文獻信息檢索課程報告

1、課程名稱 文獻信息檢索 任課老師 專業(yè)方向 計算機技術(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，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(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(xiàn)出極大的關(guān)注。課題內(nèi)容簡介：對現(xiàn)實世界中人群行為特征的抽象和數(shù)學(xué)描述是人群運動模型的實質(zhì)。人群仿真是對大規(guī)模的實體或人群在各種場景環(huán)境的行為進行模擬的過程。其主要手段是對指定的場景環(huán)境和情節(jié)建立大規(guī)模仿真模型，且在計算機上生成對

2、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動過程，以此來預(yù)測和研究人群的運動特征和規(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)實方案決策提供服務(wù)。在分析人群行為真實性方面，大規(guī)模人群仿真技術(shù)在災(zāi)害防護及公共安全領(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，如車站，商場等的設(shè)計。在提高可視化質(zhì)量方面，利用大規(guī)模人群運動仿真技術(shù)的實時畫面渲染技術(shù)，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(xiàn)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;modelin

3、g and simulation;evacuation2. 選擇數(shù)據(jù)庫（1）CNKI中國期刊全文數(shù)據(jù)庫、中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫、中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫（2）維普資訊中文科技期刊全文數(shù)據(jù)庫（3）萬方數(shù)據(jù)學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫、學(xué)位論文數(shù)據(jù)庫、會議論文數(shù)據(jù)庫、科技成果數(shù)據(jù)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=（modelin

4、g 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 evacuatio

5、n) 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首先在各個不同數(shù)據(jù)庫的檢索過程中已經(jīng)使用NE將相應(yīng)文獻以特定文件格式導(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)入時需要使用各數(shù)據(jù)庫相應(yīng)的過

6、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。 其他外文庫以及中文庫均按照此過程導(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，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(jié)果：中文庫的查重過程和網(wǎng)外文庫的查重過程一樣，查重結(jié)果為：進行去重處理，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

7、了查重文件夾以及查重字段后，進行查重處理。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行去重處理。7. 檢索報告人群運動模型，是對現(xiàn)實世界中人群行為特征的抽象和數(shù)學(xué)描述。人群運動模型的建立是非常復(fù)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(fù)雜的大腦，決定了人的運動行為也是復(fù)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(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(jīng)

8、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際應(yīng)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?；诹Ｗ酉到y(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?；诹Ｗ酉到y(tǒng)的仿真模型是法國人Eric Bouvier以粒子系統(tǒng)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(tǒng)側(cè)表示一個人群，粒子在系統(tǒng)內(nèi)部可以進行互動。其仿真機制是對系統(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，以力學(xué)知識和概率統(tǒng)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?；诹Ｗ酉到y(tǒng)

9、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(guī)律比較明顯或行為模式較為簡單的特定人群可以實現(xiàn)方便的模擬。其不足的地方在于對一些運動模式較為復(fù)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(xué)習(xí)等等?？只艩顟B(tài)下人群撤離運動仿真模型7。這個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等提出來的。其核心思想是建立在社會學(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(jīng)

10、過窄口是人群的移動變得不協(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(xiàn)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(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特定的恐慌狀態(tài)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(tài)下人群運動的行為特征與規(guī)律，并可以觀察到種種特定的典型現(xiàn)象，對于車站，商場等大型公共場所的

11、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(huán)境人群的行為特征和規(guī)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

12、行走；基于環(huán)境人群的行為特征和規(guī)律的知識，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；人群的知識表示的是每個人群的領(lǐng)頭人所擁有的人群信息。信念主要是指人群將會執(zhí)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(jiān)測等等。2)人員的心理狀態(tài)：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(dāng)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 Ho

13、dgins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(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(xué)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(tǒng)的一種擴展，與粒子系統(tǒng)相比其優(yōu)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?；趫鼍扒楣?jié)設(shè)置(scenarios)和規(guī)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(jié)設(shè)置和規(guī)則描述，并且好開發(fā)了便于交互描

14、述的情節(jié)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(chǔ)上一套較為成熟的人群模擬系統(tǒng)-FreeWalk and FlatWalk。這個模型對于場景，規(guī)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(guī)則的建立以及相互之間的學(xué)習(xí)能力較差。參考文獻 1 Bouvier E, Cohen E, Najman L. From crowd simulation to airbag deployment: Particle systems, a ne

15、w paradigm of simulationJ. Journal of Electronic Imaging. 1997, 6(1): 94-107. 2 趙道亮. 緊急條件下人員疏散特殊行為的元胞自動機模擬D. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2007. 3 孟俊仙，周淑秋，饒敏. 基于元胞自動機的人員疏散仿真研究J. 計算機工程與設(shè)計. 2009(01): 241-243. 4 劉真余，芮小平，董承瑋，等. 元胞自動機地鐵人員疏散模型仿真J. 計算機工程與應(yīng)用. 2009(27): 203-205. 5 陶平，張小英，馬恒亮. 基于元胞自動機模型的人員疏散仿真研究J. 計算機仿真. 2009(10

16、): 319-322. 6 李健. 考慮環(huán)境信息和個體特性的人員疏散元胞自動機模擬及實驗研究D. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2008. 7 Helbing D, Farkas I, Vicsek T. Simulating dynamical features of escape panicJ. NATURE. 2000, 407(6803): 487-490. 8 Kountouriotis V, Thomopoulos S C A, Papelis Y. An agent-based crowd behaviour model for real time crowd behaviour simu

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