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基于势能场模型的人群疏散仿真研究

作　者: 何锐权
导　师: 纪庆革
学　校: 中山大学
专　业: 软件工程
关键词: 人群疏散边界条件势能场迭代法三维仿真
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 43次
引　用: 0次
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内容摘要

节假日期间，公共场所聚集了大量行人，例如中国春运期间的车站。为了合理的规划各种公共设施以及在危急情况下及时疏导人流，有必要对人群疏散进行仿真。本文对近三十年来国内外人群仿真的各种方法进行了归纳分析，然后选择了势能场方法作为研究对象。本文的主要工作如下：首先，针对传统势能场方法容易产生局部最优值的问题，引入了诺依曼边界条件，通过设定其法向导数为零，削弱了障碍物对虚拟行人的排斥力，从而避免了局部最优值的产生。在此基础上，针对人群疏散中的拱形现象，对比了传统势能场方法和诺依曼边界条件势能场方法，展示了后者在仿真效果上有较大的提高。此外，通过对传统势能场方法和诺依曼边界条件势能场方法进行加权叠加，能够灵活控制障碍物对虚拟行人的排斥力，从而在不同的场景中均能有较好的仿真效果。其次，针对势能场线性方程组的求解方法，本文引入了三种常用的迭代法，并且对其狄利克雷边界条件问题和诺依曼边界条件问题进行了分析，指明了在不同规模、不同条件的场景下所适用的势能场线性方程组的求解方法。此外，在此基础上，本文提出了利用迭代法求解诺依曼边界条件问题的误差项进行路径规划的方法。使用该方法无需根据场景预先设定任何的边界条件，有较好的场景自适应性。然后，针对势能场作为宏观模型在模拟虚拟行人的微观特征时所遇到的失真问题，本文提出了三项微观优化策略：局部势能场、更新策略和速度控制。通过给每个虚拟的行人添加一个局部势能场能够有效地控制虚拟行人之间的距离；通过对比随机更新策略和非随机更新策略，能够有效地模拟插队和排队的情况；通过使用一个简单的线性速度控制策略，能够模拟出拥挤程度对虚拟行人速度大小的影响。最后，本文利用了DirectX图形接口，在DXUT的框架下，建立了一个三维人群疏散仿真原型系统，综合本文所提及的人群疏散仿真的各种因素，对地铁站、十字路口、办公室和大型广场等真实场景进行了仿真模拟，具有一定的工程应用价值。

全文目录

摘要  2-4
Abstract  4-7
第1章引言  7-19
  1.1 研究背景  7
  1.2 研究意义  7-9
  1.3 国内外文献综述  9-17
  1.4 研究内容  17
  1.5 论文组织结构  17-18
  1.6 本章小结  18-19
第2章势能场理论及其优化  19-36
  2.1 势能场基本理论  19-23
  2.2 势能场优化  23-27
  2.3 势能场线性方程组的求解  27-30
  2.4 微观优化  30-33
  2.5 仿真算法的评价  33-35
  2.6 本章小结  35-36
第3章实验分析  36-58
  3.1 实验系统的搭建  36-39
  3.2 狄利克雷边界条件与诺依曼边界条件  39-44
  3.3 简单场景与迷宫场景的线性方程组的求解  44-48
  3.4 微观优化实验  48-51
  3.5 帧速率  51-52
  3.6 真实场景模拟  52-57
  3.7 本章小结  57-58
第4章总结与展望  58-59
  4.1 论文总结  58
  4.2 论文展望  58-59
参考文献  59-62
致谢  62

基于势能场模型的人群疏散仿真研究

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