大型体育赛事场馆应急疏散引导人员分布方案生成方法

本发明属于体育赛事场馆运行服务及应急管理领域，具体涉及大型体育赛事场馆应急疏散引导人员分布方案生成方法。

背景技术：

1、随着经济快速发展，公众的文体娱乐需求大幅提升，大型体育赛事场馆作为重要的城市公共体育服务场所，具有占地面积大、使用频率高、观赛人群密集等特点，存在场馆坍塌、恐怖袭击、突发性火灾及人群踩踏等事故发生的可能性，容易造成严重的人员伤亡事件。为保障突发事故情形下人群能够快速、高效地疏散，减少人员伤亡，降低经济财产损失，突发情形下人群高效的安全疏散至关重要。大型体育赛事场馆往往会招募大量工作人员及志愿者，他们作为场馆中的引导人员，对场馆环境更加熟悉，在应急疏散中起着重要的作用。合理的引导人员位置及数量能有效的提高疏散效率。因此必须要有一种有效方法来测算引导人员的需求规模，及引导人员位置分布，为管理者提供辅助决策支持。

2、大型体育赛事的引导人员设置问题研究较少，现有大型体育赛事的应急疏散引导人员需求测算及分布方案主要依仗于管理者的经验，尚未有相关理论依据作为支撑，至今仍缺乏一种严格高效的科学决策方法。此外，多数研究基于疏散场景内的出口、障碍物等环境因素设置引导作用方式，但在环境相对空旷、人员密集的大型体育赛事场馆内并不完全适用。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明提出大型体育赛事场馆应急疏散引导人员分布方案生成方法，在遵循避免出现引导不足，同时减少引导过剩的原则上，更加科学的设置引导人员，有助于提高疏散效率。通过导入大型体育赛事场馆图纸建立疏散模型，基于场馆内人员的疏散路径，将场馆各楼层划分为更为细致的疏散子区域，进行人员疏散模拟仿真，得到整个赛事对于引导人员的需求量与位置分布方案。

2、为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

3、大型体育赛事场馆应急疏散引导人员分布方案生成方法，包括如下步骤：

4、步骤一：在考虑行人视野范围和行人平均移动速度的情况下，定义行人b向元胞(i,j)移动的概率pb(xij)的规则；由熵的定义提出行人移动概率熵的概念，得到行人移动概率熵的计算公式如下所示：

5、

6、其中：hb(xij)代表元胞(i,j)内行人b的移动概率熵；pb(xij)代表行人b向元胞(i,j)移动的概率。

7、步骤二：结合引导人员的作用方式规律，确定引导人员作用范围si；由引导人员作用范围所覆盖的疏散场景的面积sc与疏散场景面积的关系确定引导人员设置数量公式：

8、si＝πli2

9、sc-s≥0

10、其中：si代表引导人员i的引导作用范围，单位m2；li代表引导人员i的可视范围，单位m；sc代表引导作用所覆盖的疏散场景的面积，通过模拟得到，单位m2；s代表疏散场景面积，单位m2；

11、步骤三：确定引导人员位置和数量。

12、步骤四：在给定人员应急疏散场景条件下，通过导入疏散场景模型，对人员疏散进行模拟仿真，得到整个赛事对于引导人员的需求与分布方案。引导人员的需求与分布方案具体为：引导人员的总需求量、引导人员的具体位置。

13、本发明中，所述的元胞为正方形，且宽度相同。行人在某一时刻运动至任意元胞的概率之和为1。

14、本发明把疏散场景内的所有疏散人群看成整个离散系统，依据每个疏散行人向任意元胞移动的概率，计算整个疏散场景内所有元胞的熵值。

15、元胞内行人的移动概率熵为每个元胞周围相邻的八个元胞熵值之和，可以作为衡量疏散人员移动混乱程度的依据。

16、本发明中，行人在空旷场景下的可视范围设置为10m。

17、在考虑行人视野范围和移动速度的情况下的行人b向元胞(i,j)移动的概率存在三种情况：pb(xij)＝0、pb(xij)＝1、pb(xij)＝pij。

18、t1时刻元胞(i,j)区域内存在行人时，pb(xij)＝0；t1时刻元胞(i,j)区域内不存在行人，且元胞(i,j)区域处的可视范围内不存在行人时，pb(xij)＝0；t1时刻元胞(i,j)区域内不存在行人，元胞(i,j)区域处的可视范围内存在一个行人a，且daij＞va*t1时，pb(xij)＝0。

19、t1时刻元胞(i,j)区域内不存在行人，元胞(i,j)区域处的可视范围内存在一个行人a，且daij≤va*t1时，pb(xij)＝1。

20、t1时刻元胞(i,j)区域内不存在行人，元胞(i,j)区域处的可视范围内存在多个行人时，pb(xij)＝pij。

21、其中：t1表示元胞(i,j)区域内人员密度达到最大的时刻，va代表行人a的平均移动速度，单位m/s；daij代表行人a在t1时刻与元胞(i,j)的直线距离，单位m；pij为一般情形下行人向元胞(i,j)移动的概率，计算公式如下：

22、pij＝nξijexp[kssuv+kddij]

23、其中：pij代表一般情形下行人向元胞(i,j)移动的概率，n为归一化因子，当元胞(i,j)被行人占据时ξi,j＝1，当元胞(i,j)未被行人占据时ξi,j＝0，suv代表静地板场场值，dij代表动地板场场值。

24、本发明在不考虑疏散边界和障碍物的情况下，引导人员的作用方式由引导中心向四周扩散，引导作用覆盖区域为圆形，引导作用范围为引导人员的可视距离内的面积。

25、本发明所述的引导现象包括引导过剩现象和引导不足现象。

26、引导人员过剩指：引导人员的引导范围完全覆盖整个疏散场景，但在不同引导人员的引导范围出现重合区域，该区域内行人会受到多种引导作用影响，从而加深行人对疏散环境的理解障碍，增加其疏散路径。

27、引导人员不足指：引导人员的引导范围不能完全覆盖整个疏散场景，未覆盖区域内行人未能受到引导作用的影响。

28、引导过剩现象和引导不足现象的差异与引导作用所覆盖的疏散场景的面积sc和疏散场景面积s有关。sc＞s，则表现为引导过剩现象；sc＜s，则表现为引导不足现象。

29、为使整个疏散场景内的人员均受到引导作用影响，在制定引导策略时，遵循避免出现引导不足现象，同时减少引导过剩现象的原则。

30、本发明中，引导作用所覆盖的疏散场景的面积sc是通过模拟得到的。模拟过程中先确定每个引导人员的位置，通过计算得到每个引导人员作用的区域。

31、步骤三的具体过程为：

32、(3-1)确定t1时刻疏散场景内每个元胞(i,j)内的行人移动概率熵h(i,j)，确定各区域内行人移动概率熵最大的元胞集合{h1,h2…}，在此元胞合集内所有元胞处设置引导人员。

33、(3-2)通过模拟得到此时引导作用所覆盖的疏散场景的面积sc，并于疏散场景的面积s进行对比，若sc＜s，则产生引导不足现象，确定引导范围未覆盖的疏散区域su，确定su区域内行人移动概率熵最大的元胞(m,n)，在元胞(m,n)位置设置引导人员，进行疏散模拟仿真，得到疏散时间t1；若sc＞s，则产生引导过剩现象，适当减少引导人员，通过疏散模拟仿真，得到疏散时间t1。

34、(3-3)不断重复上述迭代工作，直到满足疏散时间t1＜原始疏散时间t，最后输出最优解，最优解为引导人员的具体数量和位置分布方案。

35、原始疏散时间t是未设置引导人员时通过疏散模拟得到的疏散时间。

36、本发明对于所设定的体育场馆应急疏散场景，基于场馆内人员的疏散路径，将场馆各楼层划分为更为细致的疏散子区域，实施应急疏散仿真，得出应急疏散时间、引导人员数量及引导人员位置等要素信息。

37、本发明具有以下优点：

38、(1)现有技术多数基于个人经验确定引导人员位置。本发明通过考虑行人移动概率熵，能够更准确地确定引导人员的位置，以最大程度地优化疏散效率。

39、(2)现有技术多数平均分配引导人员。本发明精准地确定引导人员的作用范围，确保引导人员的分布足够覆盖疏散场景，减少引导过剩，可以更有效地利用资源。

40、(3)现有技术对整个疏散场景进行模拟。本发明将疏散场景划分为多个疏散子区域，进行人员疏散仿真，有助于更准确地模拟人员疏散过程，提高疏散结果的精确度。