專利名稱：用于產生粒子流的裝置和方法及其用于在對向的人流的情況下改善人流的模擬以及尤其 ...的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據主權利要求的前序部分所述的裝置，以及根據并列權利要求所述的方法和應用。
背景技術：
在人大量出現的各處，形成群體典型的(massentypisch)現象。例如如果在群體集會時突發恐慌，則若干這些現象使身體和生命的安全受到威脅。另外的現象允許適當的引導措施，以便在技術和經濟方面有效地形成流程(Ablhfe)。對此的示例是在例如在足球場及其周圍環境中群體集會之后地區的“疏散”，或者在交通高峰時間街道交通的引導。根據現有技術，已經存在一些方案，用于模擬尤其是人和汽車流。然而，常規的方案具有缺點，所述缺點限制群體現象的精確映射(Abbildimg)以及從而限制模擬結果的可用性。尋求解決方案，所述解決方案消除此處所描述的方法中的一些常規缺點，以便如此獲得人流的有效率的建模和模擬，其構成命令和控制中心的模塊，即用于粒子流、尤其是人流的控制單元。為了規劃大的建筑物或大眾化運輸工具，以常規方式使用人流模擬器，以便在盡可能早的規劃階段識別出例如通道或樓梯中的窄處和沖突點以及充足地確定基礎設施的尺寸。常規人流模擬器的首要目標是在異常事件的情況下、例如在火災爆發的情況下計算疏散時間，以便能夠在疏散時間提供由立法者要求的證明。通常選擇的人流模擬方案是基于“單元狀態自動機(zellul&en Zustandsautomaten)”[l]的裝置和方法。在此，利用單元網格(Zellgitter)來覆蓋區域、 例如街道。在
圖1中例如選擇了六邊形的網格。方形的單元(Zell)同樣也是常用的。每個單元可以采取不同的占用狀態，例如被填充，更確切地說用障礙物填充，或者由人占據， 或者是空的。隨著時間的流逝通過規則組或者自動機來更新這樣的狀態。以下的子模型及其交互作用包含所述自動機的核心構思
-目標模型確定，粒子/人如何向目標移動。-對于粒子或人移動的模型確定，粒子/人彼此間如何行為。-障礙物模型定義，粒子/人如何繞障礙物移動。在此情況下下述方案得以證明所述方案模仿來自電子設備的物理學的已知機制。這在表達中通過勢場(Potenzialfeld)來實現。目標吸引粒子/人，像正電荷吸引電子那樣。勢場的強度在現有技術[1]中被確定為人/粒子與目標的歐幾里德距離的函數。對此為了更好地理解給出示例
點狀目標的勢場由利用因數S定標的當前所研究的人的目標ζ的坐標得到。_表示歐幾里德范數(euklidische Norm)。相應于兩維空間
中的錐體，定標因數S確定目標勢的開口(Gffrumg)的寬度。公式1示出利用加權因數S的點狀目標的勢函數的示例
公式
權利要求
1.用于產生在裝置的空間區域上粒子(3)的借助于第一檢測設備(1)檢測的移動的裝置(I)，其中所述區域利用單元網格(5)覆蓋，并且每個單元能夠采取不同的占用和總勢狀態，所述不同的占用和總勢狀態借助于計算機設備(9)和控制設備(7)來調節并且隨著時間的流逝進行更新，其中給每個單元分配目標勢以及分配障礙物勢，所述目標勢確定粒子 (3)如何被目標(Z)吸引，所述障礙物勢確定粒子(3)如何被障礙物(H)排斥，以及其中給每個粒子(3)分配粒子勢，其中單元中的總勢由所述單元中目標勢和障礙物勢的值以及所述單元的相鄰單元中的借助于第一檢測設備(1)檢測的粒子(3)的粒子勢組成，以及粒子(3) 從相應的起始單元(S)出發分別從一個單元轉換到具有最小總勢的相鄰單元中，其特征在于，由粒子(3)的借助于第一檢測設備(1)檢測的移動方向和相鄰粒子(3)的移動方向組成的差向量的范數作為加權因數一起被包含到相應粒子勢的借助計算機設備(9)實施的計算中。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，相應的新粒子勢借助于計算機設備(9)按照下面的公式計算其中c (α)是差向量的范數。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，借助于計算機設備(9)按照下面的公式來計算差向量的范數ar: Fe· 4 Λ \ 一 J Ks ch ba ι,其中a和b是加權因數其中丨是粒子(3)的標準化的方向向量。
4.根據權利要求1、2或3所述的裝置，其特征在于，粒子(3)的標準化的方向向量借助于所述計算機設備(9)按照下面的公式來計算31 η αvia ι，其中α說明移動方向與粒子(3)的目標的借助于所述第一檢測設備(1)檢測的角度。
5.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述粒子勢Pot(0)借助于計算機設備(9)通過所述粒子(3)彼此間的借助于所述第一檢測設備(1)檢測的歐幾里德距離的函數來確定。
6.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，目標勢和障礙物勢分別通過粒子(3)與目標的以及粒子(3)與障礙物的借助于所述第一檢測設備(1)檢測的歐幾里德距離的函數來確定。
7.根據權利要求5或6所述的裝置，其特征在于，所述歐幾里德距離的函數是線性、二次或者指數函數。
8.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，借助于第二檢測設備(12)來檢測真實對象移動，用于初始化粒子位置、起始單元、目標以及粒子速度。
9.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，用于分析借助于所述第一檢測設備(1)檢測的粒子移動的分析設備(11)。
10.根據權利要求9結合權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述分析設備(11)產生到中央控制臺(13)的控制脈沖。
11.根據權利要求10所述的裝置，其特征在于，用于控制建筑物元件(15)的中央控制臺。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特征在于，建筑物元件(15)是門、窗、指示牌、揚聲器、升降機、自動扶梯和/或光源。
13.用于產生粒子流的方法，具有步驟-提供具有在空間上利用單元網格(5)覆蓋的區域的裝置，其中每個單元采取不同的占用和總勢狀態，所述不同的占用和總勢狀態借助于控制設備(7)和計算機設備(9)來調節，其中給每個單元分配目標勢以及分配障礙物勢，所述目標勢確定粒子(3)如何被目標 (Z)吸引，所述障礙物勢確定粒子(3)如何被障礙物(H)排斥，以及其中給每個粒子(3)分配粒子勢，其中單元中的總勢由所述單元中目標勢和障礙物勢的值以及所述單元的相鄰單元中的借助于第一檢測設備(1)檢測的粒子(3)的粒子勢組成，-在相應的初始單元(S)處定位粒子(3)，其中之后所述粒子(3)分別從一個單元轉換到具有最小總勢的相鄰單元中；-借助所述第一檢測設備(1)檢測所述粒子(3)的位置；-借助所述第一檢測設備(1)、計算機設備(9)和控制設備(7)更新總勢狀態，其特征在于，由粒子(3)的借助于第一檢測設備(1)檢測的移動方向和相鄰粒子(3)的移動方向組成的差向量的范數作為加權因數一起被包含到相應粒子勢的借助于計算機設備(9)實施的計算中。
14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，相應的新粒子勢借助于計算機設備(9) 按照下面的公式計算
15.根據權利要求13或14所述的方法，其特征在于，借助于計算機設備(9)按照下面的公式來計算差向量的范數
16.根據權利要求13、14或15所述的方法，其特征在于，粒子(3)的標準化的方向向量借助于所述計算機設備(9)按照下面的公式來計算
17.根據權利要求13至16中任一項所述的方法，其特征在于，所述粒子勢Pot (0)借助于計算機設備(9)通過所述粒子(3)彼此間的借助于所述第一檢測設備(1)檢測的歐幾里德距離的函數來確定。
18.根據權利要求13至17中任一項所述的方法，其特征在于，目標勢和障礙物勢分別通過粒子(3)與目標的以及粒子(3)與障礙物的借助于所述第一檢測設備(1)檢測的歐幾里德距離的函數來確定。
19.根據權利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述歐幾里德距離的函數是線性、 二次或者指數函數。
20.根據權利要求13至19中任一項所述的方法，其特征在于，借助于第二檢測設備 (12)來檢測真實對象移動，用于初始化粒子位置、起始單元、目標以及粒子速度。
21.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，分析設備(11)分析借助所述第一檢測設備(1)檢測的粒子移動。
22.根據權利要求21結合權利要求20所述的方法，其特征在于，所述分析設備(11)產生到中央控制臺(13)的控制脈沖。
23.根據權利要求22所述的方法，其特征在于，所述中央控制臺控制建筑物元件(15)。
24.根據權利要求23所述的方法，其特征在于，建筑物元件(15)是門、窗、指示牌、揚聲器、升降機、自動扶梯和/或光源。
25.根據權利要求1至12中任一項所述的裝置的應用，用于模擬和/或控制對象流、人流或動物移動。
26.根據權利要求13或24中任一項所述的方法的應用，用于模擬和/或控制對象流、 人流或動物移動。
全文摘要
本發明涉及一種用于產生在區域中移動的粒子(3)的裝置和方法。本發明的目的是如此改善用于產生粒子流的裝置和方法，使得能夠實現人流的切合實際的模擬。此外，還建議，將由粒子(3)的移動方向與相鄰粒子(3)的移動方向組成的差向量的范數作為加權因數一起包含到粒子勢計算中。根據本發明，改善用于模擬人流的常規方法。
文檔編號G06N3/00GK102257519SQ200980151041
公開日2011年11月23日 申請日期2009年12月16日 優先權日2008年12月17日
發明者A.邁斯特, G.克斯特, W.克萊因 申請人:西門子公司