課程名稱 文獻信息檢索 任課老師 專業方向 計算機技術 導師姓名 課題名稱 基于agent的人員疏散建模仿真 1. 課題分析：背景：近年來，一些重大災害事故（例如：大型火災、地震、泥石流等），公共場合的人群安全問題(例如：人群踩踏事件、礦洞坍塌事件、商場火災疏散)屢次出現，以及多媒體行業(例如：3D電影、電子游戲)對畫面逼真性的需求不斷提高，全世界對人群仿真的研究都表現出極大的關注。課題內容簡介：對現實世界中人群行為特征的抽象和數學描述是人群運動模型的實質。人群仿真是對大規模的實體或人群在各種場景環境的行為進行模擬的過程。其主要手段是對指定的場景環境和情節建立大規模仿真模型，且在計算機上生成對應的虛擬環境，且在特定的規則下逼真的模擬人群的運動過程，以此來預測和研究人群的運動特征和規律。選題意義：人群仿真技術的目的是高效直觀地反映人群行為并為現實方案決策提供服務。在分析人群行為真實性方面，大規模人群仿真技術在災害防護及公共安全領域有廣泛應用。如泥石流多發區的城鎮房屋和街道的設計，如車站，商場等的設計。在提高可視化質量方面，利用大規模人群運動仿真技術的實時畫面渲染技術，能夠在仿真場景中生成逼真的人群運動動畫，例如：上下班寫字樓出口、火車站的人流，演唱會現場歡呼雀躍的人群等，提高虛擬場景的視覺逼真性。中文檢索詞：智能體、agent、建模仿真、人員疏散英文檢索詞：Agent;modeling and simulation;evacuation2. 選擇數據庫（1）CNKI中國期刊全文數據庫、中國博士學位論文全文數據庫、中國優秀碩士學位論文全文數據庫中國重要會議論文全文數據庫（2）維普資訊中文科技期刊全文數據庫（3）萬方數據學術期刊數據庫、學位論文數據庫、會議論文數據庫、科技成果數據庫（4）Web of ScienceSCI-E、CPCI-S（5）ElsevierScienceDirect（6）Ei village23. 檢索式中文檢索式：（智能體+agent）/主題*（建模仿真+人員疏散）/主題英文檢索式：主題=（Agent-based model）AND主題=（modeling and simulation OR evacuation）4. 檢索結果1)CNKI SU=(智能體+agent) AND SU=(建模仿真+人員疏散) 共命中377條2)維普 (M=(智能體+agent)*(M=(建模仿真+人員疏散) 共命中217條3)萬方 主題:(智能體+agent)*主題:(建模仿真+人員疏散) 共命中320條4)Web of Science TS=(agent-based) AND TS=(modeling and simulation OR evacuation) 共命中4513條5)ScienceDirect tak(agent-based) and tak(modeling and simulation OR evacuaton) 共命中496條6)Ei village2 (agent-based) wn KY AND (modeling and simulation OR evacuation) wn KY 共命中2316條5. 將檢索結果導入NE首先在各個不同數據庫的檢索過程中已經使用NE將相應文獻以特定文件格式導出，如下圖所示：然后使用NE將這些檢索結果導入，在導入時需要使用各數據庫相應的過濾器。以SCI的檢索結果的導入為例，將其檢索結果導入“crowd simulation”文件夾下的“外文”文件夾下。 其他外文庫以及中文庫均按照此過程導入，在導入過程中只需要選擇不同的過濾器即可，中文數據庫都使用NoteExpress過濾器。6. NE的去重處理在NE的檢索工具欄下有“查找重復題錄”的選項，使用此功能可以對指定文件夾進行指定范圍的查重處理，下面是外文庫的查重過程：指定查重文件夾為“外文”指定查重字段為“題錄類型，作者，年份，標題”查重結果：中文庫的查重過程和網外文庫的查重過程一樣，查重結果為：進行去重處理，將重復題錄從“所有文件夾中刪除”題錄的查重去重處理到此結束，總之，在指定了查重文件夾以及查重字段后，進行查重處理。如果查重結果又重復題錄，就將重復題錄在所有文件夾中刪除進行去重處理。7. 檢索報告人群運動模型，是對現實世界中人群行為特征的抽象和數學描述。人群運動模型的建立是非常復雜的，而要建立一個通用的運動模型更是難上加難。一方面，人具有自然界最復雜的大腦，決定了人的運動行為也是復雜異常，一個人的一個小動作，例如，揮手，拍球，其背后的感知和決策過程都是非常復雜的，人類的抽象能力還不足以精確描述；另一方面，現實中的每個人都是獨立的個體，每個人都有不同的想法、觀念，即使目的相同，對目的認知也不一定相同，故而很難抽象出每個個體背后的共性。目前，盡管人群仿真模型的研究已經獲得了非常廣泛的關注，但仍還處在初步研究的階段，較為通用的人群仿真模型距離實際應用還有較為漫長的路要走。下面將介紹幾種目前比較成熟的仿真模型。基于粒子系統的仿真模型1-6。粒子系統屬于圖形學的范疇，被用于一些模糊的自然現象的建模與可視化。基于粒子系統的仿真模型是法國人Eric Bouvier以粒子系統為原型建立的群仿真模型。在這個模型中，模擬對象稱為“粒子”，每個粒子代表一個人，整個粒子系統側表示一個人群，粒子在系統內部可以進行互動。其仿真機制是對系統內部的粒子賦予相同的行為模式，并在系統內設置力場，以力學知識和概率統計知識進行控制，通過仿真過程計算出所有粒子的速度、位置等等信息。基于粒子系統的仿真模型的有點在于可以建立簡單實用的模型，對一些運動特征和規律比較明顯或行為模式較為簡單的特定人群可以實現方便的模擬。其不足的地方在于對一些運動模式較為復雜或者決策知識較多的人群進行仿真時，還缺少很多功能模塊，例如：對決策知識的存儲運用、運動模式的學習等等。恐慌狀態下人群撤離運動仿真模型7。這個模型是基于恐慌狀態下人群的特性、行為方式及決策方法而建立的仿真模型，是由Dirk Helbing等提出來的。其核心思想是建立在社會學及行為學總結出的恐慌狀態下人群特征上的，這些特征如下：1）人群以（或者試圖以）比平時快得多的速度移動；2）個體間開始推擠，人群間的相互作用事實上變成了身體上的碰撞；3）經過窄口是人群的移動變得不協調；4）在出口處，可以看到拱形結構和擁擠狀況；5）擁擠狀況變得劇烈；6）擁擠人群里的物理作用加起來會變得很危險，受力加起來可達到4,450N/m2，這個受力可以壓彎防護欄活推到一堵墻；7）逃離過程中可進一步觀察到被踩踏或受傷的人員，他們無人幫助，進一步阻礙了撤離速度；8）人群個體開始出現從眾的傾向既個體開始跟隨人群中其他個體；9）備用出口經常被忽視或者在撤離狀況中沒有被有效的利用。這種人群撤離模型雖然只是針對特定的恐慌狀態的仿真運動模型，但是其仿真效果逼真，能很好地反映出恐慌狀態下人群運動的行為特征與規律，并可以觀察到種種特定的典型現象，對于車站，商場等大型公共場所的人員安全疏散以及損失評估都可以提供極有價值的參考。ViCrowed人群仿真模型8-12。ViCrowd模型由Soraia 等在1998年初次提出的。ViCrowd模型將人群由上而下劃分為三個層次的集合：人群（crowd）、團隊（group）和個體（agent）。并且對人群的個體模型定義了三個不同方面的屬性：知識（Knowledge）、信念（Beliefs）和意圖（Intentions）。知識主要是指宏觀場景中的各種信息，其中包含：障礙物信息、基于環境人群的行為特征和規律的知識、人群的知識等等。其中，障礙物信息主要是指障礙物的位置和覆蓋范圍即障礙物覆蓋的地方人群不能走，障礙物沒有覆蓋的地方則可以行走；基于環境人群的行為特征和規律的知識，主要包括某一區域內的路徑規劃，人群需要經過的路徑節點以及人群需要執行的行為特征和規律等等；人群的知識表示的是每個人群的領頭人所擁有的人群信息。信念主要是指人群將會執行的動作和行為。這些動作和行為大致可以分為三個方面：1)人群的群體聚集行為例如：人員的從眾、聚集、吸引、排斥、更換目標、分裂空間占用和安全監測等等。2)人員的心理狀態：比如高興、悲傷等等。3)單個個體的信念：例如考慮是否要從當前人群脫離而加入到另一個個體等等。意圖主要指的是人群所想要到達的目的地。Brogan and Hodgins模型13。這個模型是以它的建立者即Brogan and Hodgins命名的，主要仿真的對象是某些具有顯著物理特征的人群，這個模型參考了粒子系統的部分原理，另外還在模型里考慮了更多的力學原理，對人群的速度、位置、加速度等的變化進行了更周全的考慮，從物理學的角度來建立個體運動模型是它的亮點。這個方針模型，是對粒子系統的一種擴展，與粒子系統相比其優勢在于針對某些物理特征尤其明顯的人群有更好的效果，例如：競走、長跑接力、游泳等體育項目的模擬仿真。基于場景情節設置(scenarios)和規則描述(rules)的人群運動仿真模型14, 15。這個模型是有Yohei Murakami等提出的，其主要特點在于著重于宏觀場景的情節設置和規則描述，并且好開發了便于交互描述的情節描述語言（scenario description languages Q） 和進行交互模式描述的IPC (Interaction Pattern Card)，在這些基礎上一套較為成熟的人群模擬系統-FreeWalk and FlatWalk。這個模型對于場景，規則和人群運動模式的限制不是那么嚴格，因此在人群建模方法上是比較通用的，其缺陷在于人群規則的建立以及相互之間的學習能力較差。參考文獻 1 Bouvier E, Cohen E, Najman L. 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