[发明专利]基于人工鱼群算法的人群疏散路径规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种人群疏散路径规划方法，尤其涉及以基于人工鱼群算法的人群疏散路径规划方法。

背景技术

虚拟人群疏散的传统路径规划方法一般分为基于规则的路径规划和非规则的路径规划两类。基于规则的路径规划方法包括元胞自动机模型等方法。元胞自动机模型的显著优点是仅仅通过少量的简单的规则就能近似的模拟出现实中观察到的行人现象，且这些规则在直觉上很容易理解，与那些复杂的行为模型相比，其计算过程简单且高效。但是在这类模型中，个体无法与其他个体交换环境信息，无法逼真的描述人群疏散现象。

基于非规则的路径规划包括A*、人工势能场模型和社会力模型等方法。A*算法通过定义代价评估函数对环境进行启发式搜索。人工势能场模型通过计算环境中势场能量决定下一步的运动方向。社会力模型通过计算虚拟个体驱动力、排斥力与吸引力的合力，实时实现个体间的避碰。但是，上述方法仿真的速度较慢，特别是人群数量较多时，这个现象更加明显。

本发明提出的基于人工鱼群算法的人群疏散路径规划方法能够很好的解决上述问题，既能够逼真的模拟人群疏散现象，又能够提高路径规划仿真的速度。人工鱼群算法作为一种基于仿生学的群体智能算法，还具有对初值与参数选择不敏感、鲁棒性强、简单易实现、收敛速度快和使用灵活等优点，能够很好地对群体的运动行为进行模拟。因此，研究如何利用人工鱼群算法对人群疏散进行路径规划具有很大的应用价值。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种基于人工鱼群算法的人群疏散路径规划方法。本方法基于ACIS/HOOPS和VS.NET平台，结合人工鱼群算法的原理和流程设计出来，借助可视化设计系统，支持操作人员手工设置参数，模拟不同情景下的疏散效果，为设计人员提供路径规划设计支撑工具。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于人工鱼群算法的人群疏散路径规划方法，包括以下步骤：

（1）在ACIS/HOOPS支撑平台上建立人工鱼群模型，将整个实验环境进行网格化划分，初始化人工鱼的相关参数。

（2）判断实验环境种类，若为开放式出口疏散转步骤（3），若为固定出口疏散转步骤（4）。

其中，开放式出口是指场景中不指定固定的出口，人群可以向四周疏散，比如广场；固定出口是指给场景指定固定的出口，人群只能从这些出口的一个疏散，比如电影院。

（3）依据当前人工鱼与目标人工鱼的适应度函数，鱼群个体自适应的选择目标移动位置；更新人工鱼位置，转至步骤（5）。

（4）人工鱼依据优化函数，自适应的选择某一个出口向其移动；更新人工鱼位置，若到达安全区域出口，则停止运动。

（5）若算法满足迭代条件，返回步骤（3）或步骤（4），否则算法结束。

（6）生成人工鱼个体模拟人群疏散的最优路径。

所述步骤（1）中初始化的相关参数为：人工鱼数目n、算法的迭代次数M、安全距离SafeDis、每个人工鱼i到危险源的距离Dis(i)、拥挤因子σ、人工鱼位置location、步长step、当前人工鱼视距范围内相邻人工鱼的数目n_f和追尾行为最大尝试次数Trynumber。

所述步骤（3）中鱼群个体自适应选择目标位置的步骤如下：

（a）查找当前人工鱼i视距范围内人工鱼到危险源的距离Dis值最大的人工鱼j，根据适应度函数f(j)=Dis(j)/n_f判断，若f(j)>σ*Dis(i)，则按照位移移动公式一向人工鱼j所在位置移动至X_next，否则再次查找；其中，n_f为当前人工鱼视距范围内相邻人工鱼的数目，σ为拥挤因子。

所述位置移动公式一为：其中，X_i是人工鱼i当前的位置，X_j是离危险源距离最大的人工鱼j的位置，r是[0,1]区间的随机数，step为步长。

（b）若最大尝试次数Trynumber后，仍没有查找到，则在视距范围内随机选择人工鱼j，若人工鱼到危险源的距离Dis(j)>Dis(i)，则按照位置移动公式二向j方向前进一步，否则重新选择状态j；所述位置移动公式二为：其中，X_i是人工鱼i当前的位置，X_j是随机选择的人工鱼j的位置；Dis(i)，Dis(j)分别为人工鱼i和j到危险源的距离；rand()为随机函数，step为步长。