一種行人動力學參數測取綜合實驗臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種行人動力學參數測取綜合實驗臺，包括移動式立板圍繞形成一定寬度的環形通道；環形通道上方的頂棚布設九臺紅外網絡高清攝像頭，對通道全方位覆蓋；移動式立板上布設RFID天線；環形通道外環布設六臺RFID讀寫器，并通過RFID數據傳輸線與RFID天線連接；頂棚的紅外網絡高清攝像頭經視頻數據傳輸線與視頻采集刻錄機和視頻處理器連接，RFID讀寫器與RFID信號接收處理器連接。本綜合實驗臺，是專門針對行人動力學參數測量的大型實驗臺。克服了實驗場景構建難、實驗數據處理繁雜緩慢對行人運動實驗開展的限制，能夠開展多種行人運動實驗，快速準確地得到行人的基本運動參數以及參數間的定量關系。
【專利說明】一種行人動力學參數測取綜合實驗臺
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于公共安全【技術領域】，具體涉及一種行人動力學參數測取綜合實驗臺，其對不同場景下的行人運動速度、流量、軌跡、步幅、步頻、擺幅等一系列動力學特征參數進行測量提取的實驗臺及系統。
【背景技術】
[0002]隨著世界城市人口的不斷增多，因人群密集而引發的群體踩踏事故頻頻發生，如2004年的麥加朝覲踩踏事故造成500人死傷；2004年的北京密云燈會踩踏事故造成37人死亡、數十人受傷；2010年的德國音樂節踩踏事故造成510人死傷。人群運動的安全問題已經引起世界各國高度重視，對各大城市的應急管理提出了挑戰。群體踩踏事故的發生通常都是先由行人運動、聚集形成高密度人群，而后高密度人群中發生的微小騷亂或擾動，弓丨發的人與人之間的相互作用力集聚最終使人群失穩造成踩踏。從技術層面上，為了防范踩踏事故的發生，最根本地就是需要掌握行人運動的特征與規律，對行人流的運動趨勢做出先期預測并進行適當干預，阻止高密度人群的形成。
[0003]當前，國內外學者對行人的運動特征研究方法主要有兩種:可控實驗法和計算機模型法。可控實驗法主要是根據建(構)筑物的結構特征或人員生理、心理特征來構建特定的場景并開展相似性實驗。可控實驗法可以得到行人運動的一些基本定量關系，如步幅-步頻、步幅-間距、速度-間距等；也可以得到人員基本運動特征及運動參量同建(構)筑物參數的關系，如瓶頸處的“拱形分布”、瓶頸處的流量流率和瓶頸寬度的關系、走廊及長通道中行人的速度流量等。計算機模型法主要利用數學建模和計算機編程的手段對人員運動系統進行模擬仿真，這種方法對場景的要求不高，同時又具有可重復性、參數可調、先期預測的特點，是目前行人動力學研究的主導。利用計算機模擬，研究者們重現了人員疏散中的復雜行為現象:在多出口建筑中出現的“人員從眾”行為；在疏散通道出現的“寬即是窄”的現象；在疏散出口出現的“快即是慢”現象等。
[0004]雖然目前的研究大多采用計算機模型法，但一般認為，基于可控實驗得出的行人基本運動參量關系的計算機模型更為精確可信，因為行人運動實驗得出的基本數據和定量關系是驗證理論模型準確性的直接依據，也只有準確的計算機模型才能即快速又準確地預測行人流的變化趨勢。然而，可控實驗法的不足在于:對實驗場地要求苛刻，某些實驗場景難以建立(如黑暗場景)，實驗后續的數據處理龐大繁雜。這些不足之處限制了實驗的開展，導致大多數理論模型缺乏真實數據的驗證。
[0005]行人運動是一種復雜的動力學過程，行人運動規律對于緩解交通阻塞、指導突發情況下的應急疏散疏導具有非常重要的現實意義。目前，研究方法主要包括理論建模和可控實驗兩個方面，而以理論建模為主導。行人運動實驗可以為理論模型的發展和驗證提供直接可靠的依據，但由于可控實驗的場景難于建立加之后續龐大繁雜的數據處理，可開展的實驗有限，導致理論模型無法得到驗證，這對于精確地研究行人流動特征是不利的。
[0006]本實用新型針對以上不足，提供了一種行人動力學參數測取綜合實驗臺系統，使其能夠開展多種行人運動實驗，快速準確地得到行人的基本運動參數以及參數間的定量關系，對行人運動理論模型的驗證、人員疏散模擬軟件的開發，提供充足的數據支持。

【發明內容】

[0007]本實用新型針對行人的微觀運動特征，提供了一種行人動力學參數測取綜合實驗臺，能夠開展多種行人運動實驗，快速準確地得到行人的多種基本運動參數及其相互關系，對行人運動理論模型的驗證、行人運動模型和軟件的開發，提供充足和準確的數據支持。
[0008]為了能夠開展如黑暗等特殊場景下行人運動實驗，并快速準確地得到行人的基本運動參數及其有關定量關系(速度、流量、步幅、步頻、擺幅、擺頻、速度-間距、密度-速度等)，本實用新型的目的在于提供一種行人動力學參數測取綜合實驗臺系統。
[0009]本實用新型實現上述目的的技術解決方案如下:
[0010]一種行人動力學參數測取綜合實驗臺，包括環形通道實驗臺1，環形通道實驗臺I位于長方形底面2上，環形通道I上方覆蓋頂棚3，底面2和頂棚3的尺寸一致；
[0011 ] 環形通道實驗臺I正上方的頂棚3上均勻安裝九個紅外網絡高清攝像頭4，對整個環形通道實驗臺I全方位無死角覆蓋；
[0012]環形通道實驗臺I由三十塊立板5圍成的外環和二十塊立板5圍成的內環圍繞而成，立板5安裝于立板底座11上；
[0013]環形通道實驗臺I外環的底面2上均勻布設六臺RFID讀寫器6 ；
[0014]環形通道實驗臺I外環的每塊立板5的上方布設一臺RFID天線7，天線7的方向指向通道內部，每臺RFID天線7通過RFID數據傳輸線14與RFID讀寫器6連接，每臺RFID讀寫器6與四臺RFID天線7連接；
[0015]紅外網絡高清攝像頭4通過視頻數據傳輸線13與視頻采集刻錄機8連接,視頻刻錄機8可清晰播放并錄制環形通道實驗臺I內的行人運動情況；
[0016]視頻刻錄機8通過網線12與兩臺視頻處理器9連接，將錄制的高清視頻傳輸給視頻處理器9 ；
[0017]RFID讀寫器6通過網線12與RFID信號接收處理器10連接。
[0018]本實用新型的有益技術效果體現在下述幾個方面:
[0019](I)在場景構建方面，實驗臺和測量系統具有可移動性，可快速構建所需的建筑結構場景，可適用于目前國內外已經開展的各種行人運動實驗，如環形單列、瓶頸實驗等，還可開展更豐富的擴展實驗和創新性實驗；
[0020](2)在特殊場景方面，實驗臺的紅外監測系統和無線識別的RFID技術，可開展完全黑暗場景下的行人運動實驗；
[0021](3)在實驗測量系統方面，采用先進的圖像處理方法和自主開發的RFID信號處理程序可以對行人運動的多項參數同時提取；
[0022](4)在參數提取效果方面，實驗臺采用傳統的視頻方法和新的RFID技術方法相互補充相互驗證，可以快速準確地提取豐富的行人動力學參數，這些動力學參數將為行人流理論模型的驗證、人員疏散模擬軟件的開發，提供充足的數據支持。
[0023]因此，本綜合實驗臺系統，是首個專門針對行人動力學參數測量的大型實驗臺。克服了實驗場景構建難、實驗數據處理繁雜緩慢對行人運動實驗開展的限制，又保證的了實驗的可重復性，對于開展科學研究和實際的建(構)筑物結構優化設計都有很大的應用價值。對道路、車廂、機艙的安全設計和評價也具有廣闊的應用前景和重要的實際指導意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本實用新型所述行人動力學參數測取綜合實驗臺一種實驗例的總體圖；
[0025]圖2是本實用新型所述行人動力學參數測取綜合實驗臺一種實施例的俯視圖；
[0026]圖3是本實用新型所述行人動力學參數測取綜合實驗臺一種實施例的側視圖；
[0027]圖4是本實用新型所述行人動力學參數測取綜合實驗臺一種實施例的立板側視圖；
[0028]圖5是本實用新型所述行人動力學參數測取綜合實驗臺一種實施例的實驗流程圖。
[0029]圖中標號:1-環形通道實驗臺；2-底面；3-頂棚；4_紅外網絡聞清攝像頭；5-立板；6-RFID讀寫器；7-RFID天線；8_視頻采集刻錄機；9_視頻處理器；10-RFID信號接收處理器；11-立板底座；12_網線；13-視頻數據傳輸線；14-RFID數據傳輸線。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖對本實用新型的實施例作詳細說明:本實施例在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述實例。
[0031]實施例:
[0032]參見圖1、圖2和圖3，一種行人動力學參數測取綜合實驗臺，包括環形通道實驗臺I，環形通道實驗臺I位于長方形底面2上，環形通道上方覆蓋頂棚3，底面2和頂棚3的尺寸一致，長度為11.95m，寬度為6.95m，底面2和頂棚3之間的高度為4.0m (如圖1)。
[0033]頂棚3上沿長度和寬度方向均勻安裝九個紅外網絡高清攝像頭4，攝像頭分辨率為1080P，攝像頭長度方向間隔2.2m，寬度方向間隔2.0m (如圖2)，攝像頭鏡頭方向垂直指向底面，鏡頭與底面2之間的高度為4.0m，九個攝像頭全部開啟可實現對環形通道實驗臺I的全方位覆蓋。
[0034]環形通道實驗臺I由三十塊立板5圍成的外環和二十塊立板5圍城的內環圍繞而成，外環長軸8.65m，外環短軸4.95m,內環長軸6.65m,內環短軸2.95m，通道寬度1.0m。立板5寬度0.8m,高度1.8m,厚度0.015m,安裝于立板底座11上,立板底座11使用15mm*60mm角鋼作支撐骨架，使用2mm厚鋼板作底板(如圖4)。
[0035]環形通道實驗臺I外環的底面2上均勻布設6臺RFID讀寫器6(如圖2)。環形通道實驗臺I外環的每塊立板5的上方布設一臺RFID天線7,天線7的方向指向通道內部,天線7安裝位置為立板5右側距底面1.5m處(如圖3、圖4)。每臺RFID天線7通過RFID數據傳輸線14與RFID讀寫器6連接，每臺RFID讀寫器6與四臺RFID天線7連接。
[0036]紅外網絡高清攝像頭4通過視頻數據傳輸線13與視頻采集刻錄機8連接，視頻刻錄機8可清晰播放并錄制環形通道實驗臺I內的行人運動情況；
[0037]視頻刻錄機8通過網線12與兩臺視頻處理器9連接，將錄制的高清視頻傳輸給視頻處理器9，視頻處理器9的圖像處理算法對視頻進行分析處理，得到行人運動軌跡等微觀運動參量；
[0038]RFID讀寫器6通過網線12與RFID信號接收處理器10連接，RFID信號接收處理器對接收的RFID信號數據進行分析處理，得到行人運動速度、流量等運動參量；
[0039]具體實驗測量過程是一定數量攜帶RFID標簽的行人在環形通道實驗臺I內部行走，紅外網絡高清攝像頭4和RFID天線7分別監測行人的運動和標簽的實時信息，視頻采集刻錄機8將接收到的視頻錄制并傳送到視頻處理器9，視頻處理器9通過內置的圖像處理算法提取行人的運動軌跡，進一步通過計算機應用程序提取出行人的步頻、步幅、擺幅、擺頻、間距-步幅、間距-速度等數據；RFID信號處理器通過內置的程序提取行人的瞬時速度、流量等數據，流程圖如圖5。
[0040]本實用新型未詳細闡述的部分屬于本領域的公知技術。
【權利要求】
1.一種行人動力學參數測取綜合實驗臺，其特征在于，包括環形通道實驗臺(I)，環形通道實驗臺(I)位于長方形底面(2)上，環形通道實驗臺(I)正上方覆蓋頂棚(3)，長方形底面(2)和頂棚(3)的尺寸一致； 環形通道實驗臺(I)正上方的頂棚(3)上均勻安裝九個紅外網絡高清攝像頭(4)，對整個環形通道實驗臺(I)全方位無死角覆蓋； 環形通道實驗臺(I)由三十塊立板(5)圍成的外環和二十塊立板(5)圍成的內環圍繞而成，所有立板(5)安裝于立板底座(11)上； 環形通道實驗臺(I)外環的長方形底面(2)上均勻布設六臺RFID讀寫器(6)； 環形通道實驗臺(I)外環的每塊立板(5)的上方布設一臺RFID天線(7)，該天線(7)的方向指向通道內部，每臺RFID天線(7)通過RFID數據傳輸線(14)與RFID讀寫器(6)連接，每臺RFID讀寫器(6)與四臺RFID天線(7)連接； 紅外網絡高清攝像頭(4)通過視頻數據傳輸線(13)與視頻采集刻錄機(8)連接,視頻采集刻錄機(8)可清晰播放并錄制環形通道實驗臺(I)內的行人運動情況； 視頻采集刻錄機(8)通過網線(12)與兩臺視頻處理器(9)連接，將錄制的高清視頻傳輸給視頻處理器(9); RFID讀寫器(6)通過網線(12)與RFID信號接收處理器(10)連接。
2.根據權利要求1所述的一種行人動力學參數測取綜合實驗臺，其特征在于，底面(2)和頂棚(3)的尺寸一致，長度為11.95m，寬度為6.95m，底面(2)和頂棚(3)之間的高度為4.0m0
3.根據權利要求1所述的一種行人動力學參數測取綜合實驗臺，其特征在于，紅外網絡高清攝像頭(4)分辨率為1080P，攝像頭長度方向間隔2.2m，寬度方向間隔2.0m，攝像頭鏡頭方向垂直指向底面，鏡頭與底面(2)之間的高度為4.0m，九個攝像頭全部開啟可實現對環形通道實驗臺(I)的全方位覆蓋。
4.根據權利要求1所述的一種行人動力學參數測取綜合實驗臺，其特征在于，每個立板(5)寬度0.8m,高度1.8m,厚度0.015m。
5.根據權利要求1所述的一種行人動力學參數測取綜合實驗臺，其特征在于，立板底座(11)使用15mm*60mm角鋼作支撐骨架,使用2mm厚鋼板作底板。
【文檔編號】G06K17/00GK203489906SQ201320135774
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年3月22日 優先權日:2013年3月22日
【發明者】宋衛國, 呂偉, 買煦, 劉曉棟, 陳蕾 申請人:中國科學技術大學