基于博弈论的大规模人群疏散最优逃生路线生成方法

摘要

本发明是为了在发生灾害时，模拟大规模人群疏散的过程中，计算出最优的疏散策略，并在此基础对整个疏散过程中出现的拥挤现象，各个疏散路径的人群密度态势，关键路径人流情况进行分析统计，实现对人群疏散的最优策略的生成。本发明提供一种基于博弈论的大规模人群疏散路径的优化方法，根据灾害辐射区域范围，相距安全出口距离，逃生路径中包括的安全措施个数，拥挤程度因素进行定量风险分析，定量风险分析采用蒙特卡洛模型，将评估的风险结果作为路径博弈的收益函数的输入参数，通过博弈论决定疏散路径的抉择，形成最优的疏散方案。

主权项

基于博弈论的大规模人群疏散最优逃生路线生成系统，应用采用传统的Agent运动模型，结合蒙特卡洛模型评测风险、应用博弈论解决各Agent拥堵冲突与路径选择问题，通过对逃生疏散过程的模拟与分析，产生全局的最优逃生方案。 所需设备：本发明采用55个阵列式监控摄像头‑SLP‑ZS39160D、VGA6464电脑VGA矩阵切换器、PC机、海康硬盘录像机DS‑8016HS‑S一台，以及用于连接PC和嵌入式设备的线路。摄像头布局：摄像头工作范围为长30米宽6米长区域，如图2所示；摄像头布置原则以覆盖全部走廊区域，从正门开始布设，如图3所示布置示意图，图3为建筑的第一层楼布置，其他楼层按这种原则布置，一层共11个摄像头，5层楼共需55个摄像头。 本发明方法步骤如下： (010)部分，视频监测具体步骤如下： 步骤C011：根据摄像头拍摄的视频提取背景，获取图像掩模； 步骤C012：设定时间阈值x，根据阈值法判定背景是否发生突变；若背景发生突变则设置该帧图像为背景，利用背景模型的自适应性将运动目标在背景初始化时造成的影响消除，然后利用自适应背景更新算法，跟踪背景细节； 步骤C013：行人目标检测采用帧差法(Frame difference)确定行人目标； 步骤C014：采用最大类间方差法形成行人的整体轮廓； 步骤C015：采用数学形态学处理图像应用开运算，其效果是消除细小物体、在较为纤细的连接点分离物体、平滑较大物体的边界，同时保持物体的面积不改变； 步骤C016：采用多人坐标映射分割法分割相连的行人，经过坐标映射分割，图像中的行人区域被分割出来，以最小外接矩形框包围，形成矩形目标块。在这些块中，有包含单个行人的，也有包含多个互相接触的行人的。多个行人相接触，形成了图像中的合并(merge)问题，利用块中目标像素点个数来估计其中所包含的人数，在判别出多人块之后，就要根据其面积和宽度，来决定分割的子块个数； 步骤C017：合并、分离处理，合并、分离问题是采用摄像机垂直拍摄方式进行视频人数统计中的一个关键问题。能否较好的处理合并、分离问题，是准确统计人数的关键，首先，在合并、分离情况出现时，依靠多人块分割，将含有多人的目标块分割成只含有一个行人的子块，且子块之间不存在重叠；然后，在跟踪过程中，根据子块重叠系数作为匹配特征，区分出合并在一起的子块； 步骤C018：行人计数方法，本方法分为两个统计方式：一个是统计当前场景中的行人总数，另一个是统计通过计数线的人数。两个统计内容，都要首先依赖于统计区域的划分，采用双计数线划分统计区域，在双线三区的基础上，设立了释放区域； (020)部分，初始化逃生配置，具体步骤如下： 步骤C021：开始，加载三维场景，并根据摄像头检测的人数自动初始化等数量Agent； 步骤C022：设置灾难类型、灾害发生位置； (030)部分，模拟处理过程，具体步骤如下： 步骤C031：计算各个路径的人群密度态势，即人群疏散的过程中每个单位区域上流经的人数； 步骤C032：采用Dijkstra算法计算出各个房间相距最近的安全出口的最短距离； 步骤C033：计算各个房间人群经过C032计算的最短路径所需的时间，速度为房间内人员的平均速度； 步骤C034：应用蒙特卡洛模型评估各安全出口的风险等级，评估因素包括：随时间变化人数的变化率pc、安全措施(消火栓和灭火器)级别ms＝为路径长度/安全措施个数；安全通道间隔级别ds＝安全通道相距距离/安全通道个数；相距灾害距离df；QR＝ms*ds/dr*pc；步骤C035：应用博弈论决定逃生路径，其收益函数参考因素包括：各房间最短路径，各安全出口的风险等级，逃生路径灾害风险等级，人群密度态势分布，根据收益函数值，取贝叶斯纳什均衡点，决定各个Agent的逃生路线； 步骤C036：当安全出口出现拥挤现象时，用博弈论计算部分拥挤人群通过其他安全出口疏散或在拥挤出口等待的收益函数，以此来决定选择哪种策略逃生，即原地等待或选择其他路径疏散； 步骤C037：疏散逃生模拟结束，获取过程数据； (040)部分，分析处理过程，具体步骤如下： 步骤C041：根据疏散过程数据，计算各个逃生出口人群疏散态势，即疏散人数； 步骤C042：根据疏散过程数据，计算逃生失败Agent逃生路线； 步骤C043：根据疏散过程数据，分析逃生失败Agent可成功逃路线； 步骤C044：输出分析结果。