行人运动建模技术综述*

随着计算机数值模拟技术的迅速发展,行人运动仿真技术开始成为人群疏散仿真、城市规划和计算机疏散软件开发方面的研究热点。介绍了对行人建模仿真的初步研究,重点介绍了基于行人行为的微观行人运动建模方法,并对各个模型进行了比较分析和研究展望。     

行人运动建模及仿真研究综述

根据行人运动建模及仿真发展历史以及已经提出的一些模型和算法,从宏观和微观两个层面对行人运动建模策略进行系统分析,包括宏观建模策略:行人动力学模型、空间交互/熵最大化模型以及微观建模策略:元胞自动机模型、磁力场模型、社会力模型、智能体模型、空间句法模型、马尔可夫模型.在建模策略分析基础上,重点研究了Legion,PAXPORT,NOMAD,STEPS以及BuildingEXODUS五种主流行人仿真系统,总结了各系统的建模思想、核心模型及优缺点.指出了未来行人系统建模及仿真的研究趋势.     

基于势能场的机场行人行为建模仿真研究

研究机场人流优化疏散问题,由于机场内人流和滞留旅客量大,进行行人行为建模得出行人活动规律,是进行人员疏散、维护公共安全的基础.针对机场的空间特点,研究人员采用势能场方法对行人行为建模,通过目的地和障碍物等对行人的影响来确定行人的总势能.同时采用精细网格模型对特定区域进行行人行为仿真.仿真结果表明,在变截面空间的运动中,行人在低密度情况下可不受截面变化影响.对于高密度情况,行人会受到相互干扰,以被迫改变自己的运动轨迹.研究给出了相关行人轨迹,为疏散提供参考.     

基于智能体的行人路径查找微观模型研究

已有的行人路径查找模型大多数只关心行人群体的行为,而对行人的个体行为和思维方式几乎没有研究。为了更能体现行人的个体行为、思维方式以及行人与环境的交互作用,本文采用智能体和分层路网的思想,首先对行人智能体所处的路网进行分类,其中对机动车路网采用路线轨迹法,对行人采用无轨迹的路网描述;其次赋予行人一些复杂的的规则,并加入吸引点效应、信号灯效应和行人的群效应等约束规则,分析行人与其它行人、机动车、路网以及信号灯等的交互模型,体现行人智能体的自主性、反应性和社会性等;最后初步描述行人智能体复杂的路径查找微观模型全过程。通过对比分析几种典型的行人路径查找模型,表明本文的行人路径查找微观模型更能反映现实生活中的行行人路径查找过程,更能体现行人的智能性。     

铁路客运站客流组织的仿真与优化

通过研究铁路客运站行人的路径选择行为,以排队长度、楼梯高度、携带行李量、紧急程度和年龄等因素为路径选择的参数,对车站内行人在楼梯与自动扶梯之间选择的影响机理进行分析,采用二值Logistic回归方法建立了行人对楼梯与自动扶梯的选择行为模型。在对客运站的客流组织仿真方法和评价方法研究的基础上,针对客运站客流组织存在的问题,运用AnyLogic仿真软件建立客流的微观仿真模型。实例分析验证了该方法的有效性和可行性,为设计、优化车站设施布局和车站客流组织,提高运营安全、可靠性和服务水平提供了参考依据。     

行人运动建模研究综述EI北大核心CSCD

行人运动建模是近年来虚拟现实领域的热门研究方向,在游戏娱乐、公共安全以及智慧交通等领域有着重要的应用价值.文中按照规则驱动-数据驱动和宏观-微观2个维度将现有的行人运动建模方法划分为4大类.首先简述各类方法的典型模型,重点介绍各类方法的最新研究进展,分析了各类方法的特点;其次介绍行人运动建模工作中常用的数据集和评价指标,并从碰撞避免、运动多样性、场景迁移能力以及仿真精度等角度对各类方法进行评价;最后分析在数字孪生、元宇宙等新技术兴起背景下行人运动建模方法面临的挑战,指出该领域未来发展方向.     

基于关节轨迹规划对行人步态的仿真

为提高智能车辆的行人检测成功率,同时保证人身安全,提出一套完整的仿行人步态装置研发流程,通过建模仿真的方法促进该装置的研发并降低成本。仿真模型按照人体真实数据进行设计,步态的变化主要体现在四肢上;利用D-H参数法和正逆运动学知识,结合MATLAB建模和关节轨迹规划的方法,实现运动仿真;成功模拟出行人步态,得出仿真模型的末端轨迹、关节转角等步态指标在一个周期内的变化。将仿真结果与标准人类行走周期图谱进行了对比验证,保证了仿真模型的结构设计以及运动学模型的合理性,为后续的实际开发提供一定理论依据。     

对向行人避让与接触行为社会力模型改进研究

行人微观仿真是地铁车站对向行人通道设计与管理的重要分析工具.随着行人密度增大,对向行人近距离正面相对步行概率加大,在社会力模型仿真中易出现行人间相互穿越的不合理避让现象.同时,社会力模型将行人间非线性接触行为通过线性接触方式实现,使得仿真存在失真情况.为此基于社会力模型,引入主动避让力,并结合颗粒离散元模型的接触理论,还原对向行人的避让和接触行为,通过速度-密度基本图及行人接触避让现象对改进模型进行了验证.结果表明,当行人密度为0-4.0人/m2区间时,改进模型通过主动避让、接触、分离过程可再现行人近距离正面相对步行行为.     

一种结合导航点的社会力疏散仿真软件研究

社会力模型广泛应用于人群仿真。针对该模型在人群疏散仿真中存在抖动、穿透现象,分析产生该现象的原因,采用多线程优化的方法改进社会力模型。对于多障碍物场景中行人存在停滞和移动缓慢的现象采用增加导航点优化行人的疏散路径。采用优化的社会力模型研制一个人群疏散仿真软件,该软件可以定义多种人群仿真参数,实现人群仿真。通过该仿真软件对地震疏散情景进行仿真实验,对实验数据进行对比分析,验证了该仿真软件可以推演人群的疏散行为,可以为人群的疏散策略制定提供参考数据。     

基于Agent的空中交通系统建模与仿真研究

从系统特性、内在运行机制和外在行为表现等方面对空中交通系统进行了深入分析,提出基于离散事件和连续时间相结合的混合空中交通仿真模型。该模型采用Agent技术表现实现个体微观行为的仿真,集成个体微观行为构成系统宏观性能表现。构建了典型的空中交通系统的Agent模型：飞机Agent和管制员Agent。最后,通过一个起飞和落地的应用验证了基于Agent的空中交通混合仿真在模拟个体微观行为和系统宏观表现方面均具有较高的逼真度。