CN113642978A - 基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法及系统 - Google Patents

基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法及系统 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法及系统，包括：疏散感知单元接收待疏散人员智能设备的请求，获取所述疏散感知单元预设范围内人员的感知数据，并根据所述感知数据计算每个人员的信誉值；初始化区块链，并采用矿工选举机制，从使用POW的疏散感知单元中选择最先完成工作量的疏散感知单元进行新区块的生成，并添加到区块链中；其中，所述新区块中存储有疏散感知单元预设范围内人员不同时段的信誉值；疏散感知单元向待疏散人员智能设备发送预设范围内人员的信誉值，待疏散人员根据信誉值最高的个体当前时刻位置、速度、方向确定疏散路径，实现人群疏散。

Description

基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法及系统
技术领域
本公开属于人群疏散网络中信任管理机制技术领域，尤其涉及一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着城市规模的不断扩大，各种大型建筑物也不断增多，人员密集场所也越来越多。城市重大事故的发生也愈加频繁，所以一旦发生突发事故，有效进行人群疏散变得尤为重要。但由于疏散环境的复杂性和不可控性使得人员无法准确获取逃生信息，所以引入群智感知来解决这个问题。
群智感知是指人们利用自身可携带的智能设备感知数据并上传。利用群智感知收集数据具有高拓展性、灵活性、数据质量可控性等优点。应用在人群疏散中可以及时获取有效信息，有利于疏散感知单元及时对感知信息进行处理从而让人员获取最新的疏散信息。发明人发现，群智感知也面临着严峻的挑战，比如用户提供的信息不真实的情况，一旦有恶意用户提供虚假信息就会影响整个体系，扰乱疏散秩序；同时，由于相邻个体之间是陌生的，所以个体之间不能完全信任对方，恶意个体的破坏会导致整个体系产生不信任环境。因此，有效评估个体可信性显得尤为重要，需要在群智感知中要进行信任管理，从而排除不可信用户，但是，现有的信任管理机制大多采用集中式信任管理，这对中央服务器造成很大压力，不仅维护成本高而且还存在一定的安全问题。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提供了一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法及系统，所述方案采用基于区块链的群智感知信任管理机制，来分析人群疏散中各个因素对个体信誉值的影响以及信誉值对疏散效果的影响；同时，充分考虑个体的隐私保护，通过防御恶意用户提高了疏散的安全性，从而提高人群疏散的效率。
根据本公开实施例的第一个方面，提供了一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法，包括：
疏散感知单元接收待疏散人员智能设备的请求，获取所述疏散感知单元预设范围内人员的感知数据，并根据所述感知数据计算每个人员的信誉值；
初始化区块链，并采用矿工选举机制，从使用POW的疏散感知单元中选择最先完成工作量的疏散感知单元进行新区块的生成，并添加到区块链中；其中，所述新区块中存储有疏散感知单元预设范围内人员不同时段的信誉值；
疏散感知单元向待疏散人员智能设备发送预设范围内人员的信誉值，待疏散人员根据信誉值最高的个体当前时刻位置、速度、方向确定疏散路径，实现人群疏散。
进一步的，所述获取所述疏散感知单元预设范围内人员的感知数据，并根据所述感知数据计算每个人员的信誉值，具体为：当待疏散人员向疏散感知单元发送请求时，所述疏散感知单元在区块链中查找其预设范围内人员不同时段的信誉值以及相关信息，计算该人员新的信誉值，并将其反馈给待疏散人员。
进一步的，所述从使用POW的疏散感知单元中选择最先完成工作量的疏散感知单元进行新区块的生成，并采用工作量证明和拜占庭容错相结合的方法对所述最先完成工作量的疏散感知单元进行共识判断，若满足预设约束，则将新区块添加至区块链中；否则，执行新一轮共识判断。
进一步的，所述获取所述疏散感知单元预设范围内人员的感知数据时，采用匿名上传信息的方式，将人员的真实身份信息保存在可信疏散感知单元中。
根据本公开实施例的第二个方面，提供了一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散系统，包括：
疏散感知单元，其配置为接收待疏散人员智能设备的请求，获取所述疏散感知单元预设范围内人员的感知数据，并根据所述感知数据计算每个人员的信誉值；
区块链构建单元，其配置为初始化区块链，并采用矿工选举机制，从使用POW的疏散感知单元中选择最先完成工作量的疏散感知单元进行新区块的生成；其中，所述新区块中存储有疏散感知单元预设范围内人员不同时段的信誉值；
疏散路径确定单元，其配置为疏散感知单元向待疏散人员智能设备发送预设范围内人员的信誉值，待疏散人员智能设备根据信誉值最高的个体当前时刻位置、速度、方向确定疏散路径，实现人群疏散。
根据本公开实施例的第三个方面，提供了一种疏散感知单元，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时执行如下操作：
接收待疏散人员智能设备的请求，获取所述疏散感知单元预设范围内人员的感知数据，并根据所述感知数据计算每个人员的信誉值；向待疏散人员智能设备发送预设范围内人员的信誉值，待疏散人员根据信誉值最高的个体当前时刻位置、速度、方向确定疏散路径，实现人群疏散。
根据本公开实施例的第四个方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
(1)本公开所述方案提供了一种疏散感知单元EPU，通过所述EPU计算疏散系统中人员的信誉值，并将不同时段的信誉值存储到区块链中；当有某个个体向附近EPU请求查询周围个体信誉值时，可以直接在区块链中查到，EPU根据前几次信誉值以及当前目标个体的其他信息来计算出该个体的新信誉值，判断该个体当前是否可信，并把最新消息发送给请求个体。从而避免了疏散过程中由于盲目信任其他个体所造成的疏散混乱。
(2)本公开所述方案通过EPU进行道路信息可信性判断，所述EPU可以有效判断出目标范围内个体发送的有关道路信息的可靠性，从而排除恶意人员。
(3)本公开所述方案能够有效防止恶意用户，具体的，恶意用户有两类，一类是篡改信息恶意用户；另一类是发布虚假信息恶意用户。对于第一类，由于区块链的公开透明的特点，一旦有用户想要篡改信息，很容易被发现。对于第二类恶意用户，由于EPU计算信誉值，对于信誉度较低的用户会直接发布不可信通告。
(4)本公开所述方案在疏散人员上传信息时采用匿名上传，有效保护了人员的敏感数据。
本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例一中所述的疏散感知单元人员信誉值计算流程图；
图2为本公开实施例一中所述的区块结构图；
图3为本公开实施例一中所述的采用本公开所述方案的人群疏散的运动场景示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一：
本实施例的目的是提供一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法。
一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法，包括：
步骤1：疏散感知单元接收待疏散人员智能设备的请求，获取所述疏散感知单元预设范围内人员的感知数据，并根据所述感知数据计算每个人员的信誉值；
步骤2：初始化区块链，并采用矿工选举机制，从使用POW的疏散感知单元中选择最先完成工作量的疏散感知单元进行新区块的生成，并添加到区块链中；其中，所述新区块中存储有疏散感知单元预设范围内人员不同时段的信誉值；
步骤3：疏散感知单元向待疏散人员智能设备发送预设范围内人员的信誉值，待疏散人员根据信誉值最高的个体当前时刻位置、速度、方向确定疏散路径，实现人群疏散。
进一步的，所述步骤1中，请求者想要获取周围一定范围内的人员的信誉值，向附近EPU(Evacuation Perception Unit：疏散感知单元)发送一个请求，根据人员的信誉值判断周围可信人员，从而可以通过可信人员的疏散轨迹确定自己的疏散路径。EPU向目标范围广播“请求”任务，在一定的时间段内收集感知数据。在指定时间段内，目标范围内人员接收到任务后利用智能设备开始感知数据并将数据上传到EPU，EPU获取到目标人员的位置、方向、速度、离危险源的距离、离出口距离等信息。
EPU收到来自目标范围内人员发送的信息后，首先对目标人员发送的道路信息进行判断，判断是否可信。所述EPU根据当前个体离危险源的距离判断当前个体发送的消息是否是恶意的，并计算当前个体的异常率；具体步骤如下：
道路消息包括道路畅通以及道路危险。
设目标个体离危险源的距离为d1；
目标个体I对道路状况判断的可信度为：
C(I)＝a+e-bd1 (1)
在公式(1)中，a和b分别是预设参数。
如果C(I)小于阈值α，并且该个体发送的是“道路危险”则表示恶意消息；如果C(I)大于阈值α，并且该个体发送的是“道路畅通”则同样表示恶意消息。
异常率表示目标个体在时间t出现恶意行为的可能性。在时间t内，目标个体I总共发送了Mt(I)条消息，其中有Nt(I)条恶意消息。则目前的异常率为：
Figure BDA0003141117640000061
在公式(2)中，如果Er(I)的值大于预设阈值β，则表示该目标个体异常。
进一步地，EPU根据求出的目标个体的异常率以及获取的目标个体的离出口距离和历史信誉值来计算目标个体的信誉值Tr；其中，所述历史信誉值Tred(I)通过查询区块链进行查找；具体步骤如下：
首先在区块链中查找当前个体是否存在历史信誉值，若无则Tred(I)＝0；
若存在历史信誉值，则看每次信誉值的变化率，信誉值变化太大的为不可信个体：
Figure BDA0003141117640000062
Figure BDA0003141117640000063
在公式(3)与公式(4)中，其中n表示区块链中有多少历史记录；
如果σ2(I)>γ，表示历史信誉值离散程度太大；
Figure BDA0003141117640000064
在公式(5)中，γ是设定的阈值，用来设定离散程度的界限。
进一步地，计算当前个体的信誉值Tr(I)；具体步骤如下：
Figure BDA0003141117640000071
在公式(6)中，
Figure BDA0003141117640000072
Figure BDA0003141117640000073
表示加权向量；
如果
Figure BDA0003141117640000074
I被标记为恶意人员；
如果
Figure BDA0003141117640000075
I可信。
进一步的，所述步骤2中，其所述矿工选举与区块生成方法，具体如下：
矿工选举：EPU在计算完人员信誉值后，下一步就是将这个值以及其他附加信息生成区块加到区块链上。EPU为了获得生成新区块的权利，所有使用POW(工作量证明)的EPU竞争选举成为矿工，与比特币机制相似，首先完成工作量的EPU会被选为矿工。具体步骤如下：
所有参与竞争的EPU将一个随机数nonce，与上一个区块的块头信息pr(时间戳Timestamp，随机数nonce，EPU_id等)结合在一起形成一个新的字符串，用SHA256函数计算出这个新字符串的哈希值，并设置一个表示工作量证明难度的系数dif。dif的取值大小对应哈希运算的难度，dif的取值越小代表工作量越大，工作难度越大。
SHA256(nonce+pr)<dif (7)
在公式(7)中，不断改变随机数nonce的值，不断尝试进行哈希值的运算。只有满足公式(7)，才能算完成工作量。只有以最快速度找到合适nonce的EPU才能被选举成为矿工，从而获得生成新区块的权利。
区块生成：区块链中的每个区块都包含块头和块体。如图2所示，区块头主要由父区块哈希值prHash，时间戳Timestamp，随机数nonce以及默克尔树根等信息构成；区块体存放的主要是相关个体的信誉值、某时刻的位置、速度、方向、其他信息。
进一步的，采用工作量证明和拜占庭容错相结合的方法对所述最先完成工作量的疏散感知单元进行共识判断，具体为：
共识机制主要由完成POW的EPU(标记为EPU_win)和区块链中所有授权EPU(标记为EPUs)共同来完成。EPUs使用PBFT算法。具体步骤如下：
首先完成工作量证明的EPU_win将相关数据、完成的工作量证明以及单独的时间戳广播给所有EPUs进行验证。在所有EPUs证明了该EPU_win确实完成了规定的工作量，并确定数据合法后，就会将证明结果和本身的签名一同进行相互广播。EPUs收到来自其他节点的证明结果后，先将这些证明结果与自己的证明结果相比较，若相匹配的证明结果数量有至少2f(f是拜占庭节点，即允许出错节点数量的上限)个，它就会给所有节点发送一个确认消息。若EPUs收到了至少2f个确认消息，新产生的区块就可以被添加到区块链中去。但是，如果共识机制没有完成，则EPU_win将再尝试对验证结果进行分析，并开启新一轮的共识工作。
进一步的，目标人员向附近EPU上传感知信息时，为了保护隐私，可以匿名上传信息。人员的真实身份保存在可信EPU中，可信EPU是在所有EPU中选出的具有绝对权威的可信平台，该可信平台保存了所有人员的真实身份并且会为每个用户分配一个假名用来交换数据，并且只有该平台才可以通过这个假名追溯到该人员的真实身份。
其中，目标人员向附近EPU上传感知信息时，为了保护隐私，可以匿名上传信息。人员的真实身份保存在可信EPU中，所述可信EPU是在所有EPU中预先设置好的具有绝对权威的可信平台，占所有EPU总数的30％。该可信平台保存了所有人员的真实身份并且会为每个用户分配一个假名用来交换数据，并且只有该平台才可以通过这个假名追溯到该人员的真实身份。
如图3所示，展示了采用本公开所述方案的人群疏散的运动场景示意图。
实施例二：
本实施例的目的是提供一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散系统。
一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散系统，包括：
疏散感知单元，其配置为接收待疏散人员智能设备的请求，获取所述疏散感知单元预设范围内人员的感知数据，并根据所述感知数据计算每个人员的信誉值；
区块链构建单元，其配置为初始化区块链，并采用矿工选举机制，从使用POW的疏散感知单元中选择最先完成工作量的疏散感知单元进行新区块的生成；其中，所述新区块中存储有疏散感知单元预设范围内人员不同时段的信誉值；
疏散路径确定单元，其配置为疏散感知单元向待疏散人员智能设备发送预设范围内人员的信誉值，待疏散人员智能设备根据信誉值最高的个体当前时刻位置、速度、方向确定疏散路径，实现人群疏散。
实施例三
本实施例的目的是提供一种疏散感知单元。
一种疏散感知单元，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时执行如下操作：
接收待疏散人员智能设备的请求，获取所述疏散感知单元预设范围内人员的感知数据，并根据所述感知数据计算每个人员的信誉值；向待疏散人员智能设备发送预设范围内人员的信誉值，待疏散人员根据信誉值最高的个体当前时刻位置、速度、方向确定疏散路径，实现人群疏散。
在更多实施例中，还提供：
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例一中所述的方法。
实施例一中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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申请的范围。
上述实施例提供的一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法及系统可以实现，具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法，其特征在于，包括：
疏散感知单元接收待疏散人员智能设备的请求，获取所述疏散感知单元预设范围内人员的感知数据，并根据所述感知数据计算每个人员的信誉值；
初始化区块链，并采用矿工选举机制，从使用POW的疏散感知单元中选择最先完成工作量的疏散感知单元进行新区块的生成，并添加到区块链中；其中，所述新区块中存储有疏散感知单元预设范围内人员不同时段的信誉值；
疏散感知单元向待疏散人员智能设备发送预设范围内人员的信誉值，待疏散人员根据信誉值最高的个体当前时刻位置、速度、方向确定疏散路径，实现人群疏散。
2.如权利要求1所述的一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法，其特征在于，所述获取所述疏散感知单元预设范围内人员的感知数据，并根据所述感知数据计算每个人员的信誉值，具体为：当待疏散人员向疏散感知单元发送请求时，所述疏散感知单元在区块链中查找其预设范围内人员不同时段的信誉值以及相关信息，计算该人员新的信誉值，并将其反馈给待疏散人员。
3.如权利要求1所述的一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法，其特征在于，所述从使用POW的疏散感知单元中选择最先完成工作量的疏散感知单元进行新区块的生成，并采用工作量证明和拜占庭容错相结合的方法对所述最先完成工作量的疏散感知单元进行共识判断，若满足预设约束，则将新区块添加至区块链中；否则，执行新一轮共识判断。
4.如权利要求1所述的一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法，其特征在于，所述获取所述疏散感知单元预设范围内人员的感知数据时，采用匿名上传信息的方式，将人员的真实身份信息保存在可信疏散感知单元中。
5.如权利要求4所述的一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法，其特征在于，所述可信疏散感知单元为在所有疏散感知单元中预先设置好的可信平台，占所有疏散感知单元总数的30％；所述可信平台保存了所有人员的真实身份并且会为每个用户分配一个假名用来交换数据；同时，仅能通过该可信平台利用所述假名追溯到该人员的真实身份。
6.如权利要求1所述的一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法，其特征在于，所述智能设备用于获取感知数据，包括自身位置、速度及方向信息，并根据目标个体信息进行路径预测。
7.如权利要求1所述的一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法，其特征在于，所述感知数据包括人员的位置、方向、速度、离危险源的距离、离出口距离以及不同时段的信誉值。
8.一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散系统，其特征在于，包括：
疏散感知单元，其配置为接收待疏散人员智能设备的请求，获取所述疏散感知单元预设范围内人员的感知数据，并根据所述感知数据计算每个人员的信誉值；
区块链构建单元，其配置为初始化区块链，并采用矿工选举机制，从使用POW的疏散感知单元中选择最先完成工作量的疏散感知单元进行新区块的生成；其中，所述新区块中存储有疏散感知单元预设范围内人员不同时段的信誉值；
疏散路径确定单元，其配置为疏散感知单元向待疏散人员智能设备发送预设范围内人员的信誉值，待疏散人员智能设备根据信誉值最高的个体当前时刻位置、速度、方向确定疏散路径，实现人群疏散。
9.一种疏散感知单元，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时执行如下操作：
接收待疏散人员智能设备的请求，获取所述疏散感知单元预设范围内人员的感知数据，并根据所述感知数据计算每个人员的信誉值；向待疏散人员智能设备发送预设范围内人员的信誉值，待疏散人员根据信誉值最高的个体当前时刻位置、速度、方向确定疏散路径，实现人群疏散。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述一种基于群智感知信任管理机制的人群疏散方法。
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