[发明专利]用于人员疏散特征测试及演练的虚拟实验平台系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉计算机虚拟应用技术领域，具体指一种基于虚拟现实技术和微观仿真模拟技术用于公共安全领域的人员疏散特征测试及疏散演练的虚拟实验平台系统。

背景技术

人员密集的公共场所，一旦发生突发事件，极易引发拥挤踩踏事故，造成严重的人员伤亡。因此，保障突发事件下人员疏散安全，提高公共场所应急水平的措施仍是迫切的现实需求。近几十年来，为深入了解人员疏散运动的动力学特征，不同领域的研究人员采用实验与模型相结合的方式进行了细致、深入的探索。其中，实验方法是揭示人员运动行为规律，演化疏散模型的基础。目前，主要采用的实验方法有可控实验法和观测实验法。可控实验法主要是根据建筑物的结构特征或人员生理、心理特征来构建特定的实验场景并开展相似性实验。可控实验法可以得到行人运动的一些基本定量关系，如步幅-步频、步幅-间距、速度-间距、步幅-速度关系等；也可以得到人员基本运动特征及运动参量同建筑物参数的相关关系，如瓶颈处的“拱形分布”、瓶颈处的流量和瓶颈宽度的关系、走廊及长通道中行人的速度等。观测实验法主要针对无法开展可控实验的大范围大规模人群运动场景，观测统计场景内人员基本运动行为特征。通过对实际的人群运动进行观测与分析，研究者们发现了人群运动过程中的自组织现象，如高密度人群中的“震荡波”、相向行人流“分层”、交叉行人“分带”等。

然而，相比较而言，可控实验难以营造突发事件环境，而且开展突发事件下的疏散实验具有一定危险性；观测实验虽然可以通过分析已发生的事件案例，得到突发事件下人员的疏散特点，但难以量化突发事件对疏散运动的影响规律。

发明内容

本发明目的在于克服现有公共安全技术领域存在的不足和缺失，提供一种用于人员疏散特征测试及演练的虚拟实验平台系统，以计算机模拟疏散环境为基础，通过调整虚拟实验平台中的参数条件构建多种虚拟场景，测试不同人员在不同环境下表现出的疏散规律特点及疏散能力。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于人员疏散特征测试及演练的虚拟实验平台系统的方法，其特点在于，搭建计算机虚拟环境，测试人员在不同场景条件下的疏散特征，包括如下步骤：

A,在计算机可视化编程环境下构建人员疏散模型。

B,实现通过计算机输入设备控制人员疏散模型中特定人员的运动。

C,通过改变模型中的建筑结构、人员视野，导入突发事件产物实现多种虚拟疏散场景。

其中，定义：实验人员为参与实验的实际人员，模拟人员为计算机可视化编程环境中塑造的人员，可控虚拟主角是其运动受实验人员控制的模拟人员。

其中，所述第一步中构建人员疏散模型，具体实施方法如下：

A.1将目标建筑在平面上划分成0.1m×0.1m大小的基本格点；

A.2标识每个基本格点，以代表建筑各种内部结构，其中“被占据”表示人员不可通行区域，如墙壁1及障碍物2，“未被占据”代表人员可通行的区域，包括通道、出口5，在可视化界面中，以深色表示“被占据”格点，以浅色表示“未被占据”格点；

A.3设置一个或一个以上模拟人员4，在可视化界面中用拟人化的形状表示；在每个模拟计算时间步内，每个模拟人员按照如下运动规则向出口进行疏散，其中：

A.3.1选定最近的出口为目标出口；

A.3.2以朝向目标出口的方向为主方向；

A.3.3判断主方向上是否可通行，如果主方向可通行，则沿主方向运动一个格点距离；如果主方向不通行，再判断相对主方向的左右方向是否可通行，如果左右方向皆可通行，则以相同概率向左或右方向运动一个格点距离；如果左右方向只有一个方向可通行，则向该方向运动一个格点距离；如果左右方向都不可通行，则该时间步该模拟人员停止运动。

所述概率指向左右方向运动的可能性，相同概率指向左右两个方向运动的可能性是一样的。

其中，所述步骤B.中的特定人员为虚拟实验平台系统的可控虚拟主角，实验测试人员可以通过计算机输入设备变换虚拟主角的运动方向及速度，具体实施方法如下：

B.1.1选定人员疏散模型中的一个模拟人员为可控虚拟主角，并在可视化界面中，用不同颜色将可控虚拟主角3与其它模拟人员4区别显示；

B.1.2在人员疏散模型中实现对键盘、手柄等计算机输入设备的输入信号的响应，并将输入信号对应的方向作为虚拟主角的运动方向；

B.1.3在实际测试实验中，实验测试人员通过操作计算机输入设备控制可控虚拟主角的运动。