文獻(xiàn)信息檢索課程報(bào)告.docx

課程名稱 文獻(xiàn)信息檢索 任課老師 專業(yè)方向 計(jì)算機(jī)技術(shù) 導(dǎo)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(lái)，一些重大災(zāi)害事故（例如：大型火災(zāi)、地震、泥石流等），公共場(chǎng)合的人群安全問題(例如：人群踩踏事件、礦洞坍塌事件、商場(chǎng)火災(zāi)疏散)屢次出現(xiàn)，以及多媒體行業(yè)(例如：3D電影、電子游戲)對(duì)畫面逼真性的需求不斷提高，全世界對(duì)人群仿真的研究都表現(xiàn)出極大的關(guān)注。課題內(nèi)容簡(jiǎn)介：對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中人群行為特征的抽象和數(shù)學(xué)描述是人群運(yùn)動(dòng)模型的實(shí)質(zhì)。人群仿真是對(duì)大規(guī)模的實(shí)體或人群在各種場(chǎng)景環(huán)境的行為進(jìn)行模擬的過程。其主要手段是對(duì)指定的場(chǎng)景環(huán)境和情節(jié)建立大規(guī)模仿真模型，且在計(jì)算機(jī)上生成對(duì)應(yīng)的虛擬環(huán)境，且在特定的規(guī)則下逼真的模擬人群的運(yùn)動(dòng)過程，以此來(lái)預(yù)測(cè)和研究人群的運(yùn)動(dòng)特征和規(guī)律。選題意義：人群仿真技術(shù)的目的是高效直觀地反映人群行為并為現(xiàn)實(shí)方案決策提供服務(wù)。在分析人群行為真實(shí)性方面，大規(guī)模人群仿真技術(shù)在災(zāi)害防護(hù)及公共安全領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。如泥石流多發(fā)區(qū)的城鎮(zhèn)房屋和街道的設(shè)計(jì)，如車站，商場(chǎng)等的設(shè)計(jì)。在提高可視化質(zhì)量方面，利用大規(guī)模人群運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)的實(shí)時(shí)畫面渲染技術(shù)，能夠在仿真場(chǎng)景中生成逼真的人群運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫，例如：上下班寫字樓出口、火車站的人流，演唱會(huì)現(xiàn)場(chǎng)歡呼雀躍的人群等，提高虛擬場(chǎng)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(shù)據(jù)庫(kù)（1）CNKI中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)、中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)、中國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)（2）維普資訊中文科技期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)（3）萬(wàn)方數(shù)據(jù)學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫(kù)、學(xué)位論文數(shù)據(jù)庫(kù)、會(huì)議論文數(shù)據(jù)庫(kù)、科技成果數(shù)據(jù)庫(kù)（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(jié)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(wàn)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(jié)果導(dǎo)入NE首先在各個(gè)不同數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索過程中已經(jīng)使用NE將相應(yīng)文獻(xiàn)以特定文件格式導(dǎo)出，如下圖所示：然后使用NE將這些檢索結(jié)果導(dǎo)入，在導(dǎo)入時(shí)需要使用各數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)的過濾器。以SCI的檢索結(jié)果的導(dǎo)入為例，將其檢索結(jié)果導(dǎo)入“crowd simulation”文件夾下的“外文”文件夾下。 其他外文庫(kù)以及中文庫(kù)均按照此過程導(dǎo)入，在導(dǎo)入過程中只需要選擇不同的過濾器即可，中文數(shù)據(jù)庫(kù)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(fù)題錄”的選項(xiàng)，使用此功能可以對(duì)指定文件夾進(jìn)行指定范圍的查重處理，下面是外文庫(kù)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(biāo)題”查重結(jié)果：中文庫(kù)的查重過程和網(wǎng)外文庫(kù)的查重過程一樣，查重結(jié)果為：進(jìn)行去重處理，將重復(fù)題錄從“所有文件夾中刪除”題錄的查重去重處理到此結(jié)束，總之，在指定了查重文件夾以及查重字段后，進(jìn)行查重處理。如果查重結(jié)果又重復(fù)題錄，就將重復(fù)題錄在所有文件夾中刪除進(jìn)行去重處理。7. 檢索報(bào)告人群運(yùn)動(dòng)模型，是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中人群行為特征的抽象和數(shù)學(xué)描述。人群運(yùn)動(dòng)模型的建立是非常復(fù)雜的，而要建立一個(gè)通用的運(yùn)動(dòng)模型更是難上加難。一方面，人具有自然界最復(fù)雜的大腦，決定了人的運(yùn)動(dòng)行為也是復(fù)雜異常，一個(gè)人的一個(gè)小動(dòng)作，例如，揮手，拍球，其背后的感知和決策過程都是非常復(fù)雜的，人類的抽象能力還不足以精確描述；另一方面，現(xiàn)實(shí)中的每個(gè)人都是獨(dú)立的個(gè)體，每個(gè)人都有不同的想法、觀念，即使目的相同，對(duì)目的認(rèn)知也不一定相同，故而很難抽象出每個(gè)個(gè)體背后的共性。目前，盡管人群仿真模型的研究已經(jīng)獲得了非常廣泛的關(guān)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(shí)際應(yīng)用還有較為漫長(zhǎng)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(tǒng)的仿真模型1-6。粒子系統(tǒng)屬于圖形學(xué)的范疇，被用于一些模糊的自然現(xiàn)象的建模與可視化。基于粒子系統(tǒng)的仿真模型是法國(guó)人Eric Bouvier以粒子系統(tǒng)為原型建立的群仿真模型。在這個(gè)模型中，模擬對(duì)象稱為“粒子”，每個(gè)粒子代表一個(gè)人，整個(gè)粒子系統(tǒng)側(cè)表示一個(gè)人群，粒子在系統(tǒng)內(nèi)部可以進(jìn)行互動(dòng)。其仿真機(jī)制是對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的粒子賦予相同的行為模式，并在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置力場(chǎng)，以力學(xué)知識(shí)和概率統(tǒng)計(jì)知識(shí)進(jìn)行控制，通過仿真過程計(jì)算出所有粒子的速度、位置等等信息?；诹Ｗ酉到y(tǒng)的仿真模型的有點(diǎn)在于可以建立簡(jiǎn)單實(shí)用的模型，對(duì)一些運(yùn)動(dòng)特征和規(guī)律比較明顯或行為模式較為簡(jiǎn)單的特定人群可以實(shí)現(xiàn)方便的模擬。其不足的地方在于對(duì)一些運(yùn)動(dòng)模式較為復(fù)雜或者決策知識(shí)較多的人群進(jìn)行仿真時(shí)，還缺少很多功能模塊，例如：對(duì)決策知識(shí)的存儲(chǔ)運(yùn)用、運(yùn)動(dòng)模式的學(xué)習(xí)等等?？只艩顟B(tài)下人群撤離運(yùn)動(dòng)仿真模型7。這個(gè)模型是基于恐慌狀態(tài)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(lái)的。其核心思想是建立在社會(huì)學(xué)及行為學(xué)總結(jié)出的恐慌狀態(tài)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(shí)快得多的速度移動(dòng)；2）個(gè)體間開始推擠，人群間的相互作用事實(shí)上變成了身體上的碰撞；3）經(jīng)過窄口是人群的移動(dòng)變得不協(xié)調(diào)；4）在出口處，可以看到拱形結(jié)構(gòu)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(lái)會(huì)變得很危險(xiǎn)，受力加起來(lái)可達(dá)到4,450N/m2，這個(gè)受力可以壓彎防護(hù)欄活推到一堵墻；7）逃離過程中可進(jìn)一步觀察到被踩踏或受傷的人員，他們無(wú)人幫助，進(jìn)一步阻礙了撤離速度；8）人群個(gè)體開始出現(xiàn)從眾的傾向既個(gè)體開始跟隨人群中其他個(gè)體；9）備用出口經(jīng)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(duì)特定的恐慌狀態(tài)的仿真運(yùn)動(dòng)模型，但是其仿真效果逼真，能很好地反映出恐慌狀態(tài)下人群運(yùn)動(dòng)的行為特征與規(guī)律，并可以觀察到種種特定的典型現(xiàn)象，對(duì)于車站，商場(chǎng)等大型公共場(chǎng)所的人員安全疏散以及損失評(píng)估都可以提供極有價(jià)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(gè)層次的集合：人群（crowd）、團(tuán)隊(duì)（group）和個(gè)體（agent）。并且對(duì)人群的個(gè)體模型定義了三個(gè)不同方面的屬性：知識(shí)（Knowledge）、信念（Beliefs）和意圖（Intentions）。知識(shí)主要是指宏觀場(chǎng)景中的各種信息，其中包含：障礙物信息、基于環(huán)境人群的行為特征和規(guī)律的知識(shí)、人群的知識(shí)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(huán)境人群的行為特征和規(guī)律的知識(shí)，主要包括某一區(qū)域內(nèi)的路徑規(guī)劃，人群需要經(jīng)過的路徑節(jié)點(diǎn)以及人群需要執(zhí)行的行為特征和規(guī)律等等；人群的知識(shí)表示的是每個(gè)人群的領(lǐng)頭人所擁有的人群信息。信念主要是指人群將會(huì)執(zhí)行的動(dòng)作和行為。這些動(dòng)作和行為大致可以分為三個(gè)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(biāo)、分裂空間占用和安全監(jiān)測(cè)等等。2)人員的心理狀態(tài)：比如高興、悲傷等等。3)單個(gè)個(gè)體的信念：例如考慮是否要從當(dāng)前人群脫離而加入到另一個(gè)個(gè)體等等。意圖主要指的是人群所想要到達(dá)的目的地。Brogan and Hodgins模型13。這個(gè)模型是以它的建立者即Brogan and Hodgins命名的，主要仿真的對(duì)象是某些具有顯著物理特征的人群，這個(gè)模型參考了粒子系統(tǒng)的部分原理，另外還在模型里考慮了更多的力學(xué)原理，對(duì)人群的速度、位置、加速度等的變化進(jìn)行了更周全的考慮，從物理學(xué)的角度來(lái)建立個(gè)體運(yùn)動(dòng)模型是它的亮點(diǎn)。這個(gè)方針模型，是對(duì)粒子系統(tǒng)的一種擴(kuò)展，與粒子系統(tǒng)相比其優(yōu)勢(shì)在于針對(duì)某些物理特征尤其明顯的人群有更好的效果，例如：競(jìng)走、長(zhǎng)跑接力、游泳等體育項(xiàng)目的模擬仿真。基于場(chǎng)景情節(jié)設(shè)置(scenarios)和規(guī)則描述(rules)的人群運(yùn)動(dòng)仿真模型14, 15。這個(gè)模型是有Yohei Murakami等提出的，其主要特點(diǎn)在于著重于宏觀場(chǎng)景的情節(jié)設(shè)置和規(guī)則描述，并且好開發(fā)了便于交互描述的情節(jié)描述語(yǔ)言（scenario description languages Q） 和進(jìn)行交互模式描述的IPC (Interaction Pattern Card)，在這些基礎(chǔ)上一套較為成熟的人群模擬系統(tǒng)-FreeWalk and FlatWalk。這個(gè)模型對(duì)于場(chǎng)景，規(guī)則和人群運(yùn)動(dòng)模式的限制不是那么嚴(yán)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(guī)則的建立以及相互之間的學(xué)習(xí)能力較差。參考文獻(xiàn) 1 Bouvier E, Cohen E, Najman L. 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