(57)【要約】【課題】  歩行者の自然な群集行動を再現可能な歩行者シミュレーションシステムを提供する。【解決手段】  本発明は、群集行動を予測するオブジェクト指向の歩行者シミュレーションシステムにおいて、各室毎且つ各室の目標物毎に距離ポテンシャルを格子点上に生成した距離格子を生成する手段と、各歩行者に対して他のオブジェクトとの衝突を判定する衝突判定領域を面データとして与える手段と、前記距離格子に基づいて各歩行者の目標物への方向を決定する手段と、前記衝突判定領域の重なりの有無により歩行者の衝突の判定を行う手段と、前記衝突の判定により衝突が発生しなくなるまで歩行者の位置の計算を行う手段とを備えていることを特徴とし、複数の目標物がある場合に歩行者が妥当な目標物を的確に選択することができ、歩行者の自然な群集行動を再現することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
群集行動を予測するオブジェクト指向の歩行者シミュレーションシステムにおいて、
各室毎且つ各室の目標物毎に距離ポテンシャルを格子点上に生成した距離格子を生成する手段と、
各歩行者に対して他のオブジェクトとの衝突を判定する衝突判定領域を面データとして与える手段と、
前記距離格子に基づいて各歩行者の目標物への方向を決定する手段と、
前記衝突判定領域の重なりの有無により歩行者の衝突の判定を行う手段と、
前記衝突の判定により衝突が発生しなくなるまで歩行者の位置の計算を行う手段と、
を備えていることを特徴とする歩行者シミュレーションシステム。
【請求項２】
歩行者が目標物を直接視認可能な位置にいる場合には、前記距離格子に拘わらず、歩行者を直接目標物に向かわせる手段を備えている請求項１に記載の歩行者シミュレーションシステム。
【請求項３】
前記衝突判定領域が複数設けられ、歩行者の状況に合わせて前記衝突判定領域を選択可能なように構成されている請求項１又は請求項２に記載の歩行者シミュレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、設計実務において、施設の規模設定や避難計画に適用可能なオブジェクト指向の歩行者シミュレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、歩行者シミュレーションシステムのモデルとしては、流体モデルとメッシュモデルの二つが主流であった。流体モデルは、部屋から廊下を通って階段に至るまでの経路をネットワークで表現することにより空間のモデル化を行い、人の流れを出入口のネック（ネットワーク上のノード）によって制御することにより歩行者のモデル化を行う点に特徴があった。また、メッシュモデルは、平面全体をメッシュ分割することにより空間のモデル化を行い、人をそれぞれのメッシュ間で移動させることにより歩行者のモデル化を行う点に特徴があった。
【０００３】
しかしながら、流体モデルには、混雑した状態を正確に再現できない問題があり、また、メッシュモデルには、設計実務において、現実の平面に適用する場合にメッシュサイズとの整合ができないなどの問題があった。
【０００４】
そこで、これらの問題点を解消するため、近年、実座標型オブジェクト指向の歩行モデルが提案されている。実座標型オブジェクト指向歩行モデルの特徴は、
（１）空間のモデルが実座標系で記述でき、平面形状などをそのままモデルに取り入れられる；
（２）複数の人が建物内の部屋、出入口、通路の空間条件に対応しながら歩行する状況を再現できる；
（３）複数の人が他の歩行者の動きに対応し回避行動などを取り入れながら歩行する状況を再現できる；
（４）個々の人に共通の歩行のメカニズムを定義することで行動を再現できる；
（５）歩行のメカニズムが共通であっても、個々の人が置かれた状況、例えば出入口からの距離、目的地の方向、他人の位置などの違いに応じて、個人ごとに違った行動を再現できる；
ことである。
【０００５】
これまでに研究開発されているこの種の実座標型オブジェクト指向歩行モデルの代表的なものとしては、例えば、岡崎モデル、海老原・掛川モデル、神戸大モデル、Simulexの４つが挙げられる。これらのモデルは、いずれも歩行者の進行方向を決定する要因として、目的物からの距離に応じたポテンシャルという概念を取り入れている。（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）
【特許文献１】特開平１０−３０７８６４号公報
【非特許文献１】IntegratedEnvironmental Solutions社のSimulex
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記した従来の実座標型オブジェクト指向歩行モデルは、前記ポテンシャルの設定方法と複数扉の選択の点において以下のような問題点を有していた。
【０００７】
すなわち、岡崎モデルは、物理学的磁気モデルを基にしてポテンシャルの設定を行っており、歩行者をもっともらしく動かすためには様々な試行錯誤が必要なため、ポテンシャルの設定が困難であった。また、全体として一つの磁場を想定しているため、歩行者は自分の現在位置に一番近い扉のみを目指してしまい、複数の扉がある場合に妥当な扉を選択できないといった問題があった。
また、海老原・掛川モデルは、ポテンシャルの設定に関して岡崎モデルと同様の問題を有すると共に、対象となる扉を出口につながる扉に限定し、扉の通過人数を明示的に制限しているため、扉部分で押し合っている状況などの再現ができないといった問題があった。
さらに、神戸大モデルは、建具（扉）や什器をポテンシャルの中心に配置しており、そのポテンシャルの配置が自由で、設計者になじみのある対象物単位であるため、理解しやすいが、単室内のシミュレーションを想定しており、複数室間の移動については定義していなかった。また、あらかじめ指定した特定の扉のみに向かうように設定されているため、複数の扉がある場合に妥当な扉を選択できないといった問題があった。
さらにまた、Simulexでは、図６に示されているように、歩行者１から最終的な避難目的地（外部、もしくは階段室）２への最短距離を示すポテンシャルをプランから自動的に生成し、そのポテンシャルに沿って歩行者１が移動するため、歩行者１は避難目的地２への最短経路をたどり、一つの扉４しか利用しないため、複数の扉３，４がある場合に妥当な扉を選択できないといった問題があった。
【０００８】
このように、上記した従来の実座標型オブジェクト指向歩行モデルによる歩行者シミュレーションシステムは、いずれも、室に複数の扉がある場合、これらを適切に選択できず、すぐ近くに扉があっても利用されないなど人間行動的に不自然な振る舞いを歩行者がしてしまうといった共通の欠点を有していた。
【０００９】
本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、建物のプランに応じて自動的にポテンシャルを生成し、室に複数の扉がある場合には妥当な扉の選択を的確に行い、それに応じて歩行者が移動することのできる歩行者シミュレーションシステムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、群集行動を予測するオブジェクト指向の歩行者シミュレーションシステムにおいて、各室毎且つ各室の目標物毎に距離ポテンシャルを格子点上に生成した距離格子を生成する手段と、各歩行者に対して他のオブジェクトとの衝突を判定する衝突判定領域を面データとして与える手段と、前記距離格子に基づいて各歩行者の目標物への方向を決定する手段と、前記衝突判定領域の重なりの有無により歩行者の衝突の判定を行う手段と、前記衝突の判定により衝突が発生しなくなるまで歩行者の位置の計算を行う手段と、
を備えていることを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、本発明は、歩行者が目標物を直接視認可能な位置にいる場合には、前記距離格子に拘わらず、歩行者を直接目標物に向かわせる手段を備えている。
【００１２】
また、本発明は、前記衝突判定領域が複数設けられ、歩行者の状況に合わせて前記衝突判定領域を選択可能なように構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、各室毎且つ各室の目標物毎に距離ポテンシャルを格子点上に生成した距離格子を備えているため、複数の目標物がある場合に歩行者が妥当な目標物を的確に選択することができ、歩行者の自然な群集行動を再現することができる。
【００１４】
また、歩行者が目標物を直接視認可能な位置にいる場合には、前記距離格子に拘わらず、前記歩行者を直接目標物に向かわせるように構成しているため、歩行者のより自然な動きを再現することができる。
【００１５】
さらに、衝突判定領域を複数設定し、歩行者の状況に合わせて妥当な衝突判定領域を選択可能なように構成されているため、歩行者の歩行メカニズムをより実態に近づけることができ、一箇所に多数の歩行者が集まることによる計算速度の低下を防ぎ、計算速度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る歩行者シミュレーションシステムの構成ブロック図を示している。この歩行者シミュレーションシステムは、シミュレーション用の条件を入力するためのシミュレーション条件入力システム１１と、シミュレーション条件入力システム１１により入力された条件に基づいてシミュレーション計算を行うためのシミュレーション計算コアシステム１２と、シミュレーション計算コアシステム１２により計算した結果を表示するためのシミュレーション結果表示システム１３とから構成されている。
【００１７】
シミュレーション条件入力システム１１は、歩行者が配置される建物の形状、プラン等の特性を入力するための建物特性入力システム１４と、歩行者の目標物、速度等の特性を入力するための歩行者特性入力システム１５と、前記建物特性と歩行者特性とに基づいて建物内での歩行者の配置を入力するための建物内歩行者配置システム１６とから構成されている。
【００１８】
また、シミュレーション計算コアシステム１２は、建物のモデル化を行う建物モデル化システム１７と、歩行者のモデル化を行う歩行者モデル化システム１８と、前記モデル化された建物及び歩行者に基づいて歩行者の移動先を決定する時系列シミュレーション計算システム１９とから構成されている。
そして、シミュレーション計算コアシステム１２では、建物特性入力システム１４により入力された建物特性に基づいて、各室形状を面データ、開口部を線データによりそれぞれ作成し、設計空間のモデル化を行う。このように、各室ごとの内法を多角形の線データとしてではなく、面データとして保持しているため、穴あきのプランにも対応でき、例えば、ロの字型廊下も一つの室として認識することができ、設計空間を素直にモデル化することができる。また、各室同士をつなぐ扉等の開口部は、その位置を指定するだけで経路ネットワークを自動的に生成することもできる。さらに、図２に示されているように、歩行者２０のおおよその移動方向を特定するために、各居室２１、廊下２２毎に一定間隔で格子点上に距離ポテンシャルを生成すると共に、目標物、例えば、複数の扉２３，２４が目標物の場合にはその複数の扉２３，２４を中心とした距離ポテンシャルを格子点上に生成した距離格子２５、２６を生成する。この距離格子２５，２６により、歩行者２０から直接、目標物が視認できない場合でも、歩行者２０が目標物の方向をおおよそ知っているという状況を再現でき、Ｌ字型の通路等においても特別の誘導点を配置する等の調整を行うことなくモデル化を行うことができる。そして、この距離格子２５，２６は、目標物が配置されると自動的に生成されるようになっているため、システムの利用者がシステムを直接意識することはない。さらにまた、シミュレーション計算コアシステム１２には、歩行者特性入力システム１５により入力された歩行者特性に基づいて、図３に示されているように、各歩行者の体の領域２７（図３（ａ））と、他のオブジェクトとの衝突を判定するための衝突判定領域２８，２９，３０とがそれぞれ面データとして保持されており、この衝突判定領域２８，２９，３０は歩行者の行動ルールに応じて適宜選択可能なように複数（図３では（ｂ），（ｃ），（ｄ）の３種類）用意されている。この衝突判定領域２８，２９，３０は、歩行者の体の領域２７の前方における視野を示しており、本実施の形態では、多角形により表わされている。そして、人オブジェクト間において、例えば、前後に歩行者がいる場合には、前方の歩行者を優先させ、後方の歩行者は前方の歩行者との衝突を回避するように行動し、また、歩行者が並進している場合には、各歩行者がお互いに衝突を回避するように行動するようになっている。
【００１９】
シミュレーション結果表示システム１３は、動画によりシミュレーション結果を評価するための動画処理システム３１と、ログデータにより統計的にシミュレーション結果を評価するための統計データ処理システム３２と、動画処理システム３１による評価と統計データ処理システム３２による評価とに基づいてシミュレーション結果を表示する協調表示システム３３とから構成されている。
【００２０】
次に、図４を参照しつつ、本実施の形態に係る歩行者シミュレーションシステムの実行手順を説明する。
【００２１】
先ず、シミュレーション条件入力システム１１により入力された建物特性、歩行者特性、建物内での歩行者の配置に基づき、シミュレーション計算コアシステム１２は、ステップ１０１において、すべての歩行者に対して避難目的地、歩行速度を設定し、その避難目的地、歩行速度に合わせて歩行者の移動候補先（目標物）を計算する。目標物への方向は、周囲にある目標物への距離格子のうち最も値が小さい方向、すなわち、目標物に近い方向に決定される。この場合、距離格子の検索範囲を広めにとることで、格子を渡り歩くような不自然な動きを避けることができる。また、目標物が直接視認できる位置にある場合は、距離格子に従った移動ではなく、直接目標物を目指すようにさせる。これにより、自然な軌跡の再現と、計算機の負荷の軽減を図ることができる。
そして、シミュレーション計算コアシステム１２は、現在の歩行者の位置からΔｔ時間、例えば、０．２５秒間に進む距離と目標物方向への位置を計算すると共に、ステップ１０２において衝突判定領域に入るオブジェクトをリスト化し、ステップ１０３において衝突オブジェクトリストに含まれるオブジェクトとの衝突の有無を判定する。衝突の判定は、他のオブジェクトの領域と衝突判定領域２８，２９，３０との重なりの有無により行い、例えば、歩行者同士の場合には、自分の衝突判定領域２８，２９，３０と、相手の体の領域２７が重なるかどうかにより判定する。この場合、例えば、混雑している場合には小さい方の衝突判定領域（図３（ｂ））を選択し、空いている場合には大きい方の衝突判定領域（図３（ｃ））を選択し、混雑状況、歩行者の歩行速度、歩行者と壁との距離等に応じて複数（この場合は３種類）の衝突判定領域２８，２９，３０から最適のものを自動的に選択する。この結果、衝突が発生する場合には、ステップ１０１に戻り、該当する歩行者に対して、衝突が発生しなくなるまで、歩行速度と目標物への方向に基づき歩行者の位置の計算を繰り返し、調整を行う。
すべての歩行者に対して、衝突が発生しない状態が得られた場合には、ステップ１０４において、各歩行者毎に移動候補先（目標物）を決定し、すべての歩行者を移動候補先に移動させる（Ｓ１０５）。その後、ステップ１０６において、再度、すべての歩行者がオブジェクトに衝突するかどうかの判定を行い、衝突が起きなかった場合には、ステップ１０７に進む。そして、すべての歩行者が上記移動候補先から避難終了したかどうかの判定を行い、すべての歩行者の上記移動候補先から避難が終了したと判定した場合には、上記移動候補先に対する計算を終了する。そして、次の移動候補先がある場合には、引き続き、その移動候補先に対して、同様の計算を行い、すべての歩行者が避難目的地に到達するまで行う。
一方、ステップ１０６において衝突があると判定した場合、及びステップ１０７において避難を終えていない歩行者がいると判定した場合には、それぞれ、ステップ１０１に戻り、上記手順を繰り返す。
図５は、本実施の形態に係る歩行者シミュレーションシステムのシミュレーション結果表示システム１３により、オフィスにおける歩行者の避難の状況を表示したものであり、移動の目標物を各室の扉３４，３５，３６，３７に設定すると共に、避難目的地を避難階段３８，３９に設定し、避難階段３８，３９への到達により避難終了と想定した例である。
【００２２】
図５（ａ）に示されているように、歩行者２０が複数の扉３４，３５，３６，３７からそれぞれ避難する様子を再現することができ、目標物毎に距離格子を設けた本システムの有効性が明らかとなった。また、図５（ｂ）に示されているように、廊下４０の混雑によって歩行者が各室から出られない様子や、扉幅等の条件の違いによるボトルネックの解消、アーチアクション等も再現することができ、避難シミュレーションとしての有効性も明らかとなった。
【００２３】
なお、上記実施の形態においては、火災時等における歩行者の避難行動について説明したが、これは単なる例示に過ぎず、本発明は、歩行者の一般的な歩行行動全般を予測するシミュレーションシステムにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る歩行者シミュレーションシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に実施の形態における距離格子を示す平面図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施の形態における体の領域を示す平面図であり、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ本発明に実施の形態における衝突判定領域を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る歩行者シミュレーションシステムの実行手順を示すフローチャートである。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は共に本発明の実施の形態におけるシミュレーション結果表示システムによる表示結果を示す平面図である。
【図６】従来例におけるポテンシャル生成結果を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１２          シミュレーション計算コアシステム
１７          建物モデル化システム
１８          歩行者モデル化システム
１９          時系列シミュレーションシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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