张诗波

    行人碰撞检测及避碰算法是行人决策模型中很重要的一部分，它是使仿真场景看起来更真实、尽量避免两行人相互“交迭”的保障。当行人与其他交通参与者或环境没有冲突时，行人在自驱动力、排斥力、提前避让力的作用下运动；当检测到冲突时，行人模型便调用避碰算法进行行为决策。

碰撞检测不仅要求精度要尽量高，而且要求算法尽量简单，运算速度尽量快。  许多专家对碰撞检测技术进行了研究，并相继提出了包围盒法、距离跟踪法、八叉数法、分割过滤法等算法。在实际应用中，具体选择哪一种碰撞检测算法，要根据具体的精度要求和计算机能力来决定。本文采用包围盒法来进行行人的碰撞检测，其原理为：

在计算机中实体的运动就是实体从一个空间坐标点跳到另一个空间坐标点。所谓“平滑的”的移动也是通过减少跳动的距离来实现的。实体运动得越快，它在固定时间内跳过的距离就越大。若实体在两帧之间跳过的距离过大，则会发生“细节丢失”现象。因为，其它实体有可能正好在两帧之间实体所跳过的距离范围内经过。因此，需将检测延伸至运动的间隙，此为“运动间隙的填充”。为了解决“细节丢失”的问题，须建立一个围绕实体的“Speedbox”, “Speedbox”是一个包围了实体的移动可能经过空间的包围盒。当检测碰撞时，可用“Speedbox”代替实体的实际形状（如图2-18中的矩形盒）。在行人仿真中，我们用圆或圆柱（见2.3.1）来作为行人的包围体，该包围体在一步长时间内移动的空间范围即为行人碰撞检测中的“包围盒”（平面或立体包围盒）。当两行人个体在同一时间步长内的包围盒有交迭，即检测到碰撞。

 

图2-18 物体运动包围盒

实际上，为了提高仿真的运行效率，不可能每两个体之间就要调用一次包围盒的碰撞检测算法，这也没有必要。在实际的仿真中，考虑到仿真的时间步长较小，且行人的运动速度较慢，我们考虑行人一般只搜索威胁最大的个体检测碰撞，比如运动前方距离最近的一个；而且对于边界的碰撞检测优先于人的检测。行人碰撞检测的原理见图2-19，以行人 为主体，检测是否会与行人 碰撞，图中AB、A^{`</sup>B<sup>`}的长度是碰撞检测的阈值，记为x。有两种情况：交叉碰撞（a）、同道碰撞（b）。

（a）交叉碰撞检测算法

考虑到计算机仿真向量运算的效率，碰撞检测算法模型为：

由于仿真中，运动数据是以向量的形式运算的，而向量运算中d_ij 、d_ij' 、a 、b 、c 等数据都可以比较容易的获得，所以，2-12的碰撞检测算法在实际仿真中运算效率较高。

（b）同道碰撞检测算法

同道碰撞是指两行人当前行走方向大致相同或相反时发生的碰撞，这种碰撞用交叉碰撞算法不能检测。同道碰撞检测算法为：

 这里 位置的涵义与交叉碰撞检测算法中的 位置有所不同，这里的 位置指行人 当前帧位置与下一帧位置中距离 较近的一个位置。

其中 a为行人i 速度方向与连线之间夹角。

下面我们讨论检测到碰撞后行人如何决策。

在避碰决策中，无外乎有三种避碰方法：

ü  减速或暂停：等他人先通过后自己再前进，不改变速度方向；

ü  快速通过：在可控制的范围内，加快行走速度，快速通过冲突区，避免碰撞，不改变速度方向；

ü  绕道：改变当前的行进方向，绕开冲突区，避免碰撞。

选择哪种避让方式，与个人的性格特征以及出行目的有很大关系。由于行人是一个慢速系统，而且仿真的时间步长一般都小于1秒，这样，在每个时间步长内Agent的移动距离是比较小的，另外，在实际中，行人往往具有礼让的特征，因此，Agent在检测到碰撞之后，一般采取减速或暂停的措施，如果需要，前进方向可以做一定的调整。调整后，速度满足以下关系：

________________________________________________________________________ 

以上内容出自本人的硕士论文,转载、引用请注明出处:

张诗波.基于Agent的行人交通微观仿真建模与分析[D].昆明:昆明理工大学,2007.

Zhang shibo(2007).Agent-based modeling and analysis of microsimulation of pedestrian traffic.MS thesis,Kunming University of Science and Technology,China(In Chinese).

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自张诗波科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-435786-373681.html

上一篇：OREMS应急疏散仿真软件
下一篇：基于PTSim的单向行人流实验