本發(fā)明方法是在復(fù)雜場景下基于博弈論的大規(guī)模人群疏散逃生優(yōu)化方法，在人群較為集中，擁堵現(xiàn)象十分嚴(yán)重的情況下，也可獲得令人滿意的優(yōu)化程度；本方法可廣泛應(yīng)用于各種場景下人群疏散策略的最優(yōu)問題、統(tǒng)計(jì)分析疏散中人群逃生路徑和擁擠現(xiàn)象問題，為建筑設(shè)計(jì)方案評估提供依據(jù)，降低高密度人群的產(chǎn)生概率、結(jié)合不同群聚場所的建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和人群構(gòu)成性質(zhì)，提供具有針對性的最優(yōu)人群疏散路徑導(dǎo)航，提高城市公共場所人群疏導(dǎo)效率、另外本方法擺脫地域、時(shí)間、客流量的限制，為消防、公安、醫(yī)療等部門提供真實(shí)快速的應(yīng)急預(yù)案內(nèi)容，提高應(yīng)急響應(yīng)與協(xié)作能力。

背景技術(shù)：
近年來人群疏散模擬技術(shù)日益成熟，比較成熟的疏散模型如：社會力模型、流體動(dòng)力學(xué)模型、元胞自動(dòng)機(jī)模型和人員運(yùn)動(dòng)格子氣模型；流體動(dòng)力學(xué)模型能模擬疏散過程，對于人的自然屬性模擬不夠真實(shí)，其生成的疏散策略參考價(jià)值將大大折扣；社會力模型、元胞自動(dòng)機(jī)模型和人員運(yùn)動(dòng)格子氣模型能較真實(shí)的模擬人的行為和疏散過程，由局部最優(yōu)來決定全局最優(yōu)，所以產(chǎn)生的全局疏散策略很難達(dá)到最優(yōu)；因此根據(jù)人員的自然屬性進(jìn)行真實(shí)模擬并可以生成全局與局部最優(yōu)的疏散策略的方法是解決人群疏散問題的關(guān)鍵點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了在發(fā)生災(zāi)害時(shí)，模擬大規(guī)模人群疏散的過程中，計(jì)算出最優(yōu)的疏散策略，并在此基礎(chǔ)對整個(gè)疏散過程中出現(xiàn)的擁擠現(xiàn)象，各個(gè)疏散路徑的人群密度態(tài)勢，關(guān)鍵路徑人流情況進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對人群疏散的最優(yōu)策略的生成。本發(fā)明提供一種基于博弈論的大規(guī)模人群疏散路徑的優(yōu)化方法，根據(jù)災(zāi)害輻射區(qū)域范圍，相距安全出口距離，逃生路徑中包括的安全措施個(gè)數(shù)，擁擠程度因素進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)分析，定量風(fēng)險(xiǎn)分析采用蒙特卡洛模型，將評估的風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果作為路徑博弈的收益函數(shù)的輸入?yún)?shù)，通過博弈論決定疏散路徑的抉擇；在疏散的過程中每一個(gè)逃生人員作為一個(gè)Agent處理，每一個(gè)Agent擁有自己的自然屬性，如：速度，心里素質(zhì)等；當(dāng)Agent滿足(相鄰Agent速度差小于0.1m/s并且目的地為一個(gè)出口)時(shí)，對符合條件的Agent進(jìn)行合并，形成一個(gè)Agent簇，通過將Agent簇作為一個(gè)Agent個(gè)體對象處理來提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。在發(fā)生危險(xiǎn)開始疏散的過程中，第一步是選擇疏散路徑，以房間為基本單位應(yīng)用蒙特卡洛模型，對以下因素進(jìn)行評估：每個(gè)房間計(jì)算其到達(dá)所有安全出口(Exit)的最短路徑排名Pi，i∈N|N為房間個(gè)數(shù)、再根據(jù)Pi計(jì)算相距火源的危險(xiǎn)程度(危險(xiǎn)的輻射范圍、致命程度)、根據(jù)房間內(nèi)所有Agent的平均速度Sa完成每個(gè)最短路徑所需時(shí)間tai、tai時(shí)間后Exiti的擁擠情況、Exiti相鄰疏散出口個(gè)數(shù)和距離、疏散路徑上安全措施情況；蒙特卡洛模型的評估值作為博弈論的收益函數(shù)的輸入?yún)?shù)，另外輸入?yún)?shù)還包括疏散路徑的人群密度態(tài)勢(人數(shù)/單位區(qū)域)，獲取貝葉斯納什均衡點(diǎn)，根據(jù)均衡點(diǎn)的數(shù)值確定疏散的路徑。另外從宏觀角度出發(fā)采用博弈論可以解決擁擠情況下的沖突問題，即設(shè)當(dāng)前疏散出口(CurExit)的相鄰疏散出口(NeiExit)個(gè)數(shù)為N，到達(dá)第i個(gè)NeiExiti時(shí)間為tni，i∈[1，...N]，第i個(gè)疏散出口的擁擠程度GCrowdLevel(NeiExiti)，獲得到NeiExiti，i∈[1，...N]疏散出口風(fēng)險(xiǎn)等級列表GHazardLevel(NeiExiti)，tni時(shí)刻CurExit的擁擠程度GCrowdLevel(CurExit)，由以上因素通過蒙特卡洛模型獲得收益函數(shù)的輸入?yún)?shù)，應(yīng)用博弈論獲得貝葉斯納什均衡點(diǎn)，確定解決擁擠情況的solution(是原地等待還是選擇其他路徑逃生)。所需設(shè)備：采用55個(gè)陣列式監(jiān)控?cái)z像頭-SLP-ZS39160D、VGA6464電腦VGA矩陣切換器、PC機(jī)、海康硬盤錄像機(jī)DS-8016HS-S一臺，以及用于連接PC和嵌入式設(shè)備的線路；攝像頭布局：攝像頭工作范圍為長30米寬6米長區(qū)域；攝像頭布置原則以覆蓋全部走廊區(qū)域，從正門開始布設(shè)，為建筑的第一層樓布置，其他樓層按這種原則布置，一層共11個(gè)攝像頭，5層樓共需55個(gè)攝像頭。方法步驟如下：(010)部分，視頻監(jiān)測具體步驟如下：步驟C011：根據(jù)攝像頭拍攝的視頻提取背景，獲取圖像掩模；步驟C012：設(shè)定時(shí)間閾值x，根據(jù)閾值法判定背景是否發(fā)生突變；若背景發(fā)生突變則設(shè)置變化后的圖像為背景，利用背景模型的自適應(yīng)性將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在背景初始化時(shí)造成的影響消除，然后利用自適應(yīng)背景更新算法，跟蹤背景細(xì)節(jié)；步驟C013：行人目標(biāo)檢測采用幀差法(Framedifference)確定行人目標(biāo)；步驟C014：采用最大類間方差法形成行人的整體輪廓；步驟C015：采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理圖像應(yīng)用開運(yùn)算，其效果是消除細(xì)小物體、在較為纖細(xì)的連接點(diǎn)分離物體、平滑較大物體的邊界，同時(shí)保持物體的面積不改變；步驟C016：采用多人坐標(biāo)映射分割法分割相連的行人，經(jīng)過坐標(biāo)映射分割，圖像中的行人區(qū)域被分割出來，以最小外接矩形框包圍，形成矩形目標(biāo)塊；在這些塊中，有包含單個(gè)行人的，也有包含多個(gè)互相接觸的行人的；多個(gè)行人相接觸，形成了圖像中的合并(merge)問題，利用塊中目標(biāo)像素點(diǎn)個(gè)數(shù)來估計(jì)其中所包含的人數(shù)，在判別出多人塊之后，就要根據(jù)其面積和寬度，來決定分割的子塊個(gè)數(shù)；步驟C017：合并、分離處理，合并、分離問題是采用攝像機(jī)垂直拍攝方式進(jìn)行視頻人數(shù)統(tǒng)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問題；能否較好的處理合并、分離問題，是準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)人數(shù)的關(guān)鍵，首先，在合并、分離情況出現(xiàn)時(shí)，依靠多人塊分割，將含有多人的目標(biāo)塊分割成只含有一個(gè)行人的子塊，且子塊之間不存在重疊；然后，在跟蹤過程中，根據(jù)子塊重疊系數(shù)作為匹配特征，區(qū)分出合并在一起的子塊；步驟C018：行人計(jì)數(shù)方法，本方法分為兩個(gè)統(tǒng)計(jì)方式：一個(gè)是統(tǒng)計(jì)當(dāng)前場景中的行人總數(shù)，另一個(gè)是統(tǒng)計(jì)通過計(jì)數(shù)線的人數(shù)；兩個(gè)統(tǒng)計(jì)內(nèi)容，都要首先依賴于統(tǒng)計(jì)區(qū)域的劃分，采用雙計(jì)數(shù)線劃分統(tǒng)計(jì)區(qū)域，在雙線三區(qū)的基礎(chǔ)上，設(shè)立了釋放區(qū)域；(020)部分，初始化逃生配置，具體步驟如下：步驟C021：開始，加載三維場景，并根據(jù)攝像頭檢測的人數(shù)自動(dòng)初始化等數(shù)量Agent；步驟C022：設(shè)置災(zāi)難類型、災(zāi)害發(fā)生位置；(030)部分，模擬處理過程，具體步驟如下：步驟C031：計(jì)算各個(gè)路徑的人群密度態(tài)勢，即人群疏散的過程中每個(gè)單位區(qū)域上流經(jīng)的人數(shù)；步驟C032：采用Dijkstra算法計(jì)算出各個(gè)房間相距最近的安全出口的最短距離；步驟C033：計(jì)算各個(gè)房間人群經(jīng)過C032計(jì)算的最短路徑所需的時(shí)間，速度為房間內(nèi)人員的平均速度；步驟C034：應(yīng)用蒙特卡洛模型評估各安全出口的風(fēng)險(xiǎn)等級，評估因素包括：隨時(shí)間變化人數(shù)的變化率pc、安全措施級別ms＝為路徑長度/安全措施個(gè)數(shù)；安全通道間隔級別ds＝安全通道相距距離/安全通道個(gè)數(shù)；df是相距災(zāi)害距離；Qr是評估的風(fēng)險(xiǎn)值；Qr＝ms*ds/df*pr；步驟C035：應(yīng)用博弈論決定逃生路徑，其收益函數(shù)參考因素包括：各房間最短路徑，各安全出口的風(fēng)險(xiǎn)等級，逃生路徑災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級，人群密度態(tài)勢分布，根據(jù)收益函數(shù)值，取貝葉斯納什均衡點(diǎn)，決定各個(gè)Agent的逃生路線；步驟C036：當(dāng)安全出口出現(xiàn)擁擠現(xiàn)象時(shí)，用博弈論計(jì)算部分擁擠人群通過其他安全出口疏散或在擁擠出口等待的收益函數(shù)，以此來決定選擇哪種策略逃生，即原地等待或選擇其他路徑疏散；步驟C037：疏散逃生模擬結(jié)束，獲取過程數(shù)據(jù)；(040)部分，分析處理過程，具體步驟如下：步驟C041：根據(jù)疏散過程數(shù)據(jù)，計(jì)算各個(gè)逃生出口人群疏散態(tài)勢，即疏散人數(shù)；步驟C042：根據(jù)疏散過程數(shù)據(jù)，計(jì)算逃生失敗Agent逃生路線；步驟C043：根據(jù)疏散過程數(shù)據(jù)，分析逃生失敗Agent可成功逃路線；步驟C044：輸出分析結(jié)果；有益效果本發(fā)明提出了一種基于博弈論的大規(guī)模人群疏散的優(yōu)化方法，該方法的靈活性較高，可對疏散的整個(gè)過程做到局部優(yōu)化與全局優(yōu)化的整合，達(dá)到最優(yōu)的疏散效果，可以滿足對精度和效率的要求；本方法是利用蒙特卡洛模型分析出風(fēng)險(xiǎn)的程度，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)值應(yīng)用博弈論進(jìn)行全局優(yōu)化，當(dāng)發(fā)生擁堵情況是本方法同樣可以解決沖突問題，達(dá)到對疏散的局部優(yōu)化；另外疏散人群采用Agent模型可以真實(shí)的模擬疏散的過程，使得生成策略具有實(shí)用價(jià)值；本發(fā)明不僅解決全局優(yōu)化與局部優(yōu)化的沖突問題，同時(shí)提出具有高效率的疏散優(yōu)化算法。附圖說明圖1設(shè)備連接圖(監(jiān)控設(shè)備、矩陣切換器和控制主機(jī))；圖2攝像頭工作區(qū)域；圖3疏散樓層監(jiān)控器布局；圖4幀差法閾值選擇對比；圖5合并、分離情況示意；圖6合并、分離子塊區(qū)分；圖7同向行走，分離、合并的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖8統(tǒng)計(jì)區(qū)域劃分；圖9本文人數(shù)統(tǒng)計(jì)判決流程；具體實(shí)施方式：首先根據(jù)攝像頭獲取的視頻提取背景，獲取掩模，應(yīng)用下面公式；循環(huán)應(yīng)用步驟C012檢測背景變化，同時(shí)采用幀差法獲取行人目標(biāo)，應(yīng)用下面公式，獲得如圖4所示效果；根據(jù)圖4應(yīng)用步驟C014到步驟C016來確定要分割出多少個(gè)子塊，執(zhí)行步驟C017進(jìn)行合并、分離操作，如圖5、6、7所示效果，最后執(zhí)行第一部分的步驟C018，計(jì)算人數(shù)，并確定人員運(yùn)動(dòng)方向，計(jì)算每個(gè)攝像頭監(jiān)控區(qū)域的人數(shù)以及房間人數(shù)；運(yùn)行系統(tǒng)模擬疏散處理，系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)區(qū)域人數(shù)初始化Agent，加載場景，設(shè)置災(zāi)害發(fā)生位置；首先以房間為基本單位，計(jì)算每個(gè)房間的逃生最短路徑，然后根據(jù)每個(gè)逃生出口的疏散量和人數(shù)達(dá)到量，計(jì)算每個(gè)逃生出口擁堵的形成時(shí)間和擁堵消除時(shí)間，在產(chǎn)生擁堵時(shí)間范圍內(nèi)達(dá)到該疏散出口的所有房間或所有區(qū)域視為沖突，應(yīng)用模特卡洛模型作為收益函數(shù)的輸入?yún)?shù)，利用博弈論計(jì)算沖突房間或區(qū)域的逃生路線，這一步作為全局最優(yōu)的逃生路線處理，開始人群疏散，每個(gè)Agent個(gè)體在逃生的過程中依據(jù)自身的屬性進(jìn)行疏散，當(dāng)出現(xiàn)擁堵情況時(shí)，采用博弈論來解決沖突擁堵沖突問題，擁堵情況下博弈的參與者是路徑，即是選擇原地等待擁堵消除還是另選擇其他路徑；疏散結(jié)束，輸出分析結(jié)果。