(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211188114.4 (22)申请日 2022.09.28 (71)申请人 河北汉光重 工有限责任公司 地址 056002 河北省邯郸市经济开发区和 谐大街8号 (72)发明人 杨丹青　李珊如　乔晓辉　黄亚楠　 (74)专利代理 机构 北京艾纬铂知识产权代理有 限公司 16101 专利代理师 许姣 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 10/04(2012.01) (54)发明名称 基于数字孪生技术的人群集结疏散仿真系 统及方法 (57)摘要 本发明提出一种基于数字孪生技术的人群 集结疏散仿真系统及方法， 解决了目前人群仿真 仿真度不高、 交互性差、 策略无法迭代优化的问 题。 用户输入模块用于用户输入仿真系统的限定 条件； 模型建立模块用于根据用户输入的限定条 件建立物理实体的1:1数字三维模型； 物理实体 数据采集模块获取现实中集结疏散重要监测点 的人群速度、 人流量物理实体的属性数据， 并将 所述属性数据反馈到数字虚拟体策略生成模块； 数字虚拟体策略生成模块用于虚拟仿真系统中 集结疏散过程策略的生成和仿真； 策略迭代优化 模块用于将物理实体数据采集模块采集到的物 理实体数据与数字虚拟体策略生成模块产生的 策略数据相融合， 并对物理实体的行为和状态进 行实时优化。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115510652 A 2022.12.23 CN 115510652 A 1.一种基于数字孪生技术的人群集结疏散仿真系统， 其特征在于， 包括： 用户输入模 块、 模型建立模块、 物理实体数据采集模块、 数字虚拟体策略生成模块和策略迭代优化模 块； 其中： 所述用户输入模块用于用户输入仿真系统的限定条件； 所述模型建立模块用于根据用 户输入的限定条件建立物理实体的1:1数字三维模型； 所述物理实体数据采集模块获取现 实中集结疏散重要监测点的人群速度、 人流量物理实体的属 性数据， 并将所述属 性数据反 馈到数字虚拟体策略生 成模块； 所述数字虚拟体策略生成模块用于虚拟仿 真系统中集结疏 散过程策略的生成和仿 真； 所述策略迭代优化模块用于将物理实体数据采集模块采集到的 物理实体数据与数字虚拟 体策略生成模块产生的策略数据相融合， 并对物理实体的行为和 状态进行实时优化。 2.如权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的人群集结疏散仿真系统， 其特征在于， 所述限定条件包括集结地点、 疏散地点、 重要监测点、 集结疏散总人数、 集结疏散时间、 集结 疏散人员年龄段比例、 性别比例数据。 3.如权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的人群集结疏散仿真系统， 其特征在于， 所述三维模型包括环境建模和人群建模， 其中每种建模包括三维可视化模块和数据存储模 块两部分， 所述三维可视化模块用于对环境模型和人群模型进行三维展示， 用户通过该模 块获知集结和疏散场景。 4.如权利要求3所述的一种基于数字孪生技术的人群集结疏散仿真系统， 其特征在于， 所述环境模型包括建筑物、 道路、 交通灯、 其他障碍物， 其按照真实环 境数据进 行1:1三维建 模， 真实还原人群集结 疏散过程涉及到的环境信息 。 5.如权利要求3或4所述的一种基于数字孪生技术的人群集结疏散仿真系统， 其特征在 于， 所述人群模型按照用户输入 模块中人员属性信息进行1:1三维建模。 6.如权利要求3或4所述的一种基于数字孪生技术的人群集结疏散仿真系统， 其特征在 于， 所述环境建模中的数据存储模块用于存储静态路径拓扑信息和重要监测点实时动态信 息， 是数字虚拟体策略生成模块中路径规划的输入数据； 所述人群建模中的数据存储模块 用于存储集结疏散过程人员总 数、 人员的年龄及性别比例等信息， 是数字虚拟体策略生成 模块中人群行为决策的输入数据。 7.如权利要求1或2或3或4所述的一种基于数字孪生技术的人群集结疏散仿真系统， 其 特征在于， 所述物理实体数据采集模块包括视频流输入和数据计算两部分； 所述视频流输 入部分将重要监测点的实时视频流数据输入至数据计算部 分； 所述数据计算部 分对输入的 实时视频流进 行人脸识别处理， 计算单位时间内人员数量， 得到重要监测点人群速度、 人流 量物体实体的属性数据。 8.如权利要求1或2或3或4所述的一种基于数字孪生技术的人群集结疏散仿真系统， 其 特征在于， 所述数字虚拟体策略生成模块包括路径规划和人群行为决策两部分， 所述路径 规划部分根据环境建模中的路径拓扑信息及人群属性信息进 行全局路径规划， 并采用ORCA 算法进行路径局部避障； 所述人群行为决策部分根据用户输入的人群属 性信息， 基于社会 力模型计算得到个 体实时速度、 方向及加速度。 9.一种基于数字 孪生技术的人群集结 疏散仿真方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤一、 用户通过用户输入 模块输入集结 疏散仿真的限定条件；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115510652 A 2步骤二、 模型建立模块根据用户输入的限定条件信息， 按照物 理实体1:1进行环境和人 群建模； 步骤三、 数字虚拟体策略生成模块根据所述环境和人群建模数据进行路径规划和人群 行为决策； 步骤四、 物理实体按照数字虚拟体策略数据进行集结或疏散， 然后物理实体数据采集 模块实时将计算得到的重要监测点人流量、 人群速度数据输入到仿真系统中， 环境模型根 据物理实体数据生成重要监测点动态路径信息， 系统按照步骤三 实时更新数字虚拟 体策略 数据， 并将其与数字虚拟体策略产生的对应数据进行比较， 判断拥挤 程度。 10.如权利要求9所述的基于数字孪生技术的人群集结疏散仿真方法， 其特征在于， 步 骤三具体步骤如下： 3.1根据环境建模数据以及用户输入的<集结点， 疏散点>信息， 采用A*算法计算得到全 局最优路径； 3.2根据用户输入的人群总数、 性别比例、 年龄段比例信息， 计算得到各性别人数以及 各年龄段人数， 按照<性别， 年龄段>对人群进行划分， 然后基于改进型社会力模型， 计算得 到各特定人群的速度和 加速度； 3.3根据所述各特定人群的速度和加速度计算采用最优路径集结或疏散所用的时间， 若该时间比用户输入的集结或疏散时间短， 则该最优路径即为人群集结或疏散的路径， 各 特定人群的速度、 加速度和方向即为系统生成的人群行为决策， 反 之， 进入步骤3.4； 3.4继续采用A*算法计算全局次优路径， 对各特定人群按比例进行人数划分， 使一部分 人走最优路径， 另一部 分人走次优路径， 再次计算集结或疏散所用时间， 将该时间与用户输 入的集结或疏散时间进 行比较， 若能满足用户输入时间， 则得到系统生成的人群行为决策， 否则继续重复该步骤， 直至系统计算得到的集结或疏散时间能满足用户输入时间。 11.如权利要求10所述的基于数字孪生技术的人群集结疏散仿真方法， 其特征在于， 对 于每条全局最优路径， 均采用ORCA算法进行路径局部避障。 12.如权利要求10或11所述的基于数字孪生技术的人群集结疏散仿真方法， 其特征在 于， 所述与数字虚拟体策略产生的对应数据进行比较， 具体为： 若某个重要监测点物 理实体数据与数字虚拟体数据之差 a小于0， 则根据物 理实体数据 对数字虚拟 体策略进 行实时优化； 若a大于某个阈值γi， 则认为该重要监测点拥挤度较高， 即将发生拥挤或踩踏事故， 则人工对物理实体进行实时疏散， 并将实时数据实时反馈给数 字虚拟体。 13.如权利要求10或11所述的基于数字孪生技术的人群集结疏散仿真方法， 其特征在 于， 设置4级预警， 分别为0级通畅， 1级拥挤， 2级严重拥挤， 3级重度拥堵， 分别对应四个阈值 γ0， γ1、 γ2和γ3， 若为2级以上 预警则认为拥挤度较高。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115510652 A 3