人流模拟总结

现有的人群仿真研宄将其研宄重点大体可以分成三个方面,即路径规划问题、行为决策问题、动画表现问题;这三点也被称为是人群仿真研宄关注的三要素。一．人员疏散模拟：宏观模型：（讲人群整体作为建模对象，不考虑个体间相互作用）流体力学模型。微观模型：（对行人的详细行为进行描述）（1）连续型：(a)磁场力模型(疏散方式单一，参数由实验得出，没有计算公式)(b)社会力模型（变量所代表的物理意义是可计算的。结果显示了现实中人群运动自组织现象，可以模拟人员的冲撞，挤压，恐慌等特征）。（2）离散型：（时间，空间离散化）(a)元胞自动机（根据行为规则建模，行为模型根据出现的结果改变状态）(b)格子气模型（元胞自动机的特殊形式）(c)排队网络模型（基于离散事件的蒙特卡洛仿真）(d)智能体模型（agent-based对行人决策和动作方式建模,更符合人类的行为表现;能模拟人类的思维过程，不能够真实模拟行人所处的道路网）。模拟步骤：位置信息人员疏散过程演示人员位置，标识信息建筑结构数据人员分布数据疏散人数疏散时间结构划分标示人员计算疏散模型相关因素：（1）楼宇空间结构：走廊过道的长度与宽度、出入口数量及宽度等（2）人流因素：人群速度，人群密度，人体所占空间，人群构成与状态等现有人群疏散研究方向：（1）单一、多个出口的房间、大厅；单向、双向，多向通道的人流交汇场景。（2）人群流动特性分析（拥挤人群的基本特性,如密度、速度与激波的关系）（3）房间，通道出口对人群疏散的影响（单出口，多出口，宽度，角度等因素）二．路径规划模拟以楼宇内部各节点网络的构建作为切入点，分析楼宇节点网络模型的建立、空间数据的拓扑分析和最优路径规划。建立楼宇网络模型，主要包括点和线两种类型，即拐点、中心点、障碍点、弧段等。进行拓扑分析和网络分析，进行基于距离最短、时间最少和有障碍物情况下等不同情况的最短路径规划。优势是将最短路径分析的内容从距离延伸到了时间、花费、障碍物等复杂要素，从而提高该算法的适用性和可靠性。不足是时间复杂度较高，需要人为设定要素的不同权重。(楼宇内部路径规划算法研究及其应用综述-苏磊)楼宇三维路径规划不同于室外交通路径规划,楼宇内部路径数据还没有建立统一的规范标准,建筑物平面图也不是一种便于进行路径规划的数据,当前的系统中提供的成熟算法无法直接应用建筑物平面图数据进行寻径分析,必须对其进行处理。如何选择合适的建筑物平面图,利用它快速高效的构建楼宇内部三维空间拓扑关系,建立楼宇三维路径模型,确定合适的寻径算法以及权值更新方法,是实现楼宇三维寻径分析的关键。路径规划分类：（1）全局路径规划属于静态规划(离线规划)：需要掌握所有的环境信息，根据环境地图的所有信息进行路径规划（2）局部路径规划属于动态规划(在线规划)。局部路径规划只需要了解局部的障碍物分布情况，从而可以选出从当前结点到某一子目标结点的最优路径。路径规划算法：(1)传统算法传统的路径规划算法有:模拟退火算法、人工势场法、模糊逻辑算法、禁忌搜索算法等。(2)图形学的方法传统算法在解决实际问题时往往存在着建模难的问题，图形学的方法则提供了建模的基本方法，但是图形学的方法普遍存在着搜索能力的不足，往往需要结合专门的搜索算法。图形学的方法有:C空间法（可视图空间法）、栅格法、自由空间法（拓扑图法）、voronoi图法等。(3)智能仿生学算法处理复杂动态环境信息情况下的路径规划问题时，来自于自然界的启示往往能起到很好的作用。智能仿生学算法就是人们通过仿生学研究，发现的算法，常用到的有:蚁群算法、神经网络算法、粒子群算法、遗传算法等。(4)其他算法具有很强的路径搜索能力，可以很好地在离散的路径拓扑网络中发挥作用。这些算法包括:A*算法、Dijkstra算法、fallback算法、Floyd算法等。路径规划问题分类：(1)离散域范围内的最短路径规划问题：从最短路径规划的角度看，这一类问题都是在已知路径信息(节点数，路径参数信息，拓扑结构等)情况下，从已知起始节点到目标节点的最优路径路径规划问题，路径信息多为静态信息，即使有信息变动，智能算法也有足够的能力进行及时的应变规划。常用的算法有:Dijkstra算法、A*搜索算法、模拟退火算法、蚁群算法、遗传算法、粒子群算法、Floyd算法、Fallback算法等。(2)连续域范围内的全局路径规划问题：从路径规划角度来看，这类问题都是已知环境信息，且环境信息为静态信息的情况下，如何在安全范围内避开障碍物找到到达目的地的最短路径问题。解决此类问题通常依靠智能算法与环境建模结合使用。直接应用于此类问题的路径规划算法有:可视图法、自由空间法、Voronoi图法、栅格法、惩罚函数法、模拟退火算法等。间接应用的智能算法有:A*搜索算法、蚁群算法、遗传算法、粒子群算法、人工势场法等(3)连续域范围内的局部路径规划问题：局部规划面对的是动态的实时的环境信息，属于在线规划，对算法要求实时性好、高效、稳定。应用于此类问题的算法有:蚁群算法、遗传算法、粒子群算法、A*搜索算法、人工势场法、量子粒子群算法、神经网络算法等。疏散计划制定：考虑楼宇空间结构，人流因素（人流密度，人流速度，安全疏散距离，疏散时间）拓扑结构图顺序空间关系度量空间关系区域划分模型抽象楼宇内部模型人群信息权重设定人流因素拓扑关系分析路径网络全局/局部路径规划路径展现以下为路径规划算法在楼宇内部场景中的几个发展方向:1)现有路径规划算法改进2)不同路径规划算法结合3)路径规划算法三维化博士论文：楼梯区域人员疏散行为分析与模拟（不同区域，不同类型人员在楼梯区域的运动特点分析，运用格子气模型）人群疏散微观仿真（行人运动特征，行人行为模型，提出基于精细网格划分和人工势能场的行人行为模型）建筑典型区域人群疏散效率研究（房间出口设计，走廊、楼梯人群疏散，社会力模型）高层建筑人群垂直疏散特性（楼梯、电梯人群疏散特性。元胞自动机模型，pathfinder软件模拟）建筑火灾人群疏散行为及优化（疏散行为走廊，楼梯人群疏散行为分析，基于图论的排队论模型）虚拟人群行为建模及仿真（基于agent的行为控制模型，全局规划和局部避碰结合的路径规划，分层次的虚拟人群行为模型）密集人群疏散行为建模（启发式力学模型仿真行人行为）建筑内典型区域人员疏散特性（基于元胞自动机的多障碍物房间疏散，分析楼梯上行人流状态的变化）大型场馆人员疏散仿真（基于Agent与元胞自动机相结合，分别建立个体正常、个体拥挤、个体单步预走和个体多步预走疏散模型）避障路径规划研究（可视图法求避障路径，遗传算法求避障路径，避障最短路径问题的两级动态规划算法）硕士论文：大型公共建筑环境人群拥挤机理及行为特性研究（社会力模型）地铁疏散模型（agent-based模型）楼宇三维路径规划及表达（三维楼宇路径模型生成，A*算法求解最短路径，最小费用流求解疏散计划）期刊论文：空间密度场导向的人群仿真方法研究（利用空间句法得到的集成度映射成空间密度的密度，作为导航人群运动的关键因素）教室人群疏散模拟（不同桌椅位置，元胞自动机）三空间句法空间结构分析：（1）可见性与可见性分析：可见性是指视觉上能否看得到的属性。可见性分析是指：以运动体验的方式逐一判断空间中任意两点之间是看见还是看不见来研究实体对视线的阻隔和引导模式（2）空间可达性与空间整合度：“空间可达性”即空间的可接近性，是指从空间系统中某一空间到达其他空间的便捷程度(同样地，也可以指从空间系统中任意一处到达某一空间的便捷程度)，或者称为空间系统中空间单元之间联系的紧密程度。空间的“整合度”是组构分析中量化描述空间结构属性的变量之一，它以量化的方式描述了空间与周围空间之间在拓扑意义上的整合程度，整合程度越高，代表着空间可达性越高。因此，整合度是衡量空间可达性高低的量化指标。（3）空间的可理解度与可理解性：可理解度就是衡量从一个空间所看到的局部空间结构特征，是否有助于建立起整个空间系统的图景，即能否作为其看不到的整个空间结构的引导。组构定量分析：连接值，深度值，控制度，整合度。量化分析结果，最终以量化表、系统图以及关联分布图的方式表达出来空间句法的分析方法：凸空间法、轴线法、所有线法、视域网格法等。四、建筑空间分类：A类：产业类建筑（主要空间以物为尺度）主要空间以物为尺度,以人为辅助尺度,而且人与物在空间上不分离;满足此标准的建筑类型包括产:业类建筑,具体包括农业生产建筑、工业生产建筑、仓库(冷藏库)等;B类：交通类建筑、通信类建筑、消防站建筑（部分空间以物为尺度，部分以人为尺度）部分空间以人为尺度,部分空间以物为尺度,人与物在空间上可以分离;满足此标准的建筑类型包括交通类建筑,包括铁路客运站、公路客运站、水路客运站、航空客运站;包括通信类建筑,包括邮局、电信楼、广播电视建筑、国际卫星通信地面站;其它,如消防站等。C类:主要空间以人为尺度,以物为辅助尺度,人与物在空间上不分离;满足这种标准的建筑类型有很多,根据空间使用方式的特点,又可以分为以下四种C一1、空间以展示为核心特征的建筑类型:包括观展类建筑,如展览馆、国际博览会建筑、博物馆建筑、美术馆建筑;包括观演类建筑,如剧场、音乐厅、电影院、杂技场建筑、体育场馆建筑;包括商业建筑,如百货商场、批发市场、超级市场、购物中心、地下商业街等。C一2、空间以人+桌椅为主要使用方式的建筑类型:包括办公建筑,如办公楼、市政厅、会堂;包括餐饮建筑,如餐厅、宴会厅;包括教育建筑,如中小学校、高等学校、图书馆建筑。C一3、综合性建筑类型:包括住宅,如集合住宅、、联排住宅、独立式住宅;包括医院建筑,如门诊部分、住院部分、医疗医技部分;包括旅馆建筑,如客房部分、服务部分。C一4、特殊建筑类型:包括法院建筑、监狱建筑等。五、现有仿真软件现有的行人交通仿真软件有：Legion、Steps、AnyLogic、SimWalk、Nomad、SimPed、Pedroute/Paxport、Simulex、Micro-PedSim、Exodus、EvacSim、Evacnet等,但大多数用于模拟人群疏散。能模拟正常人流和疏散人的微观仿真软件,主要有Legion、Steps、AnyLogic和SimWalk