WO2011012384A1 - Vorrichtung und verfahren zur berücksichtigung zufälliger entscheidungen bei einer modellierung und simulation von teilchenströmen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur berücksichtigung zufälliger entscheidungen bei einer modellierung und simulation von teilchenströmen Download PDF

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WO2011012384A1
WO2011012384A1 PCT/EP2010/059075 EP2010059075W WO2011012384A1 WO 2011012384 A1 WO2011012384 A1 WO 2011012384A1 EP 2010059075 W EP2010059075 W EP 2010059075W WO 2011012384 A1 WO2011012384 A1 WO 2011012384A1
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WO
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particle
particles
cell
computer device
potential
Prior art date
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PCT/EP2010/059075
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Inventor
Wolfram Klein
Gerta KÖSTER
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Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
    • G06N3/004—Artificial life, i.e. computing arrangements simulating life
    • G06N3/006—Artificial life, i.e. computing arrangements simulating life based on simulated virtual individual or collective life forms, e.g. social simulations or particle swarm optimisation [PSO]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method according to the preambles of the main claim and the independent claim.
  • Lifestream simulators mimic the behavior of a large number of people at different venues, such as the Frefest, especially for statistical purposes and to improve local safety.
  • One goal here is, for example, the identification of critical masses with the help of simulation, that is, the identification of dangers due to the concentration of people and critical streams of people as well as a prognosis of their time course in order to be able to take appropriate measures.
  • a pedestrian flow simulator calculates the next position of a person in terms of time and space using mathematical methods and thus using fixed rules that are intended to mimic human behavioral patterns.
  • Various models from the field of micro- or macro-modeling are used, ranging from partial differential equations to methods based on cellular automata.
  • a commonly chosen approach to pedestrian flow simulation is based on cellular state machines [1].
  • an area for example a street, is covered with a cell grid.
  • hexagonal lattices are selected.
  • Square cells are also common.
  • Each cell can occupy different states, such as filled with an obstacle, or occupied by a person, or empty. Such states are updated via rule sets or machines over time.
  • Cells can also contain goals that individuals strive for.
  • Cells can also contain sources where people are created in the model.
  • the following submodels and their interaction contain the core ideas of this automaton:
  • a target model determines how objects, people move to a target.
  • a model of object or person movement determines how objects / persons behave with each other.
  • An obstacle model defines how objects, people and obstacles move.
  • Proven here is an approach that mimics well-known mechanisms from the physics of electronics. In the mathematical formulation this is realized via potential fields. Targets attract particles that can portray people as a positive charge attracts electrons. The strength of the potential field is determined in the prior art [1] as a function of the Euclidean distance of the person / object from the target. This approach requires a clear view so that people do not get caught up in obstacles. Alternatively, according to the prior art, therefore, a flooding algorithm is used in which the number of cells to be returned is built around obstacles starting from the target to the person. is counted. The potential is determined as a function of the number of cells between target and person.
  • the strength of the potential field is conventionally determined as a function of the Euclidean distance of the persons / objects from each other.
  • Obstacles repel objects / persons, as a negative charge repels electrons.
  • the strength of the potential field is conventionally determined as a function of the Euclidean distance of the person / object from the obstacle.
  • Purely deterministic-logical behavior is not necessarily human. In the decision of the individual to an individual are taken by models unrecorded, and often unrecognizable, aspects, such as a cultural or social background, a mood of the day, the weather, etc.
  • [1] describes the use of cellular automata when a person selects the neighboring cell with the minimum potential in the next time step. This clearly shows that pedestrians follow the steepest descent of potential, with coincidental cells deciding by chance [1]. That is, [1] uses a random component to make a decision not covered by the fixed rules.
  • the aim is to give the best possible picture of the phenomena of masses of people or crowds.
  • the human behavior is to be mapped correctly, where this behavior influences an entire human flow.
  • Real object or person movements should be recorded to initialize a simulation.
  • control pulses are to be transmitted to a control center, which controls, for example, building elements for influencing the real object or person movements. In this way possible danger situations should be identified and preventive countermeasures should be carried out.
  • the object is achieved by a method according to the main claim.
  • the present invention relates to particle streams in general.
  • Such particles can be persons. Alternatively, particles, automobiles or even animals can be.
  • deterministic behavior of persons is not necessarily realistic.
  • a person's path decision involves many aspects not covered in a model, such as cultural or social background, the mood of the day, or the weather.
  • These factors which are uncertain for the deterministic model, can be indirectly modeled by subjecting the behavior to random fluctuations, thus introducing stochastic perturbations.
  • random elements are deliberately employed to achieve improved simulated personal behavior better suited to real behavior.
  • an apparatus and method for generating motions of particles detected in a spatial area of the apparatus by means of a first detection means the area being covered by a cell grid and each cell having different occupancy and total potential
  • each cell being assigned a target potential, which determines how particles are attracted by a target, and an obstacle potential that defines particles of an obstacle, and wherein each particle is associated with a particle potential, wherein a total potential in a cell is the values of the target potential and the obstacle potential in the cell and the particle potentials of particles detected by the first detection means n in neighboring cells of the cell, and change particles starting from a respective start cell in each case from one cell to a neighboring cell with a lowest total potential.
  • a variation of a velocity of a particle, a target selection of a particle, a lingering and / or a wandering at intermediate targets and / or a place exchange of mutually blocking particles take place accidentally, whereby such random behavior in each case specifically by means of the computer device and the drive device is activated.
  • Activation means in particular providing, creating, training or generating a behavior.
  • the invention focuses on an apparatus and method for generating streams of particles.
  • This apparatus and method are commonly used for particle streams.
  • the invention relates to particle flows of any mobile particles.
  • Such particles may, for example, be metal balls which roll or roll off by means of the computer device and the control device. can be brought.
  • a drive device may, for example, each have a cell associated electromagnets.
  • These particles may for example be persons, persons on means of transportation such as bicycles or motor vehicles, or likewise these particles may represent animals.
  • a detection device may be an optical detection device, for example a camera.
  • Occupancy states can be: occupied with particles, obstacle, target or source or free of it.
  • a conventional model of particle potential is combined with consideration of the direction of movement of the neighbors.
  • Pot (O) which represents the repulsive effect of a particle
  • Oncoming particles should offer more resistance than particles with a similar direction of motion.
  • the invention overcomes the deficiencies described in the prior art.
  • a simulation of object streams, in particular streams of people is much more realistic by the invention, the real behavior in particular of masses of people can be better represented.
  • the device may also be simulated by a computer and the associated model.
  • the device is particularly suitable for simulating flows of people, for example in buildings.
  • a fixed processing scheme for the simulation of passenger flows based on cellular automata dictates how people with a fixed speed scheme can use potential considerations for their next cell and thus move all to their desired destination.
  • such a model is improved by introducing random elements at several particularly relevant points, by:
  • the present invention provides for switching on and off all random processes in the simulator. Similarly, individual random mechanisms should be selectively switched on and off. This allows a structured assessment of the individual and the total random effects.
  • a use of a device according to the invention or a method according to the invention for simulation and / or control of object streams, streams of people or animal movements taking place by means of a control center is claimed.
  • a choice of a next cell to enter can be made randomly and this random behavior can be selectively activated by means of the computer device and the control device.
  • the neighboring cell with the lowest potential in the selection of the next cell to be entered, can only be selected with a probability of 1 - p in the neighboring cell with the second lowest potential with a probability of p by means of the computer device and the control device.
  • an advantageous random element is introduced in the choice of the next cell to be entered.
  • a decision of simulated objects, in particular persons, between two next cells that are equally weighted according to a flooding algorithm is an ideal starting point for the introduction of a random element. The person "rolls" which of the equally indicated cells she enters next.
  • the random choice can also be combined well with deterministic methods.
  • a decision rule reads as follows: When choosing the next position of the person, do not always use the cell with the minimum potential, but with a certain parameterized probability p the cell with the second best potential and only in 1 - p of the cases after the deterministic rules best cell which is the cell with minimal potential.
  • the random behavior can be chosen when choosing the next one
  • the random behavior in the selection of the next cell to be entered by means of the computer device and the drive means may only be activated when a particle is at least a predetermined minimum distance away from a target. That is, a random model is activated only when the person or particle is "far enough" away from the target. Otherwise, the particle always runs purposefully behind the minimum potential. This takes into account the fact that the target accuracy of human running behavior improves as the target is closer.
  • the random behavior in the variation of the particle velocity can be determined by means of the computer device and the control device in such a way that a particle with a probability p changes its velocity v by the factor q.
  • a simulated walking speed of persons satisfies various mathematical procedures. In part, a particle is given a desired velocity already during its generation, which it tries to maintain during the simulation, that is, in each of the discrete time steps of the simulation; In part, this speed is reduced by this particle as a function of the current particle density, so the particle runs slower in the congestion.
  • fluctuations in the walking speed of a person are observed which, at least from an observer's point of view, have a spontaneous effect. These spontaneous fluctuations are mapped in the invention via a random process.
  • a particle changes its velocity v by the factor q with a probability p:
  • the factor q can be determined randomly by means of the computer device.
  • determining q it should be taken into account that a person's original desired speed characterizes this person. For example, an old person is slow, and a young person is fast. The original desired speed of a person should be maintained on average. Furthermore, frequent abrupt variations in q are unnatural.
  • the factor q can be determined as a function of a particle characteristic and / or of a running history by means of the computer device.
  • q may be configurable depending on parameters such as a person's characteristic and a running history.
  • particles travel to their final destination on a simulatively predefined path defined, for example, by way of intermediate destinations.
  • Particle x runs first to intermediate goal ZZl, then to ZZ2, to ZZ3, ..., until it reaches the final destination.
  • This strictly deterministic behavior is state of the art and neglects the fact that people tend, at least from the point of view of the observer, to spontaneously adapt their goals. For example, when a person spontaneously enters a shop on the way to the exit of a train station.
  • the following advantageous embodiments depict this phenomenon via a random process:
  • the random behavior in the direct dialing can be done by means of the computer means and the driver, that a particle having a probability p, instead of an originally planned target, selects another target randomly selected from a set of predefined targets. Instead of its originally planned goal, the particle suddenly runs, with some probability, in the middle of the simulation, to another target that has randomly selected it from the set of predefined targets.
  • the random behavior in the destination selection can be determined by means of the computer device and the drive device such that a particle with a probability p instead of a next planned intermediate destination selects an overlying intermediate destination. This means that there is a change in the intermediate goals. From its predefined intermediate destinations, the particle suddenly moves, with a certain probability, to the next-to-last intermediate destination, then to the next one.
  • the random behavior in the destination selection can be determined by means of the computer device and the control device such that a particle with a probability p instead of a next planned intermediate destination again selects the preceding intermediate destination. The particle moves with a certain probability back to the last intermediate destination.
  • the random behavior in the direct dialing can be determined by means of the computer device and the control device such that a particle with a probability p skips over the next planned intermediate target. There is a change in the intermediate goals, in which a particle skips the next intermediate goal, with a certain probability.
  • the random behavior in the destination selection can be determined by means of the computer device and the drive device such that a particle with a probability p instead of a next planned intermediate destination is any other one
  • Intermediate target chooses. Instead of the next intermediate destination, the particle looks with a certain probability for a completely different, in particular adjacent, intermediate destination, which then drives the particle.
  • the lingering behavior when lingering at intermediate destinations can be determined by means of the computer device and the drive device such that a particle with a probability p lingers at a randomly selected intermediate destination with a randomly selected duration. Instead of running directly to the next intermediate destination, the particle will remain in this destination or in the vicinity of the destination for a certain amount of time. Duration and index of the target can be chosen randomly with a probability. Intermediate target choices and length of stay should also be able to be shaped by other model parameters.
  • random behavior at an intermediate destination can be determined by means of the computer device and the control device such that a particle wandered briefly after reaching the intermediate destination, instead of original values of the next target potential, this in the immediate vicinity of the intermediate destination with random values is occupied, so that The particle is thereby further moved in a random direction, and thereafter the original values of the target potential are used again so that the particle continues in the originally predetermined direction.
  • This embodiment provides a short-term wandering. A particle passes on randomly in the waypoint. When a particle has reached its intermediate destination, it does not stop, but draws the - changed - target potential of the next intermediate destination to move on.
  • the random behavior of the exchange of mutually blocking particles can be determined by means of the computer device and the control device such that whenever two particles are directly adjacent, that is to say on neighboring cells, these particles have a probability p their Change seats.
  • the term "same running direction” is understood to mean that the difference in the angles that the particles have to their destination is smaller than a predetermined threshold.
  • the random behavior of the exchange of mutually blocking particles can be determined by means of the computer device and the control device in such a way that an exchange takes place only when the two particles are in a traffic jam and want to run in different directions.
  • a prior art is extended by a stochastic element. Particles exchange their places with probability p if and only if they are in a traffic jam and want to run in different directions.
  • Figure 2 shows an embodiment of an inventive
  • Figure 3 shows an embodiment of an inventive
  • FIG. 4 shows a first comparison of a conventional simulation with a simulation according to the invention
  • FIG. 5 shows a second comparison of a conventional simulation with a simulation according to the invention
  • FIG. 6 shows a third comparison of a conventional simulation with a simulation according to the invention.
  • FIG. 1 shows illustrations for the formation of a grid.
  • FIG. 1 shows the frequently chosen approach for the generation of particle streams based on cellular state machines.
  • an area such as a street
  • a cell grid In Figure 1, a hexagonal grid was chosen as an example.
  • Other cells are also common, for example square ones. Each cell can occupy different states, such as filled, with an obstacle, occupied, by a particle, or empty.
  • Figure 2 shows an embodiment of a device according to the invention.
  • the device I generates a movement of
  • Particles 3 which may be metal spheres, for example.
  • the cells can be assigned time-variable total potential values. Each cell may for example be assigned an electromagnet whose magnetic force is adjustable by means of the control device 7.
  • the drive device 7 can set a respective potential by means of a current through an electromagnet. At a start time Ts are by means of the control device 7th activates the potentials, the beads move starting from a respective start cell S on each other balls and obstacles H over to the target Z.
  • a first detection device 1 for example a camera
  • the information - these may be the directions of movement of particles 3 - of the first detection device 1 can be used in a computer device 9 for calculating respective particle potentials.
  • the information of the first detection device 1 can also be evaluated in an evaluation device 11.
  • a particle density in the cell grid 5 can be detected and evaluated.
  • the evaluation device 11 can send control signals to a control center 13 for
  • the device I can also be emulated, for example, by a computer.
  • the device I is particularly suitable for simulating flows of people, for example in buildings.
  • the model of the device I according to the invention can be transferred to a computer with a corresponding model. That The device I can also be simulated by a computer. Such an embodiment is also included within the scope of this application.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a method according to the invention.
  • a step S1 provision is made of a device having a spatial area covered with a cell grid 5, each cell assuming different occupation and total potential states, which are set by means of a drive device 7 and a computer device 9, each cell being assigned a target potential determines how particles 3 are attracted to a target Z, and an obstacle potential is assigned, which determines how particles 3 are repelled by an obstacle H, and wherein each particle 3 is assigned a particle potential, wherein a total potential in a cell itself from the values of the target potential and the obstacle potential in the cell and the particle potentials of particles 3 detected by a first detection device 1 in neighboring cells of the cell.
  • a positioning of particles 3 takes place at respective start cells S, after which the particles 3 each change from one cell to a neighboring cell with a lowest total potential.
  • the positions of the particles 3 are detected by means of the first detection device 1.
  • a step S4 is used to update the
  • a step S5 a variation of a velocity of a particle, a target selection of a particle, a lingering and / or a wandering at intermediate destinations and / or a place exchange of mutually blocking particles executed randomly, such a random behavior is provided in each case specifically by means of the computer device and the drive device.
  • the method can be generated for example by means of software.
  • real object or person movements can be detected by means of a second detection device for initialization of positions of the particles, of start cells, targets and particle velocities.
  • An evaluation device 11 can evaluate the particle movements detected by the first detection device 1.
  • the evaluation device 11 can generate control pulses to a control center 13.
  • a control center can control, for example, building elements 15.
  • building elements 15 may be doors, windows, signs, speakers, elevators, escalators and / or lights. It is possible to provide the best possible representation of the phenomena in human masses on the basis of recorded human mass data for controlling masses of people.
  • FIG. 4 shows for comparison on the left a representation of a conventional simulation and on the right a representation of a simulation according to the invention with a device according to the invention and a method according to the invention.
  • the neighboring cell with the lowest potential is selected with only a probability of 1-p and the neighboring cell with the second-lowest potential with a probability of p.
  • the best option is selected, namely the neighboring cell with the lowest potential.
  • the illustration on the right in FIG. 4 shows the use of a best and a second best possibility in the probability ratio of 70:30.
  • part 4 shows very clear deviations from the left deterministic "best" path and thus a more realistic running behavior in which people do not unnaturally crowd in the seemingly best way.
  • Figure 4 right one can see how the path of a person deviates now from the bird flight, namely from the shortest connection.
  • An extension of the procedure from the two best cells to the n best cells is just as easy to do.
  • FIG. 4 on the right it should be noted that persons orient themselves less strongly in the optimum pulling direction for them. However, only a few people actually walk on the little worse top way. According to Figure 4, the direction is always from left to right.
  • FIG. 5 shows for comparison on the left a representation of a conventional simulation and on the right a representation of a simulation according to the invention with a device according to the invention and a method according to the invention.
  • the random behavior in the selection of the next cell to be entered is activated when the potential difference between lowest and second lowest potential is smaller than a predetermined one Threshold is.
  • FIG. 5 shows a smaller deviation from the "best" path according to FIG. 5 on the left. This allows a finer control of the process.
  • FIG. 5 shows, on the right, results of a method according to the invention in which the next one to be entered is selected
  • FIG. 5 shows on the left side a simulation according to a conventional model, in which only the best option is always selected.
  • Figure 5 on the right represents the best and second best option, with a likelihood ratio of 70:30, which, however, is only chosen if the two possibilities do not have too great differences, here the distance between two cell centers. This means that the probability ratio 70:30 only works if the deviations of the potentials are not too large. The random model is therefore switched on only if there are not too large deviations.
  • FIG. 6 shows for comparison on the left a representation of a conventional simulation and on the right a representation of a simulation according to the invention with a device according to the invention and a method according to the invention.
  • the random behavior in the selection of the next cell to be entered is only activated if a particle is at least a predetermined minimum distance away from a target.
  • the random model is activated only if the person simulating a particle is "far enough" away from the target, otherwise it always runs purposefully behind the minimum potential. This takes account of the fact that the accuracy of human walking behavior is improved. sert, the closer the target is.
  • FIG. 6 shows, on the right, results of a method according to the invention in which, in the selection of the next cell to be entered, the neighboring cell with the lowest potential is selected with only a probability of 1-p and the neighboring cell with the second lowest potential with a probability of p.
  • Figure 6 shows on the right the extension to turn on the random model only at a great distance from the target. That is to say, the random behavior is only activated in the selection of the next cell to be entered if an object is at least a predetermined minimum distance away from a target. This means that the model will not be switched on when there is a clear view of the target. This turns on the model in front of the obstacle.
  • the left side of FIG. 6 shows a conventional model, namely according to FIG. 4 on the left. Right in Figure 6, the new model is shown.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von mittels einer ersten Erfassungseinrichtung (1) erfassten Bewegungen von Teilchen (3) auf einem räumlichen Gebiet der Vorrichtung, wobei das Gebiet mit einem Zellgitter (5) überzogen ist und jede Zelle verschiedene Belegungs- und Gesamtpotenzialzustände einnehmen kann, die mittels einer Rechnereinrichtung (9) und einer Ansteuereinrichtung (7) eingestellt und im Zeitverlauf aktualisiert werden, und Teilchen (3) ausgehend von einer jeweiligen Startzelle (S) jeweils von einer Zelle in eine Nachbarzelle mit einem geringeren Gesamtpotenzial wechseln. Es ist Aufgabe eine möglichst gute Abbildung der Phänomene in Objektmassen, insbesondere Menschenmassen, auf der Grundlage von erfassten Menschenmassendaten zur Steuerung von Menschenmassen bereit zu stellen. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Variation einer Geschwindigkeit eines Teilchens (3), eine Zielwahl eines Teilchens (3), ein Verweilen und/oder ein Umherirren an Zwischenzielen und/oder ein Platztausch sich gegenseitig blockierender Teilchen (3) zufällig erfolgt, wobei ein derartiges zufälliges Verhalten jeweils gezielt mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) aktiviert wird. Auf diese Weise können spontane Verhaltensweisen insbesondere von Menschen berücksichtigt werden.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Berücksichtigung zufälliger Entscheidungen bei einer Modellierung und Simulation von Teilchenströmen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen des Hauptanspruchs und des Nebenanspruchs .
Überall wo insbesondere Personen gehäuft auftreten, entstehen massentypische Phänomene. Einige dieser Phänomene gefährden die Sicherheit für Leib und Leben, etwa wenn bei einer Massenveranstaltung eine Panik ausbricht. Weitere Phänomene be- dürfen geeigneter Lenkungsmaßnahmen, um Abläufe effizient zu gestalten .
Personenstromsimulatoren imitieren das Verhalten einer großen Anzahl von Menschen an unterschiedlichen Veranstaltungsorten, beispielsweise beim Oktoberfest, für insbesondere statistische Zwecke und um die Sicherheit vor Ort zu verbessern. Ein Ziel hierbei ist beispielweise die Identifikation kritischer Massen mit Hilfe der Simulation, das heißt, die Identifikation von Gefahren durch Ballungen von Menschen und kritischen Menschenströmen sowie eine Prognose über deren zeitlichen Verlauf, um angemessene Maßnahmen einleiten zu können.
Ein Personenstromsimulator berechnet die zeitlich und räumlich gesehen nächste Position einer Person anhand von mathe- matischen Verfahren und damit anhand von festen Vorschriften, die menschliche Verhaltensmuster nachahmen sollen. Es werden verschiedene Modelle aus dem Bereich der Mikro- bzw. Makromodellierung verwendet, und zwar Verfahren basierend auf partiellen Differenzialgleichungen bis hin zu Verfahren basie- rend auf zellulären Automaten.
Gemäß dem Stand der Technik liegen bereits diese Ansätze vor, um insbesondere Personenströme zu simulieren. Diese herkömm- liehen Ansätze weisen jedoch Mängel auf, die eine akkurate Abbildung vom Massenphänomen und damit die Nutzbarkeit von Simulationsergebnissen einschränken . Ein häufig gewählter Ansatz von Personenstromsimulation sind Verfahren basierend auf zellulären Zustandsautomaten [1] . Hierbei wird ein Gebiet, beispielsweise ein Straßenzug, mit einem Zellgitter überzogen. Beispielsweise werden hexagonale Gitter ausgewählt. Quadratische Zellen sind ebenso gebräuch- lieh. Jede Zelle kann verschiedene Zustände einnehmen, etwa gefüllt und zwar mit einem Hindernis, oder besetzt durch eine Person, oder leer. Derartige Zustände werden über Regelsätze oder Automaten im Zeitverlauf aktualisiert. Zellen können ebenso Ziele enthalten, auf die Personen zustreben. Zellen können ebenso Quellen enthalten, wo Personen im Modell erzeugt werden. Folgende Untermodelle und ihre Interaktion beinhalten die Kernideen dieses Automaten:
- Ein Zielmodell legt fest, wie sich Objekte, Personen auf ein Ziel zu bewegen.
- Ein Modell zu Objekt- oder Personenbewegung legt fest, wie sich Objekte/Personen untereinander verhalten.
- Ein Hindernismodell definiert, wie sich Objekte, Personen und Hindernisse bewegen.
Bewährt ist hierbei nun ein Ansatz, der bekannte Mechanismen aus der Physik der Elektronik nachahmt. In der mathematischen Formulierung wird dies über Potenzialfelder realisiert. Ziele ziehen Teilchen, die Personen darstellen können, an, wie eine positive Ladung Elektronen anzieht. Die Stärke des Potenzialfeldes wird beim Stand der Technik [1] bestimmt als Funktion des euklidischen Abstands der Person/des Objekts vom Ziel. Für diesen Ansatz ist eine freie Sicht notwendig, damit Personen nicht an Hindernissen hängen bleiben. Alternativ wird gemäß dem Stand der Technik deshalb ein Flutungsalgorithmus eingesetzt, bei dem die Anzahl der zurück zu legenden Zellen um Hindernisse herum ausgehend vom Ziel zur Person ge- zählt wird. Das Potential wird als Funktion der Anzahl der Zellen zwischen Ziel und Person bestimmt.
Teilchen oder Objekte stoßen sich gegenseitig ab, wie Elekt- ronen sich untereinander abstoßen. Die Stärke des Potenzialfeldes wird herkömmlicher Weise bestimmt als Funktion des euklidischen Abstands der Personen/der Objekte untereinander.
Hindernisse stoßen Objekte/Personen ab, wie eine negative La- düng Elektronen abstößt. Die Stärke des Potenzialfeldes wird herkömmlicher Weise bestimmt als Funktion des euklidischen Abstandes der Person/des Objekts vom Hindernis.
In der Realität halten sich Personen aber nicht streng an feste Regeln oder Muster. Sie weichen immer wieder auf ihren Wegen spontan davon ab, wenn sie beispielsweise spazieren gehen, zur Bahn müssen oder einkaufen gehen. Das heißt, ein entsprechender Simulator muss dieses menschliche Verhalten berücksichtigen, von seinen festen Regeln abweichen und den Zufall bei seinen Abarbeitungsschemata berücksichtigen.
Rein deterministisches-logisches-Verhalten ist also nicht unbedingt menschlich. In die Wegentscheidung eines Individuums gehen von Modellen nicht erfasste, und oft nicht erfassbare, Aspekte ein, wie ein kultureller oder sozialer Hintergrund, eine Tageslaune, das Wetter usw.
[1] beschreibt bei der Verwendung von zellulären Automaten, wenn eine Person sich im nächsten Zeitschritt die benachbarte Nachfolgezelle mit dem minimalen Potenzial aussucht. Dies bedeutet anschaulich, dass die Fußgänger den steilsten Abstieg des Potenzials folgen, wobei bei gleichberechtigten Zellen der Zufall entscheidet [1] . Das heißt [1] verwendet eine Zufallskomponente, um eine durch die festen Regeln nicht abge- deckte Entscheidung zu fällen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Simulation von sich auf einem Gebiet bewegenden Personenströmen beruhend auf zellulären Zustandsautomaten derart zu verbessern, dass die Simulation die Personen- oder Objektströme möglichst realistisch abbildet. Es soll sich ein deutlich verbessertes Gesamtverhalten von Per- sonenströmen ergeben, also ein korrektes Abbild tatsächlichen Verhaltens. Es soll eine möglichst gute Abbildung der Phänomene von Personenmassen oder Menschenmassen erfolgen. Insbesondere soll das menschliche Verhalten korrekt abgebildet werden, wo dieses Verhalten einen gesamten Menschenstrom be- einflusst. Es sollen reale Objekt- oder Personenbewegungen zur Initialisierung einer Simulation erfasst werden. Entsprechend einer sofortigen Auswertung der Simulation sollen Steuerimpulse zu einer Leitzentrale übertragen werden, wobei diese beispielsweise Gebäudeelemente zur Beeinflussung der rea- len Objekt- oder Personenbewegungen steuert. Auf diese Weise sollen mögliche Gefahrensituationen erkannt und präventiv Gegenmaßnahmen durchgeführt werden.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Die vorliegende Erfindung betrifft Teilchenströme allgemein. Derartige Teilchen können Personen sein. Alternativ können Teilchen, Automobile oder sogar Tiere sein.
Es wird berücksichtigt, dass rein deterministisches Verhalten von Personen nicht unbedingt realistisch ist. Beispielsweise gehen in die Wegentscheidung einer Person viele in einem Modell nicht erfasste Aspekte ein, wie beispielsweise kulturel- ler oder sozialer Hintergrund, die Tageslaune oder das Wetter. Diese für das deterministische Modell unsicheren Faktoren lassen sich indirekt doch modellieren, in dem man das Verhalten zufälligen Schwankungen unterwirft also stochasti- sche Störungen einführt. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zufällige Elemente gezielt eingesetzt, um ein verbessertes, dem realen Verhalten besser entsprechendes simuliertes Personenverhalten zu erreichen. Gemäß einem ersten und einem zweiten Aspekt werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von mittels einer ersten Erfassungseinrichtung erfassten Bewegungen von Teilchen auf einem räumlichen Gebiet der Vorrichtung bereitge- stellt, wobei das Gebiet mit einem Zellgitter überzogen ist und jede Zelle verschiedene Belegungs- und Gesamtpotenzialzu- stände einnehmen kann, die mittels einer Rechnereinrichtung und einer Ansteuereinrichtung eingestellt und im Zeitverlauf aktualisiert werden, wobei jeder Zelle ein Zielpotenzial zu- geordnet ist, das festlegt wie Teilchen von einem Ziel angezogen werden, und ein Hindernispotenzial zugeordnet ist, das festlegt wie Teilchen von einem Hindernis abgestoßen werden, und wobei jedem Teilchen ein Teilchenpotenzial zugeordnet ist, wobei ein Gesamtpotenzial in einer Zelle sich aus den Werten des Zielpotenzials und des Hindernispotenzials in der Zelle und den Teilchenpotenzialen von mittels der ersten Erfassungseinrichtung erfassten Teilchen in Nachbarzellen der Zelle zusammensetzt, und Teilchen ausgehend von einer jeweiligen Startzelle jeweils von einer Zelle in eine Nachbarzelle mit einem geringsten Gesamtpotenzial wechseln. Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgen eine Variation einer Geschwindigkeit eines Teilchens, eine Zielwahl eines Teilchens, ein Verweilen und/oder ein Umherirren an Zwischenzielen und/oder ein Platztausch sich gegenseitig blockierender Teilchen zu- fällig erfolgt, wobei ein derartiges zufälliges Verhalten jeweils gezielt mittels der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrichtung aktiviert wird.
Aktivieren meint insbesondere bereitstellen, schaffen, aus- bilden oder erzeugen eines Verhaltens.
Die Erfindung fokussiert auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Generierung von Strömen von Teilchen. Diese Vorrichtung und dieses Verfahren werden allgemein für Teilchenströme angewendet. Die Erfindung betrifft Teilchenströme von beliebigen beweglichen Teilchen. Derartige Teilchen können beispielsweise Metall-Kugeln sein, die mittels der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrichtung ins Rollen oder zum An- halten gebracht werden können. Eine Ansteuereinrichtung kann beispielsweise jeweils einer Zelle zugeordnete Elektromagnete aufweisen. Diese Teilchen können beispielsweise Personen, Personen auf Fortbewegungsmitteln wie Fahrrädern oder Kraft- fahrzeugen, oder ebenso können diese Teilchen Tiere darstellen .
Eine Erfassungseinrichtung kann eine optische Erfassungseinrichtung beispielsweise eine Kamera sein.
Belegungszustände können sein: mit Teilchen, Hindernis, Ziel oder Quelle belegt oder frei davon.
Es wird ein herkömmliches Modell des Teilchenpotenzials mit einer Berücksichtigung der Bewegungsrichtung der Nachbarn kombiniert. Zusätzlich zum bestehenden herkömmlichen Teilchenpotenzialmodell Pot (O) , das die Abstoßungswirkung eines Teilchens darstellt, wird die Bewegungsrichtung der Nachbarn relativ zur Bewegungsrichtung des aktuell betrachteten Teil- chens berücksichtigt. Entgegenkommende Teilchen sollen mehr Widerstand bieten als Teilchen mit ähnlicher Bewegungsrichtung.
Die Erfindung behebt die im Stand der Technik beschriebenen Mängel. Eine Simulation von Objektströmen, insbesondere Personenströmen, wird durch die Erfindung wesentlich realistischer, das reale Verhalten insbesondere von Personenmassen kann besser abgebildet werden. Die Vorrichtung kann beispielsweise ebenso durch einen Rechner und das dazugehörige Modell nachgebildet werden. Die Vorrichtung eignet sich insbesondere für eine Simulation von Personenströmen beispielsweise in Gebäuden. Ein festes Abarbeitungsschema der Simulation von Personenströmen basierend auf zellulären Automaten gibt vor, wie sich Personen mit einem festen Geschwindigkeitsschema anhand von Potenzialüberlegungen zu ihrer nächsten Zelle und damit ins- gesamt zu ihrem gewünschten Ziel bewegen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein derartiges Modell durch Einführung von Zufallselementen an mehreren besonders relevanten Stellen verbessert, und zwar durch:
Einführung einer zufälligen Variation der Objektgeschwindigkeit; Einführung von Zufallsentscheidungen bei einer Zielwahl; Einführen zufälligen Verweilens und/oder Umherirrens an Zwischenzielen; über ein Zufallsparameter gesteuerter Platz- tausch bei sich gegenseitig blockierenden Objekten. Alle zufälligen Prozesse können in beliebiger Kombination zueinander an- und abgeschaltet werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Möglichkeit eines gemeinsamen An- und Abschaltens aller Zufallsprozesse im Simulator bereit gestellt, sowie das An- und Abschalten gezielter Zufallsprozesse.
Die vorliegende Erfindung sieht vor, alle Zufallsprozesse im Simulator gemeinsam an- und abzuschalten. Ebenso sollten einzelne Zufallsmechanismen gezielt ein- und ausschaltbar sein. Dies erlaubt eine strukturierte Beurteilung der einzelnen und der gesamten Zufallseffekte.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können durch den Einbau der erwähnten zufälligen Modelle Phänomene in Personenmengen, Personendichten und Ströme wesentlich realitätsnäher abgebildet werden. Das simulierte Verhalten entspricht dem menschlichen Verhalten wesentlich besser als gemäß dem Stand der Technik. Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung oder eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Simulation und/oder mittels einer Leitzentrale erfolgenden Steuerung von Objektströmen, Personenströmen oder Tierbewegungen beansprucht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Wahl einer nächsten zu betretenen Zelle zufällig erfolgen und dieses zufällige Verhalten kann mittels der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrichtung gezielt aktiviert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann bei der Wahl der nächsten zu betretenden Zelle die Nachbarzelle mit dem geringsten Potenzial lediglich mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 - p in die Nachbarzelle mit dem zweitgeringsten Potenzial mit einer Wahrscheinlichkeit von p mittels der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrichtung ausgewählt werden. Auf diese Weise wird ein vorteilhaftes Zufallselement bei der Wahl der nächsten zu betretenden Zelle eingeführt. Eine Entscheidung von simulierten Objekten, insbesondere Per- sonen, zwischen zwei nach einem Flutungsalgorithmus gleich bewerteten nächsten Zellen ist ein idealer Ansatzpunkt für die Einführung eines zufälligen Elements. Die Person "würfelt" welche der gleich indizierten Zellen sie als nächste betritt. Die zufällige Wahl kann auch gut mit deterministi- sehen Verfahren kombiniert werden. Eine Entscheidungsregel lautet folgendermaßen: nimm bei der Wahl der nächsten Position der Person nicht immer diejenige Zelle mit dem minimalen Potenzial, sondern mit einer gewissen parametrisierten Wahrscheinlichkeit p auch die diejenige Zelle mit dem zweitbesten Potenzial und nur noch in 1 - p der Fälle die nach den deterministischen Regeln beste Zelle, die die Zelle mit minimalen Potenzial ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das zu- fällige Verhalten bei der Wahl der nächsten zu betretenden
Zelle mittels der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrich- tung aktiviert werden, wenn der Potenzialunterschied zwischen geringsten und zweitgeringsten Potenzial kleiner einem vorgegebenen Schwellenwert ist. Das heißt das Verfahren wird Ie- diglich dann verwendet, wenn die Potenzialunterschiede der besten und zweitbesten Zelle unter einem gewissen Schwellwert liegen . Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das zufällige Verhalten bei der Wahl der nächsten zu betretenden Zelle mittels der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrichtung lediglich aktiviert sein, wenn ein Teilchen mindestens einen vorgegebenen Mindestabstand von einem Ziel entfernt ist. Das heißt ein Zufallsmodell wird lediglich aktiviert, wenn sich die Person bzw. das Teilchen "weit genug" vom Ziel entfernt ist. Ansonsten läuft das Teilchen zielgerichtet immer dem minimalen Potenzial hinterher. Dies berücksichtigt die Tatsache, dass die Zielgenauigkeit des menschlichen Laufverhaltens sich verbessert, je näher das Ziel liegt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das zufällige Verhalten bei der Variation der Teilchengeschwindig- keit mittels der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrichtung derart festgelegt sein, dass ein Teilchen mit einer Wahrscheinlichkeit p seine Geschwindigkeit v um den Faktor q verändert. Eine simulierte Gehgeschwindigkeit von Personen genügt verschiedenen mathematischen Verfahren. Zum Teil wird einem Teilchen schon bei ihrer Generierung eine Wunschgeschwindigkeit mitgegeben, das dieses während der Simulation, das heißt, in jedem der diskreten Zeitschritte der Simulation, bei zu behalten versucht; zum Teil wird diese Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der aktuellen Teilchendichte um dieses Teilchen verringert, das Teilchen läuft also im Stau langsamer. In der Realität beobachtet man bei der Laufge- schwindigkeit einer Person jedoch Schwankungen, die zumindest aus Beobachtersicht spontan wirken. Diese spontanen Schwankungen werden in der Erfindung über einen zufälligen Prozess abgebildet. Ein Teilchen verändert mit einer Wahrscheinlichkeit p seine Geschwindigkeit v um den Faktor q:
Gleichung 1 :
vneu =q*valt,qe[θ,qmax]
Gleichung 2 :
P(v =vneu)=p;P(v=valt)=l-p,pe[o,l] Das heißt, je nach Wahl des Parameters q erhöht oder verringert das Teilchen seine Wunschgeschwindigkeit. Im Extremfall bleibt das Teilchen abrupt stehen. Ob das Teilchen seinen Wunsch in die Tat umsetzen kann hängt jedoch auch von weite- ren Modellparametern ab, etwa ob der Weg frei ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Faktor q mittels der Rechnereinrichtung zufällig bestimmt werden. Bei der Bestimmung von q sollte berücksichtigt wer- den, dass die ursprüngliche Wunschgeschwindigkeit einer Person diese Person charakterisiert. So ist beispielsweise eine alte Person langsam, und eine junge Person schnell. Die ursprüngliche Wunschgeschwindigkeit einer Person sollte im Mittel eingehalten werden. Des Weiteren sind häufige abrupte Schwankungen im q unnatürlich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Faktor q in Abhängigkeit von einer Teilchencharakteristik und/oder von einer Laufvergangenheit mittels der Rechnerein- richtung bestimmt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann q abhängig von Parametern wie einer Personencharakteristik und von einer Laufvergangenheit gestaltbar sein.
Je nach Typ des verwendeten Personenstromsimulators laufen Teilchen bis zum Erreichen ihres endgültigen Ziels auf einem simulativ vordefinierten Weg, der beispielsweise über Zwischenziele definiert ist. Teilchen x läuft zunächst zu Zwischenziel ZZl, danach zu ZZ2, zu ZZ3, ..., bis es am endgültigen Ziel angekommen ist. Dieses streng deterministische Ver- halten ist Stand der Technik und vernachlässigt die Tatsache, dass Menschen dazu neigen zumindest aus der Sicht des Beobachters spontan ihre Ziele anzupassen. Etwa, wenn eine Person auf dem Weg zum Ausgang eines Bahnhofs spontan einen Laden betritt. Die folgenden vorteilhaften Ausgestaltungen bilden dieses Phänomen über einen Zufallsprozess ab:
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das zufällige Verhalten bei der Zielwahl derart mittels der Rech- nereinrichtung und der Ansteuereinrichtung festgelegt sein, dass ein Teilchen mit einer Wahrscheinlichkeit p, anstelle eines ursprünglich geplanten Ziels, ein anderes aus einer Menge vordefinierter Ziele zufällig ausgewähltes Ziel wählt. Anstelle ihres ursprünglich geplanten Zieles läuft das Teilchen plötzlich, mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit, mitten in der Simulation, zu einem anderen Ziel, das dieses aus der Menge der vordefinierten Ziele zufällig ausgewählt hat. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das zufällige Verhalten bei der Zielwahl derart mittels der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrichtung festgelegt sein, dass ein Teilchen mit einer Wahrscheinlichkeit p anstelle eines nächsten geplanten Zwischenziels ein übernächstes Zwi- schenziel wählt. Das heißt es erfolgt eine Änderung der Zwischenziele. Aus dessen vordefinierten Zwischenzielen bewegt sich das Teilchen plötzlich, mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit, erst zum übernächsten Zwischenziel, danach erst zum nächsten .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das zufällige Verhalten bei der Zielwahl derart mittels der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrichtung festgelegt sein, dass ein Teilchen mit einer Wahrscheinlichkeit p anstelle ei- nes nächsten geplanten Zwischenziels wieder das vorhergehende Zwischenziel wählt. Das Teilchen bewegt sich mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit zurück zum letzten Zwischenziel.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das zu- fällige Verhalten bei der Zielwahl derart mittels der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrichtung festgelegt sein, dass ein Teilchen mit einer Wahrscheinlichkeit p das nächste geplante Zwischenziel überspringt. Es erfolgt eine Änderung der Zwischenziele, in dem ein Teilchen das nächste Zwischen- ziel überspringt, und zwar mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das zufällige Verhalten bei der Zielwahl derart mittels der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrichtung festgelegt sein, dass ein Teilchen mit einer Wahrscheinlichkeit p anstelle ei- nes nächsten geplanten Zwischenziels ein beliebig anderes
Zwischenziel wählt. Anstelle des nächsten Zwischenziels sucht sich das Teilchen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ein völlig anderes, insbesondere benachbartes, Zwischenziel, das das Teilchen dann ansteuert.
Je nach Typ des verwendeten Personenstromsimulators laufen Teilchen bis zum Erreichen ihrer endgültigen Ziele auf einem simulativ vordefinierten Weg, der beispielsweise über Zwischenziele definiert ist. Teilchen x läuft zunächst zu Zwi- schenziel ZWl, danach zu ZW2, zu ZW3, ..., bis es am endgültigen Ziel angekommen ist. Die weiteren Ausgestaltungen erweitern dieses Modell um zufälliges Verweilen an Zwischenzielen:
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das zu- fällige Verhalten bei dem Verweilen an Zwischenzielen derart mittels der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrichtung festgelegt sein, dass ein Teilchen mit einer Wahrscheinlichkeit p an einem zufällig ausgewählten Zwischenziel mit einer zufällig ausgewählten Dauer verweilt. Anstelle des direkten Weiterlaufens zum nächsten Zwischenziel bleibt das Teilchen in diesem Ziel bzw. im Umfeld des Ziels eine gewisse Zeitlang stehen. Zeitdauer und Index des Zieles können zufällig mit einer Wahrscheinlichkeit gewählt werden. Es sollten Zwischen- zielwahlen und Verweildauern ebenso von weiteren Modellpara- metern gestaltbar sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein zufälliges Verhalten bei einem Zwischenziel derart mittels der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrichtung festgelegt sein, dass ein Teilchen nach Erreichen des Zwischenziels kurzfristig umherirrt, wobei anstelle von Originalwerten des nächsten Zielpotenzials, dieses in der näheren Umgebung des Zwischenziels mit zufälligen Werten belegt wird, sodass sich das Teilchen dadurch in eine zufällige Richtung weiter bewegt, und danach werden wieder die Originalwerte des Zielpotenzials verwendet, sodass das Teilchen in der ursprünglich vorbestimmten Richtung weiterläuft. Diese Ausgestaltung stellt ein kurzfristiges Umherirren bereit. Ein Teilchen läuft im Zwischenziel zufällig weiter. Wenn ein Teilchen sein Zwischenziel erreicht hat, bleibt es nicht stehen, sondern zieht das - geänderte - Zielpotenzial des nächsten Zwischenziels zum Weiterbewegen heran. Anstelle der Originalwerte des nächsten Zielpotenzials, wird dieses jedoch in ihrer näheren Umgebung zunächst mit zufälligen Werten belegt, sodass sich das Teilchen dadurch in eine zufällige Richtung weiterbewegt. Erst nach einer gewissen Zeit werden wieder die Originalwerte des Zielpotenzials herangezogen, sodass das Teilchen in seine neue vorbestimmte Richtung weiter wandert. Dieses Modell bildet das kurzfristige "orientierungslose" Herumirren von Personen, die ihren Weg erst finden müssen, ab.
Es ist selbstverständlich eine Kombination aus einem Verwei- len und ein Weiterlaufen in zufällige Richtungen möglich.
Beispielsweise bei einem Szenario, bei dem eine Person an einem Bahnsteig steht und auf den einfahrenden Zug wartet. Dabei bleibt die Person stehen, läuft dann in eine zufällig gewählte Richtung, bleibt wieder stehen und läuft wieder ir- gendwie weiter usw.
Bei einer herkömmlichen Simulation eines engen Durchganges bleiben die simulierten Personen zum Teil stehen und kommen aneinander nicht vorbei. Für diesen Fall eines zu langen Ste- henbleibens wird vorgeschlagen ein Positionstausch der beiden betroffenen Personen auszuführen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das zufällige Verhalten des Platztausches sich gegenseitig blockie- render Teilchen derart mittels der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrichtung festgelegt sein, dass immer, wenn zwei Teilchen direkt benachbart sind, das heißt, auf Nachbarzellen stehen, diese Teilchen mit einer Wahrscheinlichkeit p deren Plätze tauschen. Das Prinzip eines Positionstausches wird verallgemeinert, indem immer, wenn zwei Teilchen direkt zueinander benachbart sind, diese Personen beispielsweise mit einer Wahrscheinlichkeit von p ihre Plätze tauschen. Das heißt P (Platztausch) = p.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das zufällige Verhalten des Platztausches sich gegenseitig blockierender Teilchen derart mittels der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrichtung festgelegt sein, dass ein Tauschen lediglich erfolgt, wenn die beiden Teilchen in die selbe Richtung laufen, das heißt wenn die Differenz der Winkel, die die Teilchen zu deren Zielen haben, kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Das heißt Teilchen tauschen mit einer Wahrscheinlichkeit von p ihre Plätze nur, wenn sie in dieselbe Richtung laufen. Das heißt P (Platztausch /Laufrichtung gleich) = p; P (Platztausch/Laufrichtung verschieden) = 0. Unter dem Begriff "gleiche Laufrichtung" wird verstanden, dass die Differenz der Winkel, die die Teilchen zu ihrem Ziel haben, kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das zufällige Verhalten des Platztausches sich gegenseitig blockierender Teilchen derart mittels der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrichtung festgelegt sein, dass ein Tauschen lediglich erfolgt, wenn die beiden Teilchen in einem Stau stehen und in unterschiedliche Richtungen laufen wollen. Auf diese Weise wird ein Stand der Technik um ein stochastisches Element erweitert. Teilchen tauschen ihre Plätze mit Wahrschein- lichkeit p dann und nur dann, wenn sie im Stau stehen und in unterschiedliche Richtungen laufen wollen.
Die vorliegende Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 Darstellungen zur Ausbildung eines Gitternetzes;
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Verfahrens;
Figur 4 einen ersten Vergleich einer herkömmlichen Simulation mit einer erfindungsgemäßen Simulation;
Figur 5 einen zweiten Vergleich einer herkömmlichen Simulation mit einer erfindungsgemäßen Simulation;
Figur 6 einen dritten Vergleich einer herkömmlichen Simulation mit einer erfindungsgemäßen Simulation;
Figur 1 zeigt Darstellungen zur Ausbildung eines Gitternetzes. Figur 1 zeigt den häufig gewählten Ansatz für eine Er- zeugung von Teilchenströmen auf der Grundlage von zellulären Zustandsautomaten. Hier wird ein Gebiet, beispielsweise ein Straßenzug, mit einem Zellgitter überzogen. In Abbildung 1 wurde exemplarisch ein hexagonales Gitter gewählt. Andere Zellen sind ebenso gebräuchlich, beispielsweise quadratische. Jede Zelle kann verschiedene Zustände einnehmen, etwa gefüllt, mit einem Hindernis, besetzt, durch ein Teilchen, oder leer .
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung I erzeugt eine Bewegung von
Teilchen 3, die beispielsweise Metallkugeln sein können. Die Vorrichtung I weist auf einem räumlichen Gebiet ein Zellgitter 5 auf. Jeder Zelle ist ein zeitlich veränderbares Gesamtpotenzial zugeordnet. Teilchen 3, beispielsweise Metallkügel- chen, werden anfangs auf dem Zellgitter 5 positioniert. Eine Anzahl kann beispielsweise n=50 Kügelchen sein. Mittels einer Ansteuereinrichtung 7 können den Zellen zeitlich veränderlich Gesamtpotenzialwerte zugeordnet werden. Jeder Zelle kann beispielsweise ein Elektromagnet zugeordnet sein, dessen Magnet- kraft mittels der Ansteuereinrichtung 7 einstellbar ist. Die Ansteuereinrichtung 7 kann mittels eines Stromes durch einen Elektromagneten ein jeweiliges Potential einstellen. Zu einem Startzeitpunkt Ts werden mittels der Ansteuereinrichtung 7 die Potenziale aktiviert, die Kügelchen bewegen sich ausgehend von einer jeweiligen Startzelle S jeweils an anderen Kügelchen und Hindernissen H vorbei zum Ziel Z. Zu einem Endzeitpunkt Te können alle Kügelchen ihre Ziele Z erreicht ha- ben. Zur Visualisierung und/oder Erfassung der Bewegung der Kügelchen kann eine erste Erfassungseinrichtung 1, beispielsweise eine Kamera, verwendet werden. Die Informationen - diese können die Bewegungsrichtungen von Teilchen 3 sein - der ersten Erfassungseinrichtung 1 können in einer Rechnerein- richtung 9 zu einer Berechnung jeweiliger Teilchenpotentiale verwendet werden. Die Informationen der ersten Erfassungseinrichtung 1 können ebenso in einer Auswerteeinrichtung 11 bewertet werden. So kann beispielsweise eine Teilchendichte im Zellgitter 5 erfasst und ausgewertet werden. Die Auswerteein- richtung 11 kann Steuersignale an eine Leitzentrale 13 zur
Steuerung von Gebäudeelementen 15, beispielsweise Türen oder Hinweisschildern, ausgeben. Die Vorrichtung I kann beispielsweise ebenso durch einen Rechner nachgebildet werden. Die Vorrichtung I eignet sich insbesondere für eine Simulation von Personenströmen beispielsweise in Gebäuden. Das Modell der erfindungsgemäßen Vorrichtung I ist mit einem entsprechenden Modell auf einen Rechner übertragbar. D.h. die Vorrichtung I kann ebenso durch einen Rechner nachgebildet werden. Eine derartige Ausführungsform ist ebenso vom Schutzum- fang dieser Anmeldung umfasst.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit einem Schritt Sl erfolgt ein Bereitstellen einer Vorrichtung mit einem räumlichen mit einem Zellgitter 5 überzogenen Gebiet, wobei jede Zelle verschiedene Belegungs- und Gesamtpotenzialzustände einnimmt, die mittels einer Ansteuereinrichtung 7 und einer Rechnereinrichtung 9 eingestellt werden, wobei jeder Zelle ein Zielpotenzial zugeordnet ist, das festlegt wie Teilchen 3 von einem Ziel Z angezogen werden, und ein Hindernispotenzial zugeordnet ist, das festlegt wie Teilchen 3 von einem Hindernis H abgestoßen werden, und wobei jedem Teilchen 3 ein Teilchenpotenzial zugeordnet ist, wobei ein Gesamtpotenzial in einer Zelle sich aus den Werten des Zielpotenzials und des Hindernispotenzials in der Zelle und den Teilchenpotenzialen von mittels einer ersten Erfassungseinrichtung 1 erfassten Teilchen 3 in Nachbarzellen der Zelle zusammensetzt. Mit einem Schritt S2 er- folgt ein Positionieren von Teilchen 3 an jeweiligen Startzellen S, wobei danach die Teilchen 3 jeweils von einer Zelle in eine Nachbarzelle mit einem geringsten Gesamtpotenzial wechseln. Mit einem Schritt S3 erfolgt ein Erfassen der Positionen der Teilchen 3 mittels der ersten Erfassungseinrich- tung 1. Mit einem Schritt S4 erfolgt ein Aktualisieren der
Gesamtpotenzialzustände mittels der ersten Erfassungseinrichtung 1, der Rechnereinrichtung 9 und der Ansteuereinrichtung 7. Mit einem Schritt S5 wird eine Variation einer Geschwindigkeit eines Teilchens, eine Zielwahl eines Teilchens, ein Verweilen und/oder ein Umherirren an Zwischenzielen und/oder ein Platztausch sich gegenseitig blockierender Teilchen zufällig ausgeführt, wobei ein derartiges zufälliges Verhalten jeweils gezielt mittels der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrichtung bereitgestellt wird. Das Verfahren kann beispielsweise mittels einer Software erzeugt sein.
Mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einem entsprechenden Verfahren können reale Objekt- oder Personenbewegungen mittels einer zweiten Erfassungseinrichtung zur Initi- alisierung von Positionen der Teilchen, von Startzellen, Zielen und Teilchengeschwindigkeiten erfasst werden. Eine Auswerteeinrichtung 11 kann die mittels der ersten Erfassungseinrichtung 1 erfassten Teilchenbewegungen auswerten. Die Auswerteeinrichtung 11 kann Steuerimpulse zu einer Leitzent- rale 13 erzeugen. Eine Leitzentrale kann beispielsweise Gebäudeelemente 15 steuern. Derartige Gebäudeelemente 15 können Türen, Fenster, Hinweisschilder, Lautsprecher, Aufzüge, Rolltreppen und/oder Leuchten sein. Es kann eine möglichst gute Abbildung der Phänomene in Menschenmassen, auf der Grundlage von erfassten Menschenmassendaten zur Steuerung von Menschenmassen bereitgestellt werden. Figur 4 zeigt zum Vergleich links eine Darstellung einer herkömmlichen Simulation und rechts eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Simulation mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einem erfindungsgemäßen Verfahren. Gemäß der rechten Darstellung in Figur 4 wird bei der Wahl der nächsten zu betretenden Zelle die Nachbarzelle mit dem geringsten Potenzial lediglich mit einer Wahrscheinlichkeit von 1-p und die Nachbarzelle mit dem zweitgeringsten Potenzial mit einer Wahrscheinlichkeit von p gewählt. Auf der linken Seite der Figur 4 ist dargestellt, dass immer die beste Möglichkeit gewählt wird, und zwar die Nachbarzelle mit dem geringsten Potenzial. Die Darstellung auf der rechten Seite in Figur 4 zeigt die Verwendung einer besten und einer zweitbesten Möglichkeit im Wahrscheinlichkeitsverhältnis von 70:30. Figur 4 zeigt rechts zum Teil sehr deutliche Abweichungen vom linken deterministisch "besten" Weg und damit ein realistischeres Laufverhalten, bei dem sich nicht Personen auf den scheinbar besten Weg unnatürlich drängen. In Figur 4 rechts sieht man, wie der Laufweg einer Person nun vom Vogelflug, und zwar von der kürzesten Verbindung, abweicht. Zusätzlich verbreitert und lockert sich rechts der Personenstrom vor dem Hindernis, da die Personen nun nicht immer die beste = kürzeste Verbindung wählen. Eine Erweiterung des Verfahrens von den zwei besten Zellen auf die n-besten Zellen ist ebenso leicht aus- führbar. Zu Figur 4 rechts sei angemerkt, dass Personen sich weniger stark an der für sie optimalen Zugrichtung orientieren. Allerdings laufen lediglich wenige Personen tatsächlich über den wenig schlechteren oberen Weg. Gemäß Figur 4 ist die Laufrichtung immer von links nach rechts.
Figur 5 zeigt zum Vergleich links eine Darstellung einer herkömmlichen Simulation und rechts eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Simulation mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einem erfindungsgemäßen Verfahren. Gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 rechts wird das zufällige Verhalten bei der Wahl der nächsten der zu betretenden Zelle aktiviert, wenn der Potenzialunterschied zwischen geringsten und zweitgeringsten Potenzial kleiner einem vorgegebenen Schwellwert ist. Figur 5 rechts zeigt je nach Schwellenwertwahl eine geringere Abweichung vom "besten" Weg gemäß Figur 5 links. Dies erlaubt eine feinere Steuerung des Verfahrens. Figur 5 zeigt rechts Ergebnisse eines erfindungsgemäßen Ver- fahrens, bei dem bei der Wahl der nächsten zu betretenden
Zelle die Nachbarzelle mit dem geringsten Potenzial lediglich mit einer Wahrscheinlichkeit von 1-p und die Nachbarzelle mit dem zweitgeringsten Potenzial mit einer Wahrscheinlichkeit von p gewählt wird mit der Zusatzbedingung, dass das Zufalls- modeil lediglich bei nicht zu großen Abweichungen eingeschaltet wird, das heißt wenn der Potenzialunterschied zwischen geringsten und zweitgeringsten Potenzial kleiner einem vorgegebenen Schwellwert ist. Figur 5 zeigt auf der linken Seite eine Simulation gemäß einem herkömmlichen Modell, bei dem Ie- diglich immer die beste Möglichkeit gewählt wird. Figur 5 auf der rechten Seite stellt die beste und zweitbeste Möglichkeit dar, mit einem Wahrscheinlichkeitsverhältnis von 70:30, die allerdings nur dann gewählt wird, wenn die beiden Möglichkeiten nicht zu große Unterschiede aufweisen, und zwar hier der Abstand zweier Zellenmittelpunkte. Das heißt das Wahrscheinlichkeitsverhältnis 70:30 wirkt nur dann, wenn die Abweichungen der Potenziale nicht zu groß sind. Das Zufallsmodell wird also lediglich bei nicht zu großen Abweichungen eingeschaltet.
Figur 6 zeigt zum Vergleich links eine Darstellung einer herkömmlichen Simulation und rechts eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Simulation mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einem erfindungsgemäßen Verfahren. Gemäß dem rechts dargestellten Ausführungsbeispiel wird das zufällige Verhalten bei der Wahl der nächsten zu betretenden Zelle lediglich aktiviert, wenn ein Teilchen mindestens einen vorgegebenen Mindestabstand von einem Ziel entfernt ist. Das Zufallsmodell wird lediglich aktiviert, wenn sich das eine Per- son simulierende Teilchen "weit genug" vom Ziel weg befindet, ansonsten läuft es zielgerichtet immer dem minimalen Potenzial hinterher. Dies berücksichtigt die Tatsache, dass die Zielgenauigkeit des menschlichen Laufverhaltens sich verbes- sert, je näher das Ziel liegt. Figur 6 zeigt rechts Ergebnisse eines erfindungsgemäßen Verfahrens bei dem, bei der Wahl der nächsten zu betretenden Zelle die Nachbarzelle mit dem geringsten Potenzial lediglich mit einer Wahrscheinlichkeit von 1-p und die Nachbarzelle mit dem zweitgeringsten Potenzial mit einer Wahrscheinlichkeit von p gewählt wird. Zusätzlich zeigt Figur 6 rechts die Erweiterung, dass Zufallsmodell nur bei großer Entfernung vom Ziel einzuschalten. Das heißt, das zufällige Verhalten ist bei der Wahl der nächsten zu be- tretenden Zelle lediglich aktiviert, wenn ein Objekt mindestens einen vorgegebenen Mindestabstand zu einem Ziel entfernt ist. Das heißt das Modell wird bei freier Sicht auf das Ziel nicht eingeschaltet. Damit ist das Modell vor dem Hindernis eingeschaltet. Die linke Seite der Figur 6 zeigt ein herkömm- liches Modell, nämlich gemäß Figur 4 links. Rechts in Figur 6 ist das neue Modell dargestellt.
Literaturverzeichnis
[1] C. Kinkeldey. Fußgangersimulation auf der Basis zellulä¬ rer Automaten. Kapitel 4. Studienarbeit Universität Hannover, 2003.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (I) zur Erzeugung von mittels einer ersten Erfassungseinrichtung (1) erfassten Bewegungen von Teilchen (3) auf einem räumlichen Gebiet der Vorrichtung, wobei das Gebiet mit einem Zellgitter (5) überzogen ist und jede Zelle verschiedene Belegungs- und Gesamtpotenzialzustände einnehmen kann, die mittels einer Rechnereinrichtung (9) und einer Ansteuereinrichtung (7) eingestellt und im Zeitverlauf aktuali- siert werden, wobei jeder Zelle ein Zielpotenzial zugeordnet ist, das festlegt wie Teilchen (3) von einem Ziel (Z) angezogen werden, und ein Hindernispotenzial zugeordnet ist, das festlegt wie Teilchen (3) von einem Hindernis (H) abgestoßen werden, und wobei jedem Teilchen (3) ein Teilchenpotenzial zugeordnet ist, wobei ein Gesamtpotenzial in einer Zelle sich aus den Werten des Zielpotenzials und des Hindernispotenzials in der Zelle und den Teilchenpotenzialen von mittels der ersten Erfassungseinrichtung (1) erfassten Teilchen (3) in Nachbarzellen der Zelle zusammensetzt, und Teilchen (3) ausgehend von einer jeweiligen Startzelle (S) jeweils von einer Zelle in eine Nachbarzelle mit einem geringsten Gesamtpotenzial wechseln, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Variation einer Geschwindigkeit eines Teilchens (3) , eine Zielwahl eines Teilchens (3), ein Verweilen und/oder ein Umherirren an Zwischenzielen und/oder ein Platztausch sich gegenseitig blockierender Teilchen (3) zufällig erfolgt, wobei ein derartiges zufälliges Verhalten jeweils gezielt mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) aktiviert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Wahl einer nächsten zu betretenden Zelle zufällig erfolgt und dieses zufällige Verhalten mittels der Rechnerein- richtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) gezielt aktiviert wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Wahl der nächsten zu betretenden Zelle die Nachbarzelle mit dem geringsten Potential lediglich mit einer Wahr- scheinlichkeit von 1-p und die Nachbarzelle mit dem zweitgeringsten Potential mit einer Wahrscheinlichkeit von p mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) gewählt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei der Wahl der nächsten zu betretenden Zelle mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) aktiviert wird, wenn der Potenzialun- terschied zwischen geringstem und zweitgeringstem Potenzial kleiner einem vorgegebenen Schwellwert ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei der Wahl der nächsten zu betretenden Zelle mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) lediglich aktiviert ist, wenn ein Teilchen (3) mindestens einen vorgegebenen Mindestabstand zu einem Ziel (Z) entfernt ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei der Variation der Geschwindigkeit eines Teilchens (3) mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) derart festgelegt ist, dass ein Teilchen (3) mit einer Wahrscheinlichkeit p seine Geschwindigkeit v um den Faktor q verändert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Faktor q mittels der Rechnereinrichtung (9) zufällig bestimmt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Faktor q in Abhängigkeit von einer Teilchencharakteristik und/oder von einer Laufvergangenheit mittels der Rechnereinrichtung (9) bestimmt wird.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei der Zielwahl derart mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) festgelegt ist, dass ein Teilchen (3) mit einer Wahrscheinlichkeit p anstelle eines ursprünglich geplanten Zieles (Z) ein anderes aus einer Menge vordefinierter Ziele zufällig ausgewähltes Ziel wählt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei der Zielwahl derart mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) festgelegt ist, dass ein Teilchen (3) mit einer Wahrscheinlichkeit p anstelle eines nächsten geplanten Zwischenzieles ein übernächstes Zwischenziel wählt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei der Zielwahl derart mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) fest- gelegt ist, dass ein Teilchen (3) mit einer Wahrscheinlichkeit p anstelle eines nächsten geplanten Zwischenzieles wieder das vorhergehende Zwischenziel wählt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei der Zielwahl derart mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) fest- gelegt ist, dass ein Teilchen (3) mit einer Wahrscheinlichkeit p das nächste geplante Zwischenziel überspringt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei der Zielwahl derart mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) festgelegt ist, dass ein Teilchen (3) mit einer Wahrscheinlichkeit p anstelle eines nächsten geplanten Zwischenzieles ein beliebig anderes Zwischenziel wählt.
14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei dem Verweilen an Zwischenzielen derart mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) festgelegt ist, dass ein Teilchen (3) mit einer Wahrscheinlichkeit p an einem zufällig ausgewählten Zwischenziel mit einer zufällig ausgewählten Dauer verweilt.
15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein zufälliges Verhalten bei einem Zwischenziel derart mit- tels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) festgelegt ist, dass ein Teilchen (3) nach Erreichen des Zwischenziels kurzfristig umherirrt, wobei anstelle von Originalwerten des nächsten Zielpotentials, dieses in der näheren Umgebung des Zwischenziels mit zufälligen Werten mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) belegt wird, so dass das Teilchen (3) dadurch in eine zufällige Richtung weiterläuft, und danach werden mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) wieder die Originalwerte des Zielpotentials verwendet, so dass das Teilchen (3) in der ursprünglich vorbestimmten Richtung weiterläuft.
16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten des Platztausches sich gegenseitig blockierender Teilchen (3) derart mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) festgelegt ist, dass immer, wenn zwei Teilchen (3) direkt zueinander benachbart sind, das heißt, auf Nachbarzellen stehen, diese Teilchen (3) mit einer Wahrscheinlichkeit p deren Plätze tauschen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten des Platztausches sich gegenseitig blockierender Teilchen (3) derart mittels der Rechnereinrich- tung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) festgelegt ist, dass ein Tauschen lediglich erfolgt, wenn die beiden Teilchen (3) in dieselbe Richtung laufen, das heißt, wenn die Differenz der Winkel, die die Teilchen (3) zu deren Zielen haben, kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten des Platztausches sich gegenseitig blockierender Teilchen (3) derart mittels der Rechnereinrich- tung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) festgelegt ist, dass ein Tauschen lediglich erfolgt, wenn die beiden Teilchen (3) in einem Stau stehen und in unterschiedliche Richtungen laufen wollen.
19. Verfahren zur Erzeugung von Teilchenströmen, mit den Schritten
Bereitstellen einer Vorrichtung mit einem räumlichen mit einem Zellgitter (5) überzogenen Gebiet, wobei jede Zelle verschiedene Belegungs- und Gesamtpotenzialzustände einnimmt, die mittels einer Ansteuereinrichtung (7) und einer Rechnereinrichtung (9) eingestellt werden, wobei jeder Zelle ein Zielpotenzial zugeordnet ist, das festlegt wie Teilchen (3) von einem Ziel (Z) angezogen werden, und ein Hindernispoten- zial zugeordnet ist, das festlegt wie Teilchen (3) von einem Hindernis (H) abgestoßen werden, und wobei jedem Teilchen (3) ein Teilchenpotenzial zugeordnet ist, wobei ein Gesamtpotenzial in einer Zelle sich aus den Werten des Zielpotenzials und des Hindernispotenzials in der Zelle und den Teilchenpotenzialen von mittels einer ersten Erfassungseinrichtung (1) erfassten Teilchen (3) in Nachbarzellen der Zelle zusammensetzt;
Positionieren von Teilchen (3) an jeweiligen Startzellen (S), wobei danach die Teilchen (3) jeweils von einer Zelle in eine Nachbarzelle mit einem geringsten Gesamtpotenzial wechseln;
Erfassen der Positionen der Teilchen (3) mittels der ersten Erfassungseinrichtung (1);
- Aktualisieren der Gesamtpotenzialzustände mittels der ersten Erfassungseinrichtung (1), der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7),
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Variation einer Geschwindigkeit eines Teilchens (3) , ei- ne Zielwahl eines Teilchens (3), ein Verweilen und/oder ein Umherirren an Zwischenzielen und/oder ein Platztausch sich gegenseitig blockierender Teilchen (3) zufällig erfolgt, wobei ein derartiges zufälliges Verhalten jeweils gezielt mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) aktiviert wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Wahl einer nächsten zu betretenden Zelle zufällig er- folgt und dieses zufällige Verhalten gezielt mittels der
Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) aktiviert wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Wahl der nächsten zu betretenden Zelle die Nachbarzelle mit dem geringsten Potential mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) lediglich mit einer Wahrscheinlichkeit von 1-p und die Nachbarzelle mit dem zweitgeringsten Potential mit einer Wahrscheinlichkeit von p gewählt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei der Wahl der nächsten zu betretenden Zelle mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) aktiviert wird, wenn der Potenzialun- terschied zwischen geringstem und zweitgeringstem Potenzial kleiner einem vorgegebenen Schwellwert ist.
23. Verfahren nach Anspruch 20, 21 oder 22,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei der Wahl der nächsten zu betretenden Zelle mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) lediglich aktiviert ist, wenn ein Teilchen (3) mindestens einen vorgegebenen Mindestabstand zu einem Ziel entfernt ist.
24. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 19 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei der Variation der Teilchenge- schwindigkeit derart mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) festgelegt ist, dass ein Teilchen (3) mit einer Wahrscheinlichkeit p seine Geschwindigkeit v um den Faktor q verändert.
25. Verfahren nach Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Faktor q mittels der Rechnereinrichtung (9) zufällig bestimmt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet, dass der Faktor q in Abhängigkeit von einer Teilchencharakteπstik und/oder von einer Laufvergangenheit mittels der Rechnereinrichtung (9) bestimmt wird.
27. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 19 bis 26,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei der Zielwahl derart mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) fest- gelegt ist, dass ein Teilchen (3) mit einer Wahrscheinlichkeit p anstelle eines ursprünglich geplanten Zieles ein anderes aus einer Menge vordefinierter Ziele zufällig ausgewähltes Ziel wählt.
28. Verfahren nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei der Zielwahl derart mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) festgelegt wird, dass ein Teilchen (3) mit einer Wahrschemlich- keit p anstelle eines nächsten geplanten Zwischenzieles ein übernächstes Zwischenziel wählt.
29. Verfahren nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei der Zielwahl derart mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) festgelegt ist, dass ein Teilchen (3) mit einer Wahrscheinlichkeit p anstelle eines nächsten geplanten Zwischenzieles wieder das vorhergehende Zwischenziel wählt.
30. Verfahren nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei der Zielwahl derart mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) fest- gelegt ist, dass ein Teilchen (3) mit einer Wahrscheinlichkeit p das nächste geplante Zwischenziel überspringt.
31. Verfahren nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei der Zielwahl derart mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) fest- gelegt ist, dass ein Teilchen (3) mit einer Wahrscheinlichkeit p anstelle eines nächsten geplanten Zwischenzieles ein beliebig anderes Zwischenziel wählt.
32. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 19 bis 31,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten bei dem Verweilen an Zwischenzielen derart festgelegt ist, dass ein Teilchen (3) mit einer Wahrscheinlichkeit p an einem zufällig ausgewählten Zwischenziel mit einer zufällig ausgewählten Dauer verweilt.
33. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 19 bis 32,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein zufälliges Verhalten bei einem Zwischenziel derart mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) festgelegt ist, dass ein Teilchen (3) nach Erreichen des Zwischenziels kurzfristig umherirrt, wobei anstelle von Originalwerten des nächsten Zielpotentials, dieses in der nähe- ren Umgebung des Zwischenziels mit zufälligen Werten mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) belegt wird, so dass das Teilchen (3) dadurch in eine zufällige Richtung weiterläuft, und danach werden wieder die Originalwerte des Zielpotentials mittels der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) verwendet, so dass das
Teilchen (3) in der ursprünglich vorbestimmten Richtung weiterläuft.
34. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 19 bis 33,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten des Platztausches sich gegenseitig blockierender Teilchen (3) derart mittels der Rechnereinrich- tung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) festgelegt ist, dass immer, wenn zwei Teilchen (3) direkt zueinander benachbart sind, das heißt, auf Nachbarzellen stehen, diese Teilchen (3) mit einer Wahrscheinlichkeit p deren Platze tauschen.
35. Verfahren nach Anspruch 34,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten des Platztausches sich gegenseitig blockierender Teilchen (3) derart mittels der Rechnereinrich- tung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) festgelegt ist, dass ein Tauschen lediglich erfolgt, wenn die beiden Teilchen (3) in dieselbe Richtung laufen, das heißt, wenn die Differenz der Winkel, die die Teilchen (3) zu deren Zielen haben, kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist.
36. Verfahren nach Anspruch 34,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zufällige Verhalten des Platztausches sich gegenseitig blockierender Teilchen (3) derart mittels der Rechnereinrich- tung (9) und der Ansteuereinrichtung (7) festgelegt ist, dass ein Tauschen lediglich erfolgt, wenn die beiden Teilchen (3) in einem Stau stehen und in unterschiedliche Richtungen laufen wollen.
37. Verwendung einer Vorrichtung oder eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Simulation und/oder mittels einer Leitzentrale erfolgenden Steuerung von Objektströmen, Personenströmen oder Tierbewegungen.
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DE102007022169A1 (de) * 2007-05-11 2008-11-13 Siemens Ag Verfahren und System zur Steuerung von Objektbewegungen

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