CN112685907A - 一种高层办公楼公共交通空间的行人仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种高层办公楼公共交通空间的行人仿真方法，主要通过对现有的社会力模型进行改进，考虑电梯、楼梯的吸引作用以及添加了行人当前位置下的社会心理力的计算项，对模型进行丰富和改进，能够更真实的反映行人的分布特征以及提高通行效率，使得改进后的社会力社会力模型在行人仿真的应用上更具有真实性。

Description

一种高层办公楼公共交通空间的行人仿真方法

技术领域

本发明涉及行人仿真技术领域中一种行人仿真的方法，具体是一种高层办公楼公共交通空间的行人仿真方法。

背景技术

在高层办公楼这样人员密集的公共场所，由于建筑设计上的不合理，在早晚通勤时间，各大公共交通瓶颈部位行人拥挤不堪，极易造成安全事故，因此研究行人的分布特征具有重要的理论价值和现实意义。行人是高层办公楼内部一切活动的主体，高层办公楼内部的布局也需要以充分掌握行人在办公楼内的行为和交通特性为前提，这是进行行人流研究的重要原因。高层办公楼行人分布的预测情况能够使工作人员及时监管人流量并人为干扰行人的分布，同时也为高层办公楼的设计布局提供参考。

由于仿真方法计算功能的强大和描述行人行为方法的多样，使得其成为当今社会研究、评价行人交通行为的重要手段。通过仿真研究，可跟踪描述行人行为的变化规律，其中社会力方法被广泛的应用。高层办公楼上班高峰期的行人在行走过程中总是朝着自己办公室方向进行运动的，在遇到人流拥堵时，部分行人会选择原地等待电梯，等行人数量减少乘坐电梯继续向办公室方向移动，有一部分行人会选择人少的楼梯直接上楼，行人在群体活动中具有选择性。但是社会力模型用于电梯、楼梯等特定场景存在问题和不合理的现象，也没有考虑行人在拥挤环境下的心理作用，需要对模型进行丰富和改进，能够更真实的反映行人的分布特征以及提高通行效率。

发明内容

为解决现有技术所存在的技术问题，较为真实地模拟日常通行状态下行人的特征，本发明提出一种高层办公楼公共交通空间的行人仿真方法，主要通过对现有的社会力模型进行改进，考虑电梯、楼梯的吸引作用以及添加了行人当前位置下的社会心理力的计算项，使得改进后的社会力社会力模型在行人仿真的应用上更具有真实性。

一种高层办公楼公共交通空间的行人仿真方法，包括以下步骤：

步骤1：获取高层办公楼场景参数，建立基于社会力的高层办公楼公共交通空间的仿真模型；

步骤2：判断行人乘坐电梯还是楼梯，对社会力模型考虑电梯、楼梯等出入口的吸引作用，分别考虑不同情况下行人受到目标吸引产生的驱动力以及对行人的实际速度进行修正；

步骤3：添加行人当前位置下的社会心理力的计算项；

步骤4：计算乘坐电梯、楼梯的行人受到的总吸引力；

步骤5：将考虑电梯、楼梯的吸引作用以及添加了行人当前位置下的社会心理力的计算项的行人受到的总吸引力加入基于社会力的行人仿真模型；

作为优选，步骤2中所述修正过程，具体为：

行人个体受到主观意识影响从而产生的自驱动力为：

考虑到对于目标楼层为低楼层的乘客在高峰期时会考虑楼梯，因此n的取值略有不同，其取值如下：

式中：m_i为行人i的质量，τ为适应时间，

和v_i为行人的期望速度和实际速度，e_i为期望运动方向，T表示电梯，n为轿厢的编号，t_n表示选择电梯或楼梯的时间，t₁为轿厢n到达1楼所需要的时间，W_n为轿厢n等待区域的等待人数，M为电梯的最大载人数，t₁为电梯上下一次的平均时间。

式子表示：质量为m_i的行人i在不受干扰的情况下会以期望速度v_i沿着期望方向e_i向目的地运动，但事实上行人会以实际速度v_i，并时刻通过“松弛时间”τ和选择电梯或楼梯时间t_n向期望速度修正。由于行人在群体活动中具有盲目性和从众性，故对行人的实际速度进行修正。行人的实际速度受到其他感知范围内其余行人速度的影响，定义行人i感知范围内其余p-1位行人行走的瞬时速度为ω₁，ω₂，···，ω_n-1，避免疏散过程中极少出现的异常行走行为，不考虑感知范围内的其余行人的最高和最低速度，则行人i在t时刻的瞬时速度如下：

作为优选，步骤3中所述添加行人当前位置下的社会心理力的计算项，具体为：

行人在行进过程中为了与行人和障碍物保持一定的安全距离，障碍物用w表示，因而会受到障碍物(包括其他行人)的排斥力，用

表示这种排斥力，f_iω表示行人i与障碍物ω之间的相互作用力。

出口的大小以及人数的多少决定着出口的拥挤程度，拥挤程度决定着行人受到心理的影响力大小，心理影响力即阻力表现如下：

则行进间阻力表示如下：

其中，当拥挤度不大于0.7时，此时s为0，否则s与拥挤度成正比关系；A和B分别是社会力的强度和范围，k和κ是两个大常数，r_ij表示行人i到行人j中心的距离，n_iw表示行人与障碍物的法线方向，t_iw表示行人与障碍物的切线方向，d_iw表示行人i与障碍物w之间的距离。

行人与行人之前的作用力：

kg(r_ij-d_ij)n_ij表示为了避免身体接触造成身体伤害的挤压力；

表示避免在短距离内以很快的速率经过他人的滑动摩擦力。

作为优选，步骤4中所述计算乘坐电梯、楼梯的行人受到的总吸引力，具体为：

f_i ^D表示行人个体受到主观意识影响从而产生的自驱动力，

表示行人与行人之前的作用力，f_i ^G为行进间阻力。

作为优选，步骤5所述将考虑电梯、楼梯的吸引作用以及添加了行人当前位置下的社会心理力的计算项的行人受到的总吸引力加入基于社会力的行人仿真模型，具体为：

在基于社会力的行人仿真模型中加入考虑电梯、楼梯的吸引作用以及添加了行人当前位置下的社会心理力的计算项，将修正后的行人受自身的驱动力、障碍物的作用力、行人间的作用力这三种力矢量求和，得到行人受到的合力，根据牛顿第二定律，行人在合力作用下的产生加速度，高层办公楼日常上班行人在速度与加速度的作用下，产生位移，从而实现日常上班行人行走过程的仿真。

本发明优点在于：与现有技术相比，本发明所述技术方案考虑到电梯与楼梯的吸引作用以及添加行人当前位置下的社会心理力的计算项等影响因素，使得改进后的社会力社会力模型在行人仿真的应用上更具有真实性。基于采集的历史数据和视频，建立一种高层办公楼公共交通空间的行人仿真方法，可以更加真实的再现行人上班过程中的行为习惯和聚集特性，有效地预测高层办公楼内行人的分布，实现客流的监管调整，并为行人分布的调整和空间布局的优化提供依据，具有很强的创新性、实用性和科研价值。

附图说明

图1是本发明所述高层办公楼公共交通空间的行人仿真方法的仿真框架图；

图2是本发明所述基于社会力的考虑出口吸引和社会心理力的行人受力情况示意图。

具体实施方式

为了使本发明专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明专利进行进一步详细说明。下面所描述的本发明专利各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

一种高层办公楼公共交通空间的行人仿真方法，参照图1，包括以下步骤：

步骤1：获取高层办公楼场景参数，建立基于社会力的高层办公楼公共交通空间的仿真模型；

步骤2：判断行人乘坐电梯还是楼梯，对社会力模型考虑电梯、楼梯等出入口的吸引作用，分别考虑不同情况下行人受到目标吸引产生的驱动力以及对行人的实际速度进行修正；

行人个体受到主观意识影响从而产生的自驱动为：

考虑到对于目标楼层为低楼层的乘客在高峰期时会考虑楼梯，因此n的取值略有不同，其取值如下：

式中：m_i为行人i的质量，τ为适应时间，

和v_i为行人的期望速度和实际速度，e_i为期望运动方向，T表示电梯，n为轿厢的编号，t_n表示选择电梯或楼梯的时间，t₁为轿厢n到达1楼所需要的时间，W_n为轿厢n等待区域的等待人数，M为电梯的最大载人数，t₁为电梯上下一次的平均时间。

式子表示：质量为m_i的行人i在不受干扰的情况下会以期望速度v_i沿着期望方向e_i向目的地运动，但事实上行人会以实际速度v_i，并时刻通过“松弛时间”τ和选择电梯或楼梯时间t_n向期望速度修正。

由于行人在群体活动中具有盲目性和从众性，故对行人的实际速度进行修正。行人的实际速度受到其他感知范围内其余行人速度的影响，定义行人i感知范围内其余p-1位行人行走的瞬时速度为ω₁，ω₂，···，ω_n-1，避免疏散过程中极少出现的异常行走行为，不考虑感知范围内的其余行人的最高和最低速度，则行人i在t时刻的瞬时速度如下：

步骤3：添加行人当前位置下的社会心理力的计算项；

行人在行进过程中为了与行人和障碍物保持一定的安全距离，障碍物用w表示，因而会受到障碍物(包括其他行人)的排斥力，用

表示这种排斥力，f_iω表示行人i与障碍物ω之间的相互作用力。

出口的大小以及人数的多少决定着出口的拥挤程度，拥挤程度决定着行人受到心理的影响力大小，心理影响力即阻力表现如下：

则行进间阻力表示如下：

其中，当拥挤度不大于0.7时，此时s为0，否则s与拥挤度成正比关系；A和B分别是社会力的强度和范围，k和κ是两个大常数，r_ij表示行人i到行人j中心的距离，n_iw表示行人与障碍物的法线方向，t_iw表示行人与障碍物的切线方向，d_iw表示行人i与障碍物w之间的距离。

行人与行人之前的作用力：

kg(r_ij-d_ij)n_ij表示为了避免身体接触造成身体伤害的挤压力；

表示避免在短距离内以很快的速率经过他人的滑动摩擦力。

步骤4：计算乘坐电梯、楼梯的行人受到的总吸引力；

f_i ^D表示行人个体受到主观意识影响从而产生的自驱动力，

表示行人与行人之前的作用力，f_i ^G为行进间阻力。

步骤5：将考虑电梯、楼梯的吸引作用以及添加了行人当前位置下的社会心理力的计算项的行人受到的总吸引力加入基于社会力的行人仿真模型；

参照图2，在基于社会力的行人仿真模型中加入考虑电梯、楼梯的吸引作用以及添加了行人当前位置下的社会心理力的计算项，将修正后的行人受自身的驱动力、障碍物的作用力、行人间的作用力这三种力矢量求和，得到行人受到的合力，根据牛顿第二定律，产生行人在合力作用下产生的加速度：

式中：f为日常上班行人i受到的合力，a_i为日常上班行人i受到的加速度，

m_i为日常上班行人i的质量。

高层办公楼日常上班行人在速度与加速度的作用下，产生位移，从而实现日常上班行人行走过程的仿真。

采用计算机C++语言编程实现基于社会力的行人仿真，考虑电梯和楼梯的吸引作用以及添加了行人当前位置下的社会心理力的计算项，实现高层办公楼公共交通空间的行人仿真。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种高层办公楼公共交通空间的行人仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取高层办公楼场景参数，建立基于社会力的高层办公楼公共交通空间的仿真模型；

步骤2：判断行人乘坐电梯还是楼梯，对社会力模型考虑电梯、楼梯等出入口的吸引作用，分别考虑不同情况下行人受到目标吸引产生的驱动力以及对行人的实际速度进行修正；

步骤3：添加行人当前位置下的社会心理力的计算项；

步骤4：计算乘坐电梯、楼梯的行人受到的总吸引力；

步骤5：将考虑电梯、楼梯的吸引作用以及添加了行人当前位置下的社会心理力的计算项的行人受到的总吸引力加入基于社会力的行人仿真模型；

2.根据权利要求1所述的一种高层办公楼公共交通空间的行人仿真方法，其特征在于：

步骤2中所述修正过程，具体为：

行人个体受到主观意识影响从而产生的自驱动力为：

考虑到对于目标楼层为低楼层的乘客在高峰期时会考虑楼梯，因此n的取值略有不同，其取值如下：

式中：m_i为行人i的质量，τ为适应时间，

和v_i为行人的期望速度和实际速度，e_i为期望运动方向，T表示电梯，n为轿厢的编号，t_n表示选择电梯或楼梯的时间，t₁为轿厢n到达1楼所需要的时间，W_n为轿厢n等待区域的等待人数，M为电梯的最大载人数，t₁为电梯上下一次的平均时间。

式子表示：质量为m_i的行人i在不受干扰的情况下会以期望速度v_i沿着期望方向e_i向目的地运动，但事实上行人会以实际速度v_i，并时刻通过“松弛时间”τ和选择电梯或楼梯时间t_n向期望速度修正。由于行人在群体活动中具有盲目性和从众性，故对行人的实际速度进行修正。行人的实际速度受到其他感知范围内其余行人速度的影响，定义行人i感知范围内其余p-1位行人行走的瞬时速度为ω₁，ω₂，···，ω_n-1，避免疏散过程中极少出现的异常行走行为，不考虑感知范围内的其余行人的最高和最低速度，则行人i在t时刻的瞬时速度如下：

3.根据权利要求1所述的一种高层办公楼公共交通空间的行人仿真方法，其特征在于：

步骤3中所述添加行人当前位置下的社会心理力的计算项，具体为：

行人在行进过程中为了与行人和障碍物保持一定的安全距离，障碍物用w表示，因而会受到障碍物(包括其他行人)的排斥力，用

表示这种排斥力，f_iω表示行人i与障碍物ω之间的相互作用力。

出口的大小以及人数的多少决定着出口的拥挤程度，拥挤程度决定着行人受到心理的影响力大小，心理影响力即阻力表现如下：

则行进间阻力表示如下：

其中，当拥挤度不大于0.7时，此时s为0，否则s与拥挤度成正比关系；A和B分别是社会力的强度和范围，k和κ是两个大常数，r_ij表示行人i到行人j中心的距离，n_iw表示行人与障碍物的法线方向，t_iw表示行人与障碍物的切线方向，d_iw表示行人i与障碍物w之间的距离。

行人与行人之前的作用力：

kg(r_ij-d_ij)n_ij表示为了避免身体接触造成身体伤害的挤压力；

表示避免在短距离内以很快的速率经过他人的滑动摩擦力。

4.根据权利要求1所述的一种高层办公楼公共交通空间的行人仿真方法，其特征在于：

步骤4中所述计算乘坐电梯、楼梯的行人受到的总吸引力，具体为：

f_i ^D表示行人个体受到主观意识影响从而产生的自驱动力，

表示行人与行人之前的作用力，f_i ^G为行进间阻力。

5.根据权利要求1所述的一种高层办公楼公共交通空间的行人仿真方法，其特征在于：

步骤5所述将考虑电梯、楼梯的吸引作用以及添加了行人当前位置下的社会心理力的计算项的行人受到的总吸引力加入基于社会力的行人仿真模型，具体为：

在基于社会力的行人仿真模型中加入考虑电梯、楼梯的吸引作用以及添加了行人当前位置下的社会心理力的计算项，将修正后的行人受自身的驱动力、障碍物的作用力、行人间的作用力这三种力矢量求和，得到行人受到的合力，根据牛顿第二定律，行人在合力作用下的产生加速度：

式中：f为日常上班行人i受到的合力，a_i为日常上班行人i受到的加速度，m_i为日常上班行人i的质量。

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