CN114580195B - 一种公共场所火灾背景下期望与实际逃生方向偏角估算方法 - Google Patents

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Abstract

一种公共场所火灾背景下期望与实际逃生方向偏角估算方法，利用计算所得的偏离角对原社会力模型中的期望运动方向进行改进，实现对当时火灾发生时行人疏散的真实运动轨迹。该发明的步骤包含：制定行人疏散规则，给出行人因恐慌情绪产生的期望运动方向与实际疏散运动方向的偏角定义；确定影响该偏角的关键因素；获取待疏散区域的内部结构信息和出口信息；获取待疏散区域的人员基本信息和分布信息；获取火灾发生区域的危险程度；广义熵函数计算；偏离角计算；确定行人实际运动方向，最终进行仿真模拟。该方法实现对当时火灾发生时，行人疏散的真实运动轨迹，其能为行人疏散仿真提供决策支持的同时，也为在人群疏散过程中能较完整的模拟疏散情景和疏散管理有一定的参考价值。

Description

一种公共场所火灾背景下期望与实际逃生方向偏角估算方法
技术领域
为更好地对行人疏散过程进行仿真，考虑行人在火灾出现时存在恐慌情绪而使得自身的行动轨迹出现偏移的问题，本发明基于社会力模型的概念，提出了行人因恐慌情绪产生的期望运动方向与实际疏散的偏角概念，分别提出了刻画行人在疏散过程中的慌乱程度的广义熵函数，行人因恐慌情绪产生的期望运动方向与实际疏散运动方向的偏角函数，进而改进行人实际疏散方向，为行人疏散仿真提供决策支持。本发明涉及公共安全的人员疏散的领域，尤其涉及一种微观模型分析人群疏散的运动特征方法。
背景技术
随着我国城市化进程的加快，大型公共场所人流量加大，高密度人群所在公共场所存在严重的安全隐患。若发生紧急事件，人员疏散不及时，将会导致不可挽回的后果。真实场景下进行大规模的疏散演习花费成本较大，也不易更改疏散场景的结构规划，以至无法获得丰富的数据来进行场景管理与规划。计算机仿真可实现大规模人群疏散模拟，达到疏散演练效果的同时将成本最小化，通过人群疏散仿真模型的仿真数据可以判断模拟场景中出口数量、位置是否合理，是否满足人群疏散要求，从而为制定科学合理的疏散方案提供决策支持。
在现有技术下，人与人之间存在复杂的社会关系，大多数人群疏散仿真忽略了行人之间的相互联系，将每个行人视为孤立无援的个体，不能真实地模拟现实生活中人群自组织现象。原始社会力模型在一定程度上能够模拟大规模人群进行疏散，但该模型还存在部分不足。针对原社会力模型中行人之间行人轨迹单一且疏散过程中存在恐慌等问题，本发明提出了一种公共场所火灾背景下期望与实际逃生方向偏角估算方法，在原始社会力模型基础上，通过考虑行人在火灾出现时存在恐慌情绪而使得自身的行动轨迹出现偏移，因而在符合实际运动轨迹的同时，修正行人实际期望方向再现人群运动过程中的慌乱现象。从而实现对当时火灾发生时，行人疏散的真实运动轨迹，为在人群疏散过程中能较完整的模拟疏散情景和疏散管理有一定的参考价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明公开了一种公共场所火灾背景下期望与实际逃生方向偏角估算方法，充分考虑行人在火灾出现时存在恐慌情绪而使得自身的行动轨迹出现偏移，从而保证行人疏散的真实运动轨迹，为实现较完整的模拟疏散情景提供决策支持。
为了达成上述发明目的，本发明的技术解决方案是：
一种公共场所火灾背景下期望与实际逃生方向偏角估算方法，其包括以下步骤：
步骤S1：制定行人疏散规则，给出行人因恐慌情绪产生的期望运动方向与实际疏散运动方向的偏角定义；
所述行人疏散规则如下：首先本发明从微观方向研究行人疏散，基于社会力模型，将行人看作为映射在二维平面的具有自驱动力的圆形微粒。之后让行人随机出现在待疏散区域，随火灾发生之后，行人从初始位置疏散到安全区域。
所述行人因恐慌情绪产生的期望运动方向与实际疏散运动方向的偏角定义如下：针对原社会力模型中行人之间行人轨迹单一且疏散过程中存在恐慌等问题，本发明提出了一种公共场所火灾背景下期望与实际逃生方向偏角估算方法，在原始社会力模型基础上，通过考虑行人在火灾出现时存在恐慌情绪而使得自身的行动轨迹出现偏移，因而在符合实际运动轨迹的同时添加行人偏离角再现人群运动过程中的慌乱现象。该偏离角，即行人因恐慌情绪产生的期望运动方向与实际疏散运动方向的偏角。
步骤S2：确定影响该偏离角的关键因素；通过对公共区域下火灾发生时行人产生恐慌情绪或行为的因素进行研究，采用因素分析法，选取了如下影响行人恐慌情绪的关键因素，行人的年龄A、性别l、待疏散区域的人群数量N、火灾的程度η、待疏散区域的内部结构和位置Γ。
步骤S3：获取待疏散区域的内部结构信息和出口信息；出口信息包括出口位置、大小信息、实际能否通行信息；所述内部结构信息包括走廊尺寸信息、房间尺寸信息和障碍物位置信息。
步骤S4：获取待疏散区域的人员基本信息和分布信息；所述人员基本信息包括年龄A、性别l；所述分布信息包括待疏散区域的人群数量N和总公共区域的人群数量NM。在实际调研中，应采用问卷调查的方法来获取上述信息，在计算机仿真过程中，对行人上述信息采用随机分布的方法来进行模拟计算。
步骤S5：获取火灾发生区域的危险程度；火灾发生区域的危险程度的描述采用火灾发生时的面积S占该区域总面积SM的百分比表示。
步骤S6：给出广义熵函数定义，并计算；广义熵函数定义E如下：熵是对封闭***无序性或随机性的一种度量。为了反映***内行人疏散过程的有序程度或无序程度，引入广义熵函数，来刻画行人在疏散过程中的慌乱程度。其计算公式为：
其中ω1、ω2和ω3分别是行人的年龄、人群数量和火灾程度所占的权重，该三个参数根据疏散区域的具体实际给出，且ω1+ω2+ω3＝1。公式中的符号∧表示为截断函数，即在计算过程中取min[(Α-Α0)2，1600]进行计算。
步骤S7：偏离角计算；
所述步骤S7中，计算行人在公共场所火灾背景下期望与实际逃生方向偏角，其计算公式为：
其中ω1、ω2和ω3分别是行人的年龄、人群数量和火灾程度所占的权重，且ω1+ω2+ω3＝1。α0取5°到20°，α′为偏离角，Α0取35到40。
步骤S8：确定行人实际运动方向，进行仿真模拟；
所述行人因恐慌情绪产生的实际运动方向发生了偏移，利用计算所得的偏离角对原社会力模型中的期望运动方向进行改进。从而实现对当时火灾发生时，行人疏散的真实运动轨迹。
本发明考虑行人在疏散过程中产生的恐慌情绪运动特征，针对公共建筑内出现火灾情况发生的人员疏散情况，考虑行人在火灾出现时存在恐慌情绪而使得自身的行动轨迹出现偏移，利用计算所得的偏离角对原社会力模型中的期望运动方向进行改进，从而实现对当时火灾发生时，行人疏散的真实运动轨迹。该方法为行人疏散仿真提供决策支持的同时，也为在人群疏散过程中能较完整的模拟疏散情景和疏散管理有一定的参考价值，有效保证真实的疏散。
附图说明
图1是行人恐慌疏散模型图。
图2是行人恐慌疏散效果图。
图3是本发明的技术路线图。
图4是运行程序流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，在本实施示例中，利用Anylogic中创建某一室内空间，有A和B两个疏散出口，根据行人疏散行为特性，建立模型。行人速度1.2～1.4m/s。在疏散过程中，行人会根据情况在A和B出口间做出选择。一种公共场所火灾背景下期望与实际逃生方向偏角估算方法，包括如下步骤：
步骤S1：给出行人疏散规则。
首先给出研究背景，即利用Anylogic中创建某一室内空间，有A和B两个疏散出口，详见图1。本发明从微观方向研究行人疏散，基于社会力模型，将行人看作为映射在二维平面的具有自驱动力的圆形微粒。之后让行人随机出现在待疏散区域，随火灾发生之后，行人从初始位置疏散到安全区域。并给出如下行人疏散规则。
规则1：如果行人实际行走速度小于期望速度，且小于前面行人速度，则行人不受该前人力的作用。
规则2：如果周围行人减速前进，则该行人减速，直到前面为距离0，则行人减速排到前面行人身后。
规则3：如果行人前面行人为结伴群，此时将行人所受该前方行人的合力进行法线方向和切线方向的分解，将指向法线方向的合力减小，切线方向驱动行人侧向移动，绕过结伴群之后接续前行。
规则4：如果行人己于前面行人发生冲叠，前面行人会给当前行人向后的排斥力，此时行人减速运动，速度最低为0，行人不会发生后退现象。
该规则制定后，不仅可减少行人冲叠的发生，还使仿真中行人整体的振动大大降低。
步骤S2：选取如下影响行人恐慌情绪的关键因素，行人的年龄A、性别l、待疏散区域的人群数量N、火灾的程度η、待疏散区域的内部结构和位置Γ。
步骤S3：设置待疏散区域的内部结构信息和出口信息。本实施例中，能够通行的出口分别位于房间左右两侧正中间，分别命名为exit A和exit B，宽度为1m，且设待疏散区域的内部结构和位置Γ为1。
步骤S4：设置待疏散区域的人员基本信息和分布信息，在计算机仿真过程中，对行人上述信息采用随机分布的方法来进行模拟计算。在本实例中，将行人分为儿童、成年人和老年人三大类进行仿真，其人员基本信息如附表1所示。
附表1：人员基本信息表
步骤S5：设置火灾发生区域的危险程度，火灾发生区域的危险程度的描述采用火灾发生时的面积S占该区域总面积SM的百分比表示。在Anylogic中设置滑动模块，手动调节火灾危险程度，实例中设定火灾危险强度为0.4。
步骤S6：计算广义熵函数。见附表2。
步骤S7：计算偏离角。见附表2。
步骤S8：对模型中行人期望方向进行改进，见程序流程图，从而实现对当时火灾发生时，行人疏散的真实运动轨迹，为在人群疏散过程中能较完整的模拟疏散情景和疏散管理有一定的参考价值。仿真模拟。其疏散效果如图2所示。
附表2：偏离角计算

Claims (4)

1.一种公共场所火灾背景下期望与实际逃生方向偏角估算方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤S1：制定行人疏散规则，给出行人因恐慌情绪产生的期望运动方向与实际疏散运动方向的偏角定义；
步骤S2：确定影响该偏离角的关键因素；采用因素分析法，选取了如下影响行人恐慌情绪的关键因素：行人的年龄A、性别l、待疏散区域的人群数量N、火灾的程度η、待疏散区域的内部结构和位置Γ；
步骤S3：获取待疏散区域的内部结构信息和出口信息；所述出口信息包括出口位置、大小信息、实际能否通行信息；所述内部结构信息包括走廊尺寸信息、房间尺寸信息和障碍物位置信息；
步骤S4：获取待疏散区域的人员基本信息和分布信息；所述人员基本信息包括年龄A、性别l；所述分布信息包括待疏散区域的人群数量N和总公共区域的人群数量NM；在实际调研中，应采用问卷调查的方法来获取上述信息，在计算机仿真过程中，对行人上述信息采用随机分布的方法来进行模拟计算；
步骤S5：获取火灾发生区域的危险程度；火灾发生区域的危险程度的描述采用火灾发生时的面积S占该区域总面积SM的百分比表示；
步骤S6：给出广义熵函数定义，并计算；
步骤S7：偏离角计算；
步骤S8：确定行人实际运动方向，进行仿真模拟。
2.如权利要求1所述的一种公共场所火灾背景下期望与实际逃生方向偏角估算方法，其特征在于：所述步骤S1中，其中所述的行人疏散规则如下：首先本发明从微观方向研究行人疏散，基于社会力模型，将行人看作为映射在二维平面的具有自驱动力的圆形微粒；之后让行人随机出现在待疏散区域，随火灾发生之后，行人从初始位置疏散到安全区域；行人因恐慌情绪产生的期望运动方向与实际疏散运动方向的偏角定义如下：针对原社会力模型认为行人之间行人轨迹单一且疏散过程中存在恐慌，在原始社会力模型基础上，通过考虑行人在火灾出现时存在恐慌情绪而使得自身的行动轨迹出现偏移，因而在符合实际运动轨迹的同时添加行人偏离角再现人群运动过程中的慌乱现象；该偏离角，即行人因恐慌情绪产生的期望运动方向与实际疏散运动方向的偏角。
3.如权利要求1或2所述的一种公共场所火灾背景下期望与实际逃生方向偏角估算方法，其特征在于：所述步骤S6中，广义熵函数定义E如下：熵是对封闭***无序性或随机性的一种度量；为了反映***内行人疏散过程的有序程度或无序程度，引入广义熵函数，来刻画行人在疏散过程中的慌乱程度；其计算公式为：
其中ω1、ω2和ω3分别是行人的年龄、人群数量和火灾程度所占的权重，该三个参数根据疏散区域的具体实际给出，且ω1+ω2+ω3＝1；公式中的符号∧表示为截断函数，即在计算过程中取min[(Α-Α0)2，1600]进行计算，Α0取35到40。
4.如权利要求3所述的一种公共场所火灾背景下期望与实际逃生方向偏角估算方法，其特征在于：所述步骤S7中，计算行人行人因恐慌情绪产生的期望运动方向与实际疏散运动方向的偏角，其计算公式为其中ω1、ω2和ω3分别是行人的年龄、人群数量和火灾程度所占的权重，且ω1+ω2+ω3＝1；α′为偏离角；α0取5°到20°，Α0取35到40。
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