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基于Multi-Agent的人群疏散仿真模型的研究

作 者: 魏超
导 师: 余腊生
学 校: 中南大学
专 业: 计算机科学与技术
关键词: 仿真模型 路径规划 人群疏散 Multi-Agent
分类号: TP391.9
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 152次
引 用: 1次
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内容摘要


随着经济的发展、社会的进步,我国城市化进度不断加快,各类大型建筑物日益增多,对于人员密集的公共场,预先做好紧急情况下疏散方案显得尤为重要。由于疏散过程存在很大的安全隐患,一旦处理不当,则会造严重的后果。因此,对人群疏散进行深入研究具有重大的现实意义。近年来,人群疏散已成为安全领域研究的一个执点。人群行为是一个非常复杂的现象,它不仅受外界众多因素的影响,而且与自身的心理因素相关。因此,用一个组数学公式描述人群的行为是非常困难的。由于,疏散演练涉及大量的人员且耗资具大。因此,目前人群疏散研究主要借助于计算机仿真实现。本文将人类行为心理学与社会学引入到紧急疏散计算模型中,用于安全出口的分析。我们将多种人类行为引入基于Multi-Agent的疏散仿真系统(MASS)中来分析安全出口。MASS使用Multi-Agent仿真模式对每个疏散个体的行为时行建模。每个Agent都配有感知、大脑和运动机构。个体的行为模拟是通过对感知、决策制定、行为选择与运动控制建模实现的。社会行为的模拟则通过个体行为模行及个体间的交互实现,其中包括竞争行为、排队行为、从众行为与跟随引领者行为等。借助于可视化工具,仿真结果以3D图形的形式展现出来。MASS是一个模块化的计算框架,具有良好的可扩充性,能非常方便地添加一些新的行为到系统中去。在我们的模型中引入点测试算法、光跟踪算法及决策树来模拟疏散人员的感知、决策制定、行为选择和运动控制。在Agent的碰撞检测中,采用网格标记法处理潜在的冲突,计算的时间复杂度仅为O(N)。而在Agent的路径规划过程中,采用改进的粒子群优化(PSO)算法计算个体的移动方向与位置,并根据不同的环境调用不同的目标函数,有利于实现更复杂的人群行为。在改进的PSO算法中,去掉了一些无关因子的计算,在不失真实性的前提下,提高了算法的效率。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 研究现状  11-14
    1.2.1 人群疏散仿真在国内外发展概况  12
    1.2.2 疏散动态学的宏观模型研究  12-13
    1.2.3 疏散动态学的微观模型研究  13-14
  1.3 研究目的及内容  14-15
  1.4 论文的结构  15-16
第二章 相关背景知识  16-27
  2.1 人类行为学、社会行为学及人群动态学  16-18
  2.2 非适应性人群行为理论  18-19
  2.3 疏散模型  19-21
    2.3.1 流体系统和粒子系统  19-20
    2.3.2 基于矩阵的系统  20
    2.3.3 应急系统  20-21
  2.4 Agent和多Agent理论  21-23
    2.4.1 Agent理论  21-22
    2.4.2 多Agent系统  22-23
  2.5 3D引擎技术  23-26
    2.5.1 OpenGL和Direct3D介绍  23-24
    2.5.2 主要3D引擎介绍  24-26
  2.6 小结  26-27
第三章 基于多Agent的疏散仿真计算框架  27-38
  3.1 模型计算层次结构  27-28
  3.2 MASS的框架  28-29
  3.3 物理环境的建模  29-30
  3.4 基于Agent群体模型  30-34
    3.4.1 人群类型  30-31
    3.4.2 感知系统  31-32
    3.4.3 Agent的行为系统  32-33
    3.4.4 执行系统  33-34
  3.5 其于网格的碰撞检测方法  34-36
  3.6 楼梯的表示  36-37
  3.7 小结  37-38
第四章 基于粒子群优化算法的路径搜索模型  38-44
  4.1 概述  38
  4.2 数值优化  38
  4.3 粒子群优化(PSO)算法  38-40
  4.4 改进的基于PSO的路径规划算法  40-43
    4.4.1 驱动引力和驱动斥力  40-41
    4.4.2 目标函数的先择  41-43
  4.5 小结  43-44
第五章 基于Agent模型的行为仿真  44-55
  5.1 环境信息的获取  44
  5.2 行为选择  44-48
  5.3 行为的实现  48-50
  5.4 社会行为模拟  50-52
  5.5 紧急疏散模式与统计分析  52-53
  5.6 小结  53-55
第六章 基于MASS框架的疏散仿真实验  55-61
  6.1 人群疏散仿真实验平台  55-57
    6.1.1 疏散实验平台介绍  55-56
    6.1.2 实验平台环境初始化  56-57
  6.2 疏散时间因素分析  57-60
    6.2.1 出口宽度和疏散时间  57-58
    6.2.2 出口数量与疏散时间的关系  58-59
    6.2.3 人员心理因素与疏散时间的关系  59-60
  6.3 小结  60-61
第七章 总结与展望  61-63
  7.1 全文总结  61-62
  7.2 展望  62-63
参考文献  63-69
致谢  69-70
攻读学位期间主要研究成果  70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理(信息加工) > 计算机仿真
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