人群疏散仿真中路徑規(guī)劃及碰撞檢測(cè)方法研究.pdf

1、近年來，火災(zāi)、恐怖襲擊等危險(xiǎn)事故頻發(fā)，事故發(fā)生時(shí)，若沒有在有效的時(shí)間內(nèi)緊急組織人員疏散會(huì)造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失甚至人員傷亡。因此當(dāng)緊急事故發(fā)生時(shí)，人群如何在有限的疏散時(shí)間內(nèi)盡快到達(dá)安全避難場(chǎng)所成為研究的熱點(diǎn)問題，通過對(duì)緊急情況下人群運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行模擬和評(píng)估，能對(duì)場(chǎng)所的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)急預(yù)案的制定提供參考。在疏散運(yùn)動(dòng)中，由于個(gè)體不僅受到自身心理因素還受到周圍環(huán)境的影響，很難用數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確描述。群體智能算法是根據(jù)自然界中如蜜蜂、螞蟻、鳥類、魚類等產(chǎn)生

2、的群體行為建立的模型，具有其他模型無法比擬的分布性、簡(jiǎn)單性和自組織性等優(yōu)點(diǎn)。因此，將其用于模擬人群疏散行為，并建立仿真模型可以提高仿真的真實(shí)性和高效性。
　　作為一種近年來新提出的群體智能算法，螢火蟲算法的來源是對(duì)螢火蟲生物習(xí)性的模擬，如覓食或吸引同伴等。在螢火蟲模型中，每只螢火蟲有感知范圍并呈現(xiàn)一定的趨眾性和自組織性，這與人群疏散過程中的個(gè)體有類似的行為特性。因此，本文將螢火蟲算法用在人群疏散仿真中進(jìn)行路徑規(guī)劃。由于人群疏散仿真

3、場(chǎng)景中模擬人群個(gè)體的粒子沒有思維意識(shí)，不能自適應(yīng)性的檢測(cè)周圍環(huán)境的變化，以至于與障礙物發(fā)生發(fā)生碰撞，導(dǎo)致仿真效果不佳。因此，本文提出了簡(jiǎn)單高效的碰撞檢測(cè)算法，能對(duì)碰撞及時(shí)作出反應(yīng)，從而避免發(fā)生穿透現(xiàn)象，提高仿真的真實(shí)性。
　　本文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　(1)螢火蟲算法在求解優(yōu)化問題時(shí)存在收斂速度慢、求解精度不高的缺陷，以此對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)時(shí)并不不是單純地改進(jìn)原有算法的參數(shù)或公式，而且結(jié)合其它群體智能算法的優(yōu)勢(shì)，借鑒

4、微粒群算法中采用的全局最優(yōu)機(jī)制，將其引入到螢火蟲算法的位置更新中，通過對(duì)原始群體智能算法進(jìn)行結(jié)合，提高算法的復(fù)雜優(yōu)化能力。
　　(2)提出一種基于元胞自動(dòng)機(jī)的碰撞檢測(cè)算法。將場(chǎng)景空間比作元胞空間，把場(chǎng)景進(jìn)行網(wǎng)格劃分，根據(jù)障礙物的位置判斷網(wǎng)格是否被占用。當(dāng)檢測(cè)出碰撞后，設(shè)定一定的規(guī)則避免粒子與障礙物發(fā)生碰撞，提高了疏散仿真的真實(shí)性。
　　(3)在疏散過程中，人群可能會(huì)經(jīng)歷多個(gè)出口才能達(dá)到最終安全出口。為了避免某個(gè)出口出現(xiàn)過度擁

5、擠的情況，在疏散個(gè)體面臨多個(gè)出口選擇時(shí)，受人工蜂群算法思想的啟發(fā)，提出一種多目標(biāo)優(yōu)化的人群分流算法。算法綜合考慮了出口的擁擠度和距離因素，提高了疏散的高效性。通過分析出口數(shù)量和人群規(guī)模對(duì)疏散時(shí)間的影響，為建筑物的設(shè)計(jì)和制定合理的疏散方案提供了參考。
　　(4)基于VS2003+ACIS+HOOPS+SQL Server2005平臺(tái)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于改進(jìn)螢火蟲算法的人群疏散仿真系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)人群疏散過程的仿真模擬。將上述理論應(yīng)用到