第五章基于ORCA的碰撞避免实现...

电子科技大学

UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA 专业学位硕士学位论文MASTER THESIS FOR PROFESSIONAL DEGREES

论文题目大规模灾难环境下逃生路径规划技术

研究与应用

专业学位类别工程硕士

学号201122230112

作者姓名杨帅

指导教师陈雷霆教授

分类号密级

UDC注1

学位论文

大规模灾难环境下人群逃生路径规划技术

研究与应用

（题名和副题名）

杨帅

（作者姓名）

指导教师陈雷霆教授

电子科技大学成都

（姓名、职称、单位名称）

申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士

工程领域名称软件工程

提交论文日期2014.3.25论文答辩日期2014.4.22

学位授予单位和日期电子科技大学2014年6月日答辩委员会主席

评阅人

注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。

PATH PLANNING FOR LARGE SCALE CROWDS SIMULATION IN CATASTROPHIC

ENVIRONMENT

A Master Thesis Submitted to

University of Electronic Science and Technology of China

Major:Software Engineering

Author:Yang Shuai

Advisor:Prof.Chen Leiting

School:School of Information and Software Engineering

独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

作者签名：日期：年月日

论文使用授权

本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。

（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）

作者签名：导师签名：

日期：年月日

摘要

摘要

人群模拟技术是计算机仿真领域的重要技术，对人群模拟技术的研究由来已久，并且因其跨学科的本质，吸引了越来越多的各个领域的研究者。而近年来各种灾害及事故频发，而很多在日常生活中难以察觉的问题，如：逃生通道设计不合理，缺乏足够的应急设施等，在灾害发生时可能成为隐患，因此人们迫切地希望能够通过使用人群模拟技术，对于灾害发生时的场景进行模拟，提前发现这些潜在的问题，从而及时改进。

本论文正是基于这样的研究背景，以灾难环境下的人群模拟为主要的研究对象，在深入分析人群模拟的各项关键技术基础上，针对我们特定的应用场景，在人群建模、路径规划和碰撞避免三个方面做出改进。主要内容为：1．研究灾难环境下人群特性，提出了一种灾难环境下人群建模的方法。该方法基于社会力模型，并考虑了恐慌人群的盲从现象，提出了一种新的速度公式。在此基础上，引入个性模型，通过人群控制参数与个性特征的映射关系，实现了用不同控制参数表现不同个性个体的行为的目标。

2．研究大规模人群模拟的路径规划方法，提出了一种非均匀网格的方法，根据不同的人群密度使用不同的密度的网格，从而使个体更准确感知周围环境。由于，人群中个体通常不具有全局视野，因此提出局部可见性，使个体路径规划只以可见范围内的点为目标进行。

3．研究人群模拟中的碰撞避免，提出了一种新的速度障碍域计算方法，该方法缩小了速度障碍域的范围，增加了个体速度的可取值范围，从而减少了线性规划无解的情况，使得个体具有更高的概率避免碰撞。另一方面，改进随机增量线性规划求解中，最优解的生成方法，从而保证对于二次目标函数，仍能得到最优解。

基于上述理论完成的灾难环境下人群仿真程序，能够较为真实地表现灾难环境下人群运动的特性，为其他基于灾难环境下人群特性的研究，提供了理想的平台。

关键词：人群模拟，恐慌人群，路径规划，碰撞避免，线性规划

ABSTRACT

Crowds simulation is the one of the most important branch in Computer Simulation.And it has been a research subject for a long time.Because of its multidisciplinary nature,it attracts more and more researchers from different research fields.Recent years,there has been many catastrophes and accidents.Some problems that we do not notice in usual may become hidden dangers.Therefore,we are eager to simulate catastrophe scene using crowds simulation,in order to expose these hidden dangers,and fix it in time.

Owing to this requirement,we choose crowds simulation in catastrophe scene as our research subject.Based on the analysis of the key technology in crowds simulation, for specific requirement of our project,we proposed improvements in crowds modeling, path planning and collision avoidance.Our research can be divided into4parts:

1.Studying the features of crowds in catastrophe,we proposed a new method for crowds modeling.The method is based on the Social Force Model and we take into account that people become sequacious in panic scene.We proposed a new velocity formula.Beyond that,we introduce Personality Model.Depending on a mapping from control parameters in crowds simulation to personality characteristics,we can simulate behaviors of agents with different personality.

2.Studying large-scale path planning for crowds simulation,we proposed a kind of nonuniform grids.We choose the density of grid cells depending on different crowds densities,which enable the agent to sense the environment more accurately.Besides, individuals in the crowds usually do not have global knowledge,we propose the notion of partial visibility.Target points have been constrained to visible area.

3.Studying collision avoidance technology in crowds simulation,we proposed a new method to compute velocity obstacle.And this method reduces the range of velocity obstacles and increases the range of available velocities,which reduces the infeasibility of linear programming and improves the possibility of individual collision avoidance.Beside that,we improve the random incremental linear programming,which make it feasible in the case of quadratic objective function.

4.Based on the above theories,we completed a catastrophe crowds simulation