CN112149305A - 轨道车辆火灾人员疏散仿真方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供的轨道车辆火灾人员疏散仿真方法及系统，获取车门火灾状态、乘客数目和乘客在疏散矩阵中所占据的元胞；启动疏散仿真，针对每一乘客，确定中间元胞、邻域元胞及转移矩阵；确定元胞所受火灾斥力强度；计算乘客移动概率，得到概率转移矩阵；选择最大移动概率对应元胞作为新的中间元胞，迭代计算概率转移矩阵；获取乘客数目由初始数目减为0时发生迭代计算的迭代耗时，及最后一名乘客下车耗时；确定疏散总耗时并输出。利用元胞自动机理论构建用于指示轨道车辆的车厢空间的疏散矩阵，并获取车门火灾状态、乘客数目和乘客在疏散矩阵中所占据的元胞，启动疏散仿真，从而得到疏散总耗时，节省了成本，且能快速得到不同工况所对应疏散总耗时。
Description
技术邻域
本发明涉及仿真技术邻域，具体地说，涉及一种轨道车辆火灾人员疏散仿真方法及系统。
背景技术
随着经济发展和人口增多，轨道车辆(如地铁等)以其运行速度较快、方便省时等优点，越来越被人们所重视，逐渐成为人们出行中一种重要的交通工具。
由于轨道车辆载客量较大且处于人流密集的公共聚集场所等，一旦发生火灾，其后果不堪设想，因而设计开发轨道车辆的过程中，在进行防火安全分析时，需要给出轨道车辆火灾人员疏散所用逃生时间。
目前，采用疏散仿真系统进行人员疏散逃生演练，以获得轨道车辆火灾人员疏散所用逃生时间，然而，每次进行疏散仿真时，需针对轨道车辆所处的不同工况，对现有的疏散仿真系统进行建模、分析及设计，耗费的时间、财力及人力成本较高，且无法快速得到轨道车辆处于不同工况时所对应的疏散所用逃生时间。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种轨道车辆火灾人员疏散仿真方法及系统，以实现低成本和快速得到轨道车辆处于不同工况时所对应的疏散所用逃生时间的目的。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一方面，本发明实施例一种轨道车辆火灾人员疏散仿真方法，包括：
获取轨道车辆的车门火灾状态、乘客数目和乘客在疏散矩阵中所占据的元胞，所述疏散矩阵用于指示基于元胞自动机理论构建的轨道车辆的车厢空间，所述疏散矩阵包括多个元胞，每一元胞包含一个数值，不同数值指示不同对象，所述对象至少包括乘客和非乘客；
启动疏散仿真，针对每一乘客，将所述乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，确定邻域元胞，基于所述中间元胞和所述邻域元胞得到对应所述乘客的转移矩阵；
在所述转移矩阵内，基于所述车门火灾状态，以及所述中间元胞和所述邻域元胞到轨道车辆出口的相对距离，确定所述中间元胞和所述邻域元胞所受火灾斥力强度；
依据所述相对距离、所述中间元胞和所述邻域元胞中的数值、所述火灾斥力强度、乘客间斥力和从众吸引力计算所述乘客由所述中间元胞向所述邻域元胞移动的移动概率，得到概率转移矩阵；
选择所述概率转移矩阵中最大移动概率所对应的元胞作为所述乘客移动后对应的新的中间元胞，迭代计算概率转移矩阵，直至所述乘客移动出轨道车辆出口，所述乘客数目减1；
获取所述乘客数目由初始数目减为0时发生迭代计算的迭代耗时，以及最后一名乘客移动出轨道车辆出口的下车耗时；
将所述迭代耗时、所述下车耗时和所述轨道车辆开门耗时之和作为疏散总耗时，并输出。
可选的，基于元胞自动机理论构建用于指示轨道车辆的车厢空间的疏散矩阵的过程，包括：
基于元胞自动机理论将所述轨道车辆所在空间划分为多个大小相等的元胞；
通过数值映射的方式在所述每个元胞中将指代乘客和非乘客的信息映射出来，得到用于指示轨道车辆的车厢空间的疏散矩阵。
可选的，所述将所述乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，确定邻域元胞，基于所述中间元胞和所述邻域元胞得到对应所述乘客的转移矩阵，包括：
将所述乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，并将所述中间元胞前面、后面、左面、右面、左前方、左后方、右前方和右后方的相邻元胞确定为领域元胞；
利用所述中间元胞和所述邻域元胞共同构成对应所述乘客的转移矩阵。
可选的，所述依据所述相对距离、所述中间元胞和所述邻域元胞中的数值、所述火灾斥力强度、乘客间斥力和从众吸引力计算所述乘客由所述中间元胞向所述邻域元胞移动的移动概率，得到概率转移矩阵，包括：
获取所述中间元胞和所述邻域元胞所受乘客间斥力，以及所受从众吸引力；
利用Pij＝N×exp(kSSij+kFFij+kDDij+kQQij+...)×aij×(1-bij)计算由中间元胞向所述转移矩阵内的各个邻域元胞移动的移动概率Pij；
其中，i表示第i个乘客，j表示所述转移矩阵中元胞的编号，Sij表示相对距离，Fij表示火灾斥力强度，Dij表示乘客间斥力，Qij表示从众吸引力，ks为Sij的影响系数，kF为Fij的影响系数，kD为Dij的影响系数，kQ为Qij的影响系数，N为归一化因子；N＝[∑exp(kSSij+kFFij+kDDij+kQQij+...)×aij×(1-bij)]-1；aij用于指示元胞j是否被障碍物或车墙占据的标识，若被占据，则aij所指示的元胞中的数值为0，若未被占据，则aij所指示的元胞中的数值为1；bij用于指示元胞j是否被乘客占据的标识，若被占据，则bij所指示的元胞中的数值为0，若未被占据，则bij所指示的元胞中的数值为1；
根据得到的移动概率及所述转移矩阵，确定概率转移矩阵。
另一方面，本发明实施例提供一种轨道车辆火灾人员疏散仿真系统，包括：
第一获取单元，用于获取轨道车辆的车门火灾状态、乘客数目和乘客在疏散矩阵中所占据的元胞，所述疏散矩阵用于指示基于元胞自动机理论构建的轨道车辆的车厢空间，所述疏散矩阵包括多个元胞，每一元胞包含一个数值，不同数值指示不同对象，所述对象至少包括乘客和非乘客；
第一确定单元，用于启动疏散仿真，针对每一乘客，将所述乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，确定邻域元胞，基于所述中间元胞和所述邻域元胞得到对应所述乘客的转移矩阵；
第二确定单元，用于在所述转移矩阵内，基于所述车门火灾状态，以及所述中间元胞和所述邻域元胞到轨道车辆出口的相对距离，确定所述中间元胞和所述邻域元胞所受火灾斥力强度；
第一计算单元，用于依据所述相对距离、所述中间元胞和所述邻域元胞中的数值、所述火灾斥力强度、乘客间斥力和从众吸引力计算所述乘客由所述中间元胞向所述邻域元胞移动的移动概率，得到概率转移矩阵；
第二计算单元，用于选择所述概率转移矩阵中最大移动概率所对应的元胞作为所述乘客移动后对应的新的中间元胞，迭代计算概率转移矩阵，直至所述乘客移动出轨道车辆出口，所述乘客数目减1；
第二获取单元，用于获取所述乘客数目由初始数目减为0时发生迭代计算的迭代耗时，以及最后一名乘客移动出轨道车辆出口的下车耗时；
输出单元，用于将所述迭代耗时、所述下车耗时和所述轨道车辆开门耗时之和作为疏散总耗时，并输出。
可选的，所述系统还包括：构建单元；
所述构建单元，用于基于元胞自动机理论将所述轨道车辆所在空间划分为多个大小相等的元胞；通过数值映射的方式在所述每个元胞中将指代乘客和非乘客的信息映射出来，得到用于指示轨道车辆的车厢空间的疏散矩阵。
可选的，第一确定单元，具体用于将所述乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，并将所述中间元胞前面、后面、左面、右面、左前方、左后方、右前方和右后方的相邻元胞确定为领域元胞；利用所述中间元胞和所述邻域元胞共同构成对应所述乘客的转移矩阵。
可选的，第一计算单元包括：
获取模块，用于获取所述中间元胞和所述邻域元胞所受乘客间斥力，以及所受从众吸引力；
计算模块，用于利用Pij＝N×exp(kSSij+kFFij+kDDij+kQQij+...)×aij×(1-bij)计算由中间元胞向所述转移矩阵内的各个邻域元胞移动的移动概率Pij；
确定模块，用于根据得到的移动概率及所述转移矩阵，确定概率转移矩阵；
其中，i表示第i个乘客，j表示所述转移矩阵中元胞的编号，Sij表示相对距离，Fij表示火灾斥力强度，Dij表示乘客间斥力，Qij表示从众吸引力，ks为Sij的影响系数，kF为Fij的影响系数，kD为Dij的影响系数，kQ为Qij的影响系数，N为归一化因子，N＝[∑exp(kSSij+kFFij+kDDij+kQQij+...)×aij×(1-bij)]-1；aij用于指示元胞j是否被障碍物或车墙占据的标识，若被占据，则aij所指示的元胞中的数值为0，若未被占据，则aij所指示的元胞中的数值为1；bij表示元胞j是否被乘客占据的标识，若被占据，则bij所指示的元胞中的数值为0，若未被占据，则bij所指示的元胞中的数值为1。
基于上述本发明实施例提供的轨道车辆火灾人员疏散仿真方法及系统，获取轨道车辆的车门火灾状态、乘客数目和乘客在疏散矩阵中所占据的元胞，所述疏散矩阵用于指示基于元胞自动机理论构建的轨道车辆的车厢空间，所述疏散矩阵包括多个元胞，每一元胞包含一个数值，不同数值指示不同对象，所述对象至少包括乘客和非乘客；启动疏散仿真，针对每一乘客，将乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，确定邻域元胞，基于中间元胞和邻域元胞得到对应乘客的转移矩阵；在转移矩阵内，基于车门火灾状态，以及中间元胞和邻域元胞到轨道车辆出口的相对距离，确定中间元胞和邻域元胞所受火灾斥力强度；依据相对距离、中间元胞和邻域元胞中的数值、火灾斥力强度、乘客间斥力和从众吸引力计算乘客由中间元胞向邻域元胞移动的移动概率，得到概率转移矩阵；选择概率转移矩阵中最大移动概率所对应的元胞作为乘客移动后对应的新的中间元胞，迭代计算概率转移矩阵，直至乘客移动出轨道车辆出口，所述乘客数目减1；获取乘客数目由初始数目减为0时发生迭代计算的迭代耗时，以及最后一名乘客移动出轨道车辆出口的下车耗时；将迭代耗时、下车耗时和轨道车辆开门耗时之和作为疏散总耗时，并输出。在本方案中，利用元胞自动机理论构建用于指示轨道车辆的车厢空间的疏散矩阵，并获取轨道车辆的车门火灾状态、乘客数目和乘客在疏散矩阵中所占据的元胞，通过启动疏散仿真，从而得到轨道车辆火灾人员疏散总耗时，该过程无需针对每次疏散仿真进行重新设计分析，节省了时间、财力及人力成本，且能够快速得到轨道车辆处于不同工况时所对应的疏散总耗时。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本邻域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种轨道车辆火灾人员疏散仿真方法的流程示意图；
图2为本发明实施例公开的一种基于中间元胞和邻域元胞得到的对应乘客的转移矩阵的示意图；
图3为本发明实施例公开的一种对应乘客的概率转移矩阵的示意图；
图4为本发明实施例公开的一种轨道车辆火灾人员疏散仿真系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本邻域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。
根据背景技术可知，采用疏散仿真系统获得轨道车辆火灾人员疏散所用逃生时间的过程中，每次进行疏散仿真时，需针对轨道车辆所处的不同工况，对现有的疏散仿真系统进行建模、分析及设计，耗费的时间、财力及人力成本较高，且无法快速得到轨道车辆处于不同工况时所对应的疏散所用逃生时间。
为此，本发明实施例提供一种轨道车辆火灾人员疏散仿真方法及系统，以实现低成本和快速得到轨道车辆处于不同工况时所对应的疏散所用逃生时间的目的。具体实现过程通过以下实施例进行介绍说明。
请参见图1，示出了本发明实施例提供的一种轨道车辆火灾人员疏散仿真方法的流程示意图。该方法包括以下步骤：
S101：获取轨道车辆的车门火灾状态、乘客数目和乘客在疏散矩阵中所占据的元胞。
在S101中，轨道车辆可以为诸如高铁、动车和地铁(如A型地铁等)等轨道车辆，在此不做限制。
车门火灾状态可以包括：车门端部火灾状态和车门中部火灾状态。可以理解的是，车门端部火灾状态指的是在车门的顶部位置发生火灾的状态，车门中部火灾状态指的是在车门的中间位置发生火灾的状态。
乘客数目为预设的乘客数目，可以根据实际应用场景需要进行设置。可以理解的是，所预设的乘客数目应不超过轨道车辆所能容纳的乘客总数。
疏散矩阵用于指示基于元胞自动机理论构建的轨道车辆的车厢空间，所述疏散矩阵包括多个元胞，每一元胞包含一个数值，不同数值指示不同对象，所述对象至少包括乘客和非乘客(例如车墙或障碍物等)。
元胞自动机通常可由元胞、元胞状态、领域和状态更新规则所构成的四元组来表示。
其中，元胞是构成元胞自动机的最基本单元。通常在某一个时刻，一个元胞只能有一种元胞状态，且该状态取自一个有限集合，如{0,1}或{0，a1，a2，an}等。
在空间位置上与元胞相邻的细胞称为它的邻元，由所有邻元组成的区域称为它的邻域。
状态更新规则是指根据元胞当前状态及其邻域中元胞的状态决定下一时刻该元胞状态的状态转移函数。
下面对基于元胞自动机理论构建用于指示轨道车辆的车厢空间的疏散矩阵的过程进行介绍。
该过程包括以下步骤：
S11：基于元胞自动机理论将轨道车辆所在空间划分为多个大小相等的元胞。
在具体实现S11的过程中，基于元胞自动机理论将轨道车辆所在空间划分得到的元胞的大小可根据轨道车辆尺寸、布局特征以及实际应用场景需要来设置。
在一个具体实施例中，可以基于元胞自动机理论将轨道车辆所在空间划分为多个0.5m×0.5m大小的元胞。
S12：通过数值映射的方式在每个元胞中将指代乘客和非乘客的信息映射出来，得到用于指示轨道车辆的车厢空间的疏散矩阵。
在具体实现S12的过程中，基于执行S11得到的元胞，以不同的数值指代乘客和非乘客的信息，再通过数值映射的方式在每个元胞中将指代乘客的信息和指代非乘客的信息映射出来，得到用于指示轨道车辆的车厢空间的疏散矩阵。
S102：启动疏散仿真，针对每一乘客，将乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，确定邻域元胞，基于中间元胞和邻域元胞得到对应乘客的转移矩阵。
在S102中，中间元胞和邻域元胞中包含指示元胞是否被不同对象占据的标识，该标识根据元胞是否被对应对象占据指示不同的数值，该标识包括第一标识和第二标识。
例如，该第一标识用于指示元胞是否被乘客占据；若一个元胞被第一标识标记，若该元胞被乘客占据，则该第一标识指示该元胞中的数值为0，若该元胞未被乘客占据，则该第一标识指示该元胞中的数值为1。
该第二标识用于指示元胞是否被障碍物或车墙占据的标识；若一个元胞被第二标识标记，若该元胞被障碍物或车墙占据，则该第二标识指示该元胞中的数值为0，若该元胞未被障碍物和车墙占据，则该第二标识指示该元胞中的数值为1。
例如，中间元胞为乘客所占据的元胞，标记该元胞的第一标识则指示该中间元胞中的数值为0。
若一邻域元胞被第二标识标记，若该邻域元胞被障碍物或车墙占据，标记该邻域元胞的第二标识则指示该邻域元胞中的数值为0。
在一个实施例中，具体执行S102将乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，确定邻域元胞，基于中间元胞和邻域元胞得到对应乘客的转移矩阵的过程为：
首先，将乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，并将中间元胞左面和右面的相邻元胞确定为领域元胞。
然后，利用中间元胞和邻域元胞共同构成对应乘客的转移矩阵。该转移矩阵中包含指示元胞是否被不同对象占据的标识。
在一个实施例中，具体执行S102将乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，确定邻域元胞，基于中间元胞和邻域元胞得到对应乘客的转移矩阵的过程为：
首先，将乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，并将中间元胞前面、后面、左面和右面的相邻元胞确定为领域元胞。
然后，利用中间元胞和邻域元胞共同构成对应乘客的转移矩阵。该转移矩阵中包含指示元胞是否被不同对象占据的标识。
在一个实施例中，具体执行S102将乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，确定邻域元胞，基于中间元胞和邻域元胞得到对应乘客的转移矩阵的过程为：
首先，将乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，并将中间元胞前面、后面、左面、右面、左前方、左后方、右前方和右后方的相邻元胞确定为领域元胞。
然后，利用中间元胞和邻域元胞共同构成对应乘客的转移矩阵。该转移矩阵中包含指示元胞是否被不同对象占据的标识。
需要说明的是，上述仅为本发明提供的一些可选实施例，实际应用中还可以有其他的实施例。
S103：在转移矩阵内，基于车门火灾状态，以及中间元胞和邻域元胞到轨道车辆出口的相对距离，确定中间元胞和邻域元胞所受火灾斥力强度。
在S103中，车门火灾状态的不同，对元胞造成的火灾斥力强度也不同。可以理解的是，不同的车门火灾状态也会影响乘客对逃生车门的选择，比如，乘客会更倾向于选择对元胞造成的火灾斥力强度较小的车门火灾状态的车门来逃生。
在S103中，元胞到轨道车辆出口的相对距离的不同，元胞所受火灾斥力强度也不同。元胞到轨道车辆出口的相对距离与元胞所受火灾斥力强度成正比关系，即，在元胞到轨道车辆出口的相对距离越大时，元胞所受火灾斥力强度也越大，在元胞到轨道车辆出口的相对距离越小时，元胞所受火灾斥力强度也越小。
在具体实现S103的过程中，在转移矩阵内，基于车门火灾状态以及中间元胞到轨道车辆出口的相对距离，确定中间元胞所受火灾斥力强度，和基于车门火灾状态以及邻域元胞到轨道车辆出口的相对距离，确定邻域元胞所受火灾斥力强度。
S104：依据相对距离、中间元胞和邻域元胞中的数值、火灾斥力强度、乘客间斥力和从众吸引力计算乘客由中间元胞向邻域元胞移动的移动概率，得到概率转移矩阵。
在具体S104的过程中，首先，获取中间元胞和邻域元胞所受乘客间斥力，以及所受从众吸引力。
在具体实现中，获取中间元胞所受乘客间斥力以及所受从众吸引力，和获取邻域元胞所受乘客间斥力以及所受从众吸引力。
元胞所受乘客间斥力与乘客之间的距离成反比关系，即，乘客之间的距离越大，元胞所受乘客间斥力越小，乘客之间的距离越小，元胞所受乘客间斥力越大。
元胞所受从众吸引力与一定范围内乘客的移动方向相关，即，在一定范围内，向一个方向移动的乘客越多，则元胞在该方向上所受从众吸引力越大，反之，向一个方向移动的乘客越少，则元胞在该方向上所受从众吸引力越小。
其次，利用Pij＝N×exp(kSSij+kFFij+kDDij+kQQij+...)×aij×(1-bij)计算中间元胞向转移矩阵内的各个邻域元胞移动的移动概率Pij：
其中，i表示第i个乘客，j表示转移矩阵中元胞的编号，Sij表示相对距离，Fij表示火灾斥力强度，Dij表示乘客间斥力，Qij表示从众吸引力，ks为Sij的影响系数，kF为Fij的影响系数，kD为Dij的影响系数，kQ为Qij的影响系数，N为归一化因子，N＝[∑exp(kSSij+kFFij+kDDij+kQQij+...)×aij×(1-bij)]-1；aij用于指示元胞j是否被障碍物或车墙占据的标识，若被占据，则aij所指示的元胞中的数值为0，若未被占据，则aij所指示的元胞中的数值为1；bij用于指示元胞j是否被乘客占据的标识，若被占据，则bij所指示的元胞中的数值为0，若未被占据，则bij所指示的元胞中的数值为1。
最后，根据得到的移动概率及转移矩阵，确定概率转移矩阵。
在具体实现中，基于计算出的中间元胞向邻域元胞移动的移动概率，对应基于中间元胞和邻域元胞得到的对应乘客的转移矩阵，确定对应乘客的概率转移矩阵。
S105：选择概率转移矩阵中最大移动概率所对应的元胞作为乘客移动后对应的新的中间元胞，迭代计算概率转移矩阵，直至乘客移动出轨道车辆出口，所述乘客数目减1。
在具体S105的过程中，选择概率转移矩阵中最大移动概率所对应的元胞作为乘客移动后对应的新的中间元胞，返回执行S102确定邻域元胞及转移矩阵，继续以该新的中间元胞进行迭代计算概率转移矩阵，进而得到对应乘客从最初位置移动出轨道车辆出口的移动规律。
需要说明的是，每迭代计算一次概率转移矩阵，乘客由中间元胞向概率转移矩阵中最大移动概率所对应的元胞移动一次。
S106：获取乘客数目由初始数目减为0时发生迭代计算的迭代耗时，以及最后一名乘客移动出轨道车辆出口的下车耗时。
在具体实现S106的过程中，考虑到轨道车辆狭小的空间以及密集的人群环境，车内乘客移动的速度较慢，因此可将迭代耗时设为一个较短的数值，可选的，迭代耗时设为1秒。
可以理解的是，经过迭代计算概率转移矩阵，确定概率转移矩阵中最大移动概率所对应的元胞之后，乘客才进行移动，因此，获取乘客数目由初始数目减为0时发生迭代计算的迭代耗时之时，还需要获取最后一名乘客移动出轨道车辆出口的下车耗时。
需要说明的是，车内所有乘客是同时进行移动的，也就是说迭代计算概率转移矩阵，确定概率转移矩阵中最大移动概率所对应的元胞，乘客进行移动，并将乘客移动后对应的新的中间元胞，基于该新的中间元胞确定领域元胞及转移矩阵，继续以该新的中间元胞进行迭代计算概率转移矩阵，进而得到对应乘客从最初位置移动出轨道车辆出口的移动规律，基于该移动规律使乘客进行移动，直至最后一名乘客移动出轨道车辆出口的过程，是针对车内所有乘客同时进行的，因此，获取迭代耗时，又由于乘客移动是在确定概率转移矩阵中最大移动概率所对应的元胞之后进行的，因此还需要获取最后一名乘客的移动出轨道车辆出口的下车耗时。
例如，车内共有6名乘客，当最后一名乘客移动出轨道车辆出口时，所用下车耗时为1秒，总共发生迭代所用耗时为15秒，因此，获取迭代所用耗时与下车耗时之和，即16秒。
S107：将迭代耗时、下车耗时和轨道车辆开门耗时之和作为疏散总耗时，并输出。
在S107中，轨道车辆开门耗时为对应该轨道车辆型号的开门耗时，具体实现中，可根据轨道车辆型号进行查询，以获得对应该型号轨道车辆的开门耗时。
可以理解的是，轨道车辆的车门为打开状态时，乘客才可从该车门疏散逃生，因此，将轨道车辆开门耗时与迭代耗时、下车耗时之和作为疏散总耗时进行输出。
基于上述本发明实施例提供的轨道车辆火灾人员疏散仿真方法，利用元胞自动机理论构建用于指示轨道车辆的车厢空间的疏散矩阵，并获取轨道车辆的车门火灾状态、乘客数目和乘客在疏散矩阵中所占据的元胞，通过启动疏散仿真，从而得到轨道车辆火灾人员疏散总耗时，该过程无需针对每次疏散仿真进行重新设计分析，节省了时间、财力及人力成本，且能够快速得到轨道车辆处于不同工况时所对应的疏散总耗时。
为更好理解上述本发明实施例示出的一种轨道车辆火灾人员疏散仿真方法，其在执行人员疏散仿真方法的过程中，以每个乘客所处的元胞为中间元胞构建的转移矩阵为处理单元，计算该乘客由中间元胞向邻域元胞移动的移动概率，得到概率转移矩阵，并选择概率转移矩阵中最大移动概率所对应的元胞作为乘客移动后对应的新的中间元胞，继续以该新的中间元胞进行迭代计算概率转移矩阵，进而得到对应乘客从最初位置移动出轨道车辆出口的移动规律，并基于该移动规律使乘客进行移动，从而完成所有乘客的疏散仿真。在具体实现过程中，以一个乘客所占据的中间元胞构建的三行三列的转移矩阵为例进行介绍说明，其中，该乘客所占据的中间元胞具有八个领域元胞。
如图2所示，为本发明实施例提供的一种基于中间元胞和邻域元胞得到的对应乘客的转移矩阵的示意图。
图2中，z指代乘客所占据的元胞，即中间元胞，环绕该中间元胞的八个相邻元胞为对应该中间元胞的领域元胞。
基于下述式子进行计算该中间元胞向邻域元胞移动的移动概率：
Pij＝N×exp(kSSij+kFFij+kDDij+kQQij+...)×aij×(1-bij)
其中，i表示第i个乘客，j表示转移矩阵中元胞的编号，j为1-9中的任一整数值，Sij表示相对距离，Fij表示火灾斥力强度，Dij表示乘客间斥力，Qij表示从众吸引力，ks为Sij的影响系数，kF为Fij的影响系数，kD为Dij的影响系数，kQ为Qij的影响系数，N为归一化因子，N＝[∑exp(kSSij+kFFij+kDDij+kQQij+...)×aij×(1-bij)]-1；aij用于指示元胞j是否被障碍物或车墙占据的标识，若被占据，则aij所指示的元胞中的数值为0，若未被占据，则aij所指示的元胞中的数值为1；bij表示元胞j是否被乘客占据的标识，若被占据，则bij所指示的元胞中的数值为0，若未被占据，则bij所指示的元胞中的数值为1。
可以理解的是，若j为5时，基于中间元胞中的数值、中间元胞到轨道车辆出口的相对距离、中间元胞所受火灾斥力强度、中间元胞所受乘客间斥力和中间元胞所受从众吸引力计算的是中间元胞不发生移动的概率，即中间元胞保持所在位置不变的概率。
若j为1-4或6-9中的任一整数值时，基于邻域元胞中的数值、邻域元胞到轨道车辆出口的相对距离、邻域元胞所受火灾斥力强度、邻域元胞所受乘客间斥力和邻域元胞所受从众吸引力计算的是中间元胞向邻域元胞移动的移动概率。
通过以上过程计算，得到中间元胞向各个邻域元胞移动的移动概率及中间元胞向自身移动的移动概率(可以理解为该中间元胞不发生移动的概率，即该中间元胞保持所在位置不变的概率)，结合图2所示的转移矩阵，可得到对应乘客的概率转移矩阵，如图3所示，为本发明实施例提供的一种对应乘客的概率转移矩阵的示意图。
根据图3所示的概率转移矩阵，选择概率转移矩阵中最大移动概率所对应的元胞作为乘客移动的位置，并将该元胞作为乘客移动后对应的新的中间元胞，继续基于该新的中间元胞确定领域元胞，进而确定转移矩阵，并计算中间元胞向各个邻域元胞移动的移动概率，从而确定概率转移矩阵的过程，迭代进行上述过程，可得到对应乘客从最初位置移动出轨道车辆出口的移动规律。
在本发明实施例中，基于对应乘客的转移矩阵，计算中间元胞向邻域元胞移动的移动概率，从而得到概率转移矩阵，并从概率转移矩阵中选择最大移动概率所对应的元胞作为乘客移动后对应的新的中间元胞，迭代进行上述过程，进而得到对应乘客从最初位置移动出轨道车辆出口的移动规律，乘客依据此移动规律进行疏散，通过获取迭代耗时、最后一名乘客下车耗时及轨道车辆开门耗时即可得到疏散总耗时，该过程无需针对每次疏散仿真进行重新设计分析，节省了时间、财力及人力成本，且能够快速得到轨道车辆处于不同工况时所对应的疏散总耗时。
基于上述本发明实施例公开的轨道车辆火灾人员疏散仿真方法，相应的，本发明实施例还公开一种轨道车辆火灾人员疏散仿系统。
请参见图4，为本发明实施例提供的一种轨道车辆火灾人员疏散仿系统的结构框图。该系统包括：第一获取单元401、第一确定单元402、第二确定单元403、第一计算单元404、第二计算单元405、第二获取单元406和输出单元407。
第一获取单元401，用于获取轨道车辆的车门火灾状态、乘客数目和乘客在疏散矩阵中所占据的元胞，所述疏散矩阵用于指示基于元胞自动机理论构建的轨道车辆的车厢空间，所述疏散矩阵包括多个元胞，每一元胞包含一个数值，不同数值指示不同对象，所述对象至少包括乘客和非乘客。
第一确定单元402，用于启动疏散仿真，针对每一乘客，将乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，确定邻域元胞，基于中间元胞和邻域元胞得到对应乘客的转移矩阵。
第二确定单元403，用于在转移矩阵内，基于车门火灾状态，以及中间元胞和邻域元胞到轨道车辆出口的相对距离，确定中间元胞和邻域元胞所受火灾斥力强度。
第一计算单元404，用于依据相对距离、中间元胞和邻域元胞中的数值、火灾斥力强度、乘客间斥力和从众吸引力计算乘客由中间元胞向邻域元胞移动的移动概率，得到概率转移矩阵。
第二计算单元405，用于选择概率转移矩阵中最大移动概率所对应的元胞作为乘客移动后对应的新的中间元胞，迭代计算概率转移矩阵，直至乘客移动出轨道车辆出口，所述乘客数目减1。
第二获取单元406，用于获取乘客数目由初始数目减为0时发生迭代计算的迭代耗时，以及最后一名乘客移动出轨道车辆出口的下车耗时。
输出单元407，用于将迭代耗时、下车耗时和轨道车辆开门耗时之和作为疏散总耗时，并输出。
可选的，该系统还包括：构建单元。
构建单元，用于基于元胞自动机理论将轨道车辆所在空间划分为多个大小相等的元胞；通过数值映射的方式在每个元胞中将指代乘客和非乘客的信息映射出来，得到用于指示轨道车辆的车厢空间的疏散矩阵。
可选的，第一确定单元，具体用于将乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，并将中间元胞前面、后面、左面、右面、左前方、左后方、右前方和右后方的相邻元胞确定为领域元胞；利用中间元胞和邻域元胞共同构成对应乘客的转移矩阵。
可选的，第一计算单元包括：
获取模块，用于获取中间元胞和邻域元胞所受乘客间斥力，以及所受从众吸引力。
计算模块，用于利用Pij＝N×exp(kSSij+kFFij+kDDij+kQQij+...)×aij×(1-bij)计算由中间元胞向所述转移矩阵内的各个邻域元胞移动的移动概率Pij；
确定模块，用于根据得到的移动概率及所述转移矩阵，确定概率转移矩阵；
其中，i表示第i个乘客，j表示所述转移矩阵中元胞的编号，Sij表示相对距离，Fij表示火灾斥力强度，Dij表示乘客间斥力，Qij表示从众吸引力，ks为Sij的影响系数，kF为Fij的影响系数，kD为Dij的影响系数，kQ为Qij的影响系数，N为归一化因子，N＝[∑exp(kSSij+kFFij+kDDij+kQQij+...)×aij×(1-bij)]-1；aij用于指示元胞j是否被障碍物或车墙占据的标识，若被占据，则aij所指示的元胞中的数值为0，若未被占据，则aij所指示的元胞中的数值为1；bij表示元胞j是否被乘客占据的标识，若被占据，则bij所指示的元胞中的数值为0，若未被占据，则bij所指示的元胞中的数值为1。
上述本发明实施例公开的轨道车辆火灾人员疏散仿真系统中的各个单元以及各个模块的具体实现原理可参见上述本发明实施例公开的轨道车辆火灾人员疏散仿真方法中相应的内容，这里不再赘述。
基于本发明实施例提供的轨道车辆火灾人员疏散仿真系统，第一获取单元获取轨道车辆的车门火灾状态、乘客数目和乘客在疏散矩阵中所占据的元胞；第一确定单元启动疏散仿真，针对每一乘客，将乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，确定邻域元胞，基于中间元胞和邻域元胞得到对应乘客的转移矩阵；第二确定单元在转移矩阵内，基于车门火灾状态，以及中间元胞和邻域元胞到轨道车辆出口的相对距离，确定中间元胞和邻域元胞所受火灾斥力强度；第一计算单元依据相对距离、中间元胞和邻域元胞中的数值、火灾斥力强度、乘客间斥力和从众吸引力计算乘客由中间元胞向邻域元胞移动的移动概率，得到概率转移矩阵；第二计算单元选择概率转移矩阵中最大移动概率所对应的元胞作为乘客移动后对应的新的中间元胞，迭代计算概率转移矩阵，直至乘客移动出轨道车辆出口，所述乘客数目减1；第二获取单元获取乘客数目由初始数目减为0时发生迭代计算的迭代耗时，以及最后一名乘客移动出轨道车辆出口的下车耗时；输出单元将迭代耗时、下车耗时和轨道车辆开门耗时之和作为疏散总耗时，并输出。在本方案中，利用元胞自动机理论构建用于指示轨道车辆的车厢空间的疏散矩阵，并获取轨道车辆的车门火灾状态、乘客数目和乘客在疏散矩阵中所占据的元胞，通过启动疏散仿真，从而得到轨道车辆火灾人员疏散总耗时，该过程无需针对每次疏散仿真进行重新设计分析，节省了时间、财力及人力成本，且能够快速得到轨道车辆处于不同工况时所对应的疏散总耗时。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本邻域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本邻域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本邻域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种轨道车辆火灾人员疏散仿真方法，其特征在于，包括：
获取轨道车辆的车门火灾状态、乘客数目和乘客在疏散矩阵中所占据的元胞，所述疏散矩阵用于指示基于元胞自动机理论构建的轨道车辆的车厢空间，所述疏散矩阵包括多个元胞，每一元胞包含一个数值，不同数值指示不同对象，所述对象至少包括乘客和非乘客；
启动疏散仿真，针对每一乘客，将所述乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，确定邻域元胞，基于所述中间元胞和所述邻域元胞得到对应所述乘客的转移矩阵；
在所述转移矩阵内，基于所述车门火灾状态，以及所述中间元胞和所述邻域元胞到轨道车辆出口的相对距离，确定所述中间元胞和所述邻域元胞所受火灾斥力强度；
依据所述相对距离、所述中间元胞和所述邻域元胞中的数值、所述火灾斥力强度、乘客间斥力和从众吸引力计算所述乘客由所述中间元胞向所述邻域元胞移动的移动概率，得到概率转移矩阵；
选择所述概率转移矩阵中最大移动概率所对应的元胞作为所述乘客移动后对应的新的中间元胞，迭代计算概率转移矩阵，直至所述乘客移动出轨道车辆出口，所述乘客数目减1；
获取所述乘客数目由初始数目减为0时发生迭代计算的迭代耗时，以及最后一名乘客移动出轨道车辆出口的下车耗时；
将所述迭代耗时、所述下车耗时和所述轨道车辆开门耗时之和作为疏散总耗时，并输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于元胞自动机理论构建用于指示轨道车辆的车厢空间的疏散矩阵的过程，包括：
基于元胞自动机理论将所述轨道车辆所在空间划分为多个大小相等的元胞；
通过数值映射的方式在所述每个元胞中将指代乘客和非乘客的信息映射出来，得到用于指示轨道车辆的车厢空间的疏散矩阵。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，确定邻域元胞，基于所述中间元胞和所述邻域元胞得到对应所述乘客的转移矩阵，包括：
将所述乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，并将所述中间元胞前面、后面、左面、右面、左前方、左后方、右前方和右后方的相邻元胞确定为领域元胞；
利用所述中间元胞和所述邻域元胞共同构成对应所述乘客的转移矩阵。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述相对距离、所述中间元胞和所述邻域元胞中的数值、所述火灾斥力强度、乘客间斥力和从众吸引力计算所述乘客由所述中间元胞向所述邻域元胞移动的移动概率，得到概率转移矩阵，包括：
获取所述中间元胞和所述邻域元胞所受乘客间斥力，以及所受从众吸引力；
利用Pij＝N×exp(kSSij+kFFij+kDDij+kQQij+...)×aij×(1-bij)计算由中间元胞向所述转移矩阵内的各个邻域元胞移动的移动概率Pij；
其中，i表示第i个乘客，j表示所述转移矩阵中元胞的编号，Sij表示相对距离，Fij表示火灾斥力强度，Dij表示乘客间斥力，Qij表示从众吸引力，ks为Sij的影响系数，kF为Fij的影响系数，kD为Dij的影响系数，kQ为Qij的影响系数，N为归一化因子；N＝[∑exp(kSSij+kFFij+kDDij+kQQij+...)×aij×(1-bij)]-1；aij用于指示元胞j是否被障碍物或车墙占据的标识，若被占据，则aij所指示的元胞中的数值为0，若未被占据，则aij所指示的元胞中的数值为1；bij用于指示元胞j是否被乘客占据的标识，若被占据，则bij所指示的元胞中的数值为0，若未被占据，则bij所指示的元胞中的数值为1；
根据得到的移动概率及所述转移矩阵，确定概率转移矩阵。
5.一种轨道车辆火灾人员疏散仿真系统，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于获取轨道车辆的车门火灾状态、乘客数目和乘客在疏散矩阵中所占据的元胞，所述疏散矩阵用于指示基于元胞自动机理论构建的轨道车辆的车厢空间，所述疏散矩阵包括多个元胞，每一元胞包含一个数值，不同数值指示不同对象，所述对象至少包括乘客和非乘客；
第一确定单元，用于启动疏散仿真，针对每一乘客，将所述乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，确定邻域元胞，基于所述中间元胞和所述邻域元胞得到对应所述乘客的转移矩阵；
第二确定单元，用于在所述转移矩阵内，基于所述车门火灾状态，以及所述中间元胞和所述邻域元胞到轨道车辆出口的相对距离，确定所述中间元胞和所述邻域元胞所受火灾斥力强度；
第一计算单元，用于依据所述相对距离、所述中间元胞和所述邻域元胞中的数值、所述火灾斥力强度、乘客间斥力和从众吸引力计算所述乘客由所述中间元胞向所述邻域元胞移动的移动概率，得到概率转移矩阵；
第二计算单元，用于选择所述概率转移矩阵中最大移动概率所对应的元胞作为所述乘客移动后对应的新的中间元胞，迭代计算概率转移矩阵，直至所述乘客移动出轨道车辆出口，所述乘客数目减1；
第二获取单元，用于获取所述乘客数目由初始数目减为0时发生迭代计算的迭代耗时，以及最后一名乘客移动出轨道车辆出口的下车耗时；
输出单元，用于将所述迭代耗时、所述下车耗时和所述轨道车辆开门耗时之和作为疏散总耗时，并输出。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：构建单元；
所述构建单元，用于基于元胞自动机理论将所述轨道车辆所在空间划分为多个大小相等的元胞；通过数值映射的方式在所述每个元胞中将指代乘客和非乘客的信息映射出来，得到用于指示轨道车辆的车厢空间的疏散矩阵。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
第一确定单元，具体用于将所述乘客在疏散矩阵中所占据的元胞作为中间元胞，并将所述中间元胞前面、后面、左面、右面、左前方、左后方、右前方和右后方的相邻元胞确定为领域元胞；利用所述中间元胞和所述邻域元胞共同构成对应所述乘客的转移矩阵。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，第一计算单元包括：
获取模块，用于获取所述中间元胞和所述邻域元胞所受乘客间斥力，以及所受从众吸引力；
计算模块，用于利用Pij＝N×exp(kSSij+kFFij+kDDij+kQQij+...)×aij×(1-bij)计算由中间元胞向所述转移矩阵内的各个邻域元胞移动的移动概率Pij；
确定模块，用于根据得到的移动概率及所述转移矩阵，确定概率转移矩阵；
其中，i表示第i个乘客，j表示所述转移矩阵中元胞的编号，Sij表示相对距离，Fij表示火灾斥力强度，Dij表示乘客间斥力，Qij表示从众吸引力，ks为Sij的影响系数，kF为Fij的影响系数，kD为Dij的影响系数，kQ为Qij的影响系数，N为归一化因子，N＝[∑exp(kSSij+kFFij+kDDij+kQQij+...)×aij×(1-bij)]-1；aij用于指示元胞j是否被障碍物或车墙占据的标识，若被占据，则aij所指示的元胞中的数值为0，若未被占据，则aij所指示的元胞中的数值为1；bij表示元胞j是否被乘客占据的标识，若被占据，则bij所指示的元胞中的数值为0，若未被占据，则bij所指示的元胞中的数值为1。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201229 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |