时控制人群疏散的指令操作,以达到预案推演的目的。因此,本文建立的模拟仿真系统主要分为实景三维展示和二维模拟仿真两个部分。实景三维展示,按照真实比例,创建三维场景模型,并提供在三维场景中进行漫游、查询、定位等三维功能操作。二维模拟仿真,指对活动场所的常态运营和发生应急事件后的应急疏散进行了电脑模拟。通过对疏散环境分析,利用较为合理的辅助折线和最短路径相结合的方案,优化智能体寻路算法,提高运算性能,满足了实际需求。最后将实景三维展示部分和模拟仿真采用局域网相连,通过SOCKET,采用自定义加密协议实现对仿真模拟的进行实时指令控制。经实际验证,该方案良好的满足了管理部门对三维模拟仿真的需求,对相关部门的疏散预案展示、分析提供了良好的技术支撑。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 1.4 本文章节安排
• 2 三维实景建模
• 2.1 三维仿真设计平台介绍
• 2.2 三维仿真实景模型建立
• 2.3 本章小结
• 3 疏散模型概述
• 3.1 疏散模型四种分类方式
• 3.1.1 应用分类
• 3.1.2 空间分类
• 3.1.3 行人模型表示方法分类
• 3.1.4 行人行为特征表示方法分类
• 3.2 建模方法概述
• 3.2.1 宏观仿真模型
• 3.2.2 微观仿真模型
• 3.3 本章小结
• 4 疏散仿真模型的建立
• 4.1 行人行为研究
• 4.2 仿真模型的选择
• 4.2.1 元胞自动机模型
• 4.2.2 基于智能体的模型
• 4.3 大型活动疏散仿真系统建立
• 4.3.1 疏散仿真系统整体构架
• 4.3.2 建立仿真模型
• 4.4 疏散仿真模型实现
• 4.4.1 环境建模
• 4.4.2 智能体建模
• 4.4.3 智能体寻路
• 4.4.4 智能体碰撞检测
• 4.5 本章小结
• 5 疏散仿真试验及分析
• 5.1 行人疏散速度与出口宽度试验
• 5.1.1 试验设计方案
• 5.1.2 试验结果分析
• 5.2 行人疏散速度与出口数量及设计样式试验
• 5.2.1 试验设计方案
• 5.2.2 试验结果分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 附件