KÖSTER, Gerta (Quagliostr. 12, München, 81543, DE)
MEISTER, Andreas (Tulpenstr. 15b, Kissing, 86438, DE)
KLEIN, Wolfram (Sonnenweg 49, Neubiberg, 85579, DE)
KÖSTER, Gerta (Quagliostr. 12, München, 81543, DE)
MEISTER, Andreas (Tulpenstr. 15b, Kissing, 86438, DE)
| Patentansprüche 1. Vorrichtung (I) zur Erzeugung von mittels einer ersten Erfassungseinrichtung (1) erfassten Bewegungen von Teilchen (3) auf einem räumlichen Gebiet der Vorrichtung, wobei das Gebiet mit einem Zellgitter (5) überzogen ist und jede Zelle verschiedene Belegungs- und Gesamtpotenzialzustände einnehmen kann, die mittels einer Rechnereinrichtung (9) und einer Ansteuereinrichtung (7) eingestellt und im Zeitverlauf aktuali- siert werden, wobei jeder Zelle ein Zielpotenzial zugeordnet ist, das festlegt wie Teilchen (3) von einem Ziel (Z) angezogen werden, und ein Hindernispotenzial zugeordnet ist, das festlegt wie Teilchen (3) von einem Hindernis (H) abgestoßen werden, und wobei jedem Teilchen (3) ein Teilchenpotenzial zugeordnet ist, wobei ein Gesamtpotenzial in einer Zelle sich aus den Werten des Zielpotenzials und des Hindernispotenzials in der Zelle und den Teilchenpotenzialen von mittels der ersten Erfassungseinrichtung (1) erfassten Teilchen (3) in Nachbarzellen der Zelle zusammensetzt, und Teilchen (3) ausgehend von einer jeweiligen Startzelle (S) jeweils von einer Zelle in eine Nachbarzelle mit einem geringsten Gesamtpotenzial wechseln, dadurch gekennzeichnet, dass eine Norm eines Differenzvektors aus mittels der ersten Erfassungseinrichtung (1) erfassten Bewegungsrichtung eines Teilchens (3) und einer Bewegungsrichtung eines benachbarten Teilchens (3) als Gewichtungsfaktor in eine mittels der Rechnereinrichtung (9) ausgeführten Berechnung des jeweiligen Teilchenpotenzials mit einbezogen wird. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Rechnereinrichtung (9) das jeweilige neue Teilchenpotenzial nach folgender Formel berechnet wird: Potneu(0)= c(α)*Pot(0) wobei c(α) die Norm des Differenzvektors ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Rechnereinrichtung (9) die Norm des Differenzvektors nach folgender Formel berechnet wird: wichtungsfaktoren wobei V[CX) der normierte Richtungsvektor eines Teilchens (3) ist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Rechnereinrichtung (9) der normierte Richtungsvektor eines Teilchens (3) nach folgender Formel berechnet wird: , wobei a den mittels der ersten Erfassungsein- richtung (1) erfassten Winkel der Bewegungsrichtung zum Ziel des Teilchens (3) angibt. 5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Rechnereinrichtung (9) das Teilchenpotenzial Pot (O) durch eine Funktion der mittels der ersten Erfassungs- einrichtung (1) erfassten euklidischen Abstände der Teilchen (3) zueinander bestimmt wird. 6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zielpotenzial und Hindernispotenzial jeweils durch eine Funktion der mittels der ersten Erfassungseinrichtung (1) erfassten euklidischen Abstände eines Teilchens (3) zum Ziel und eines Teilchens (3) zu einem Hindernis bestimmt sind. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion der euklidischen Abstände eine lineare, eine quadratische oder eine exponentielle Funktion ist. 8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer zweiten Erfassungseinrichtung (12) reale Objektbewegungen erfasst werden zur Initialisierung von Positionen der Teilchen, von Startzellen, Zielen und Teilchengeschwindigkeiten . 9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinrichtung (11) zur Auswertung der mittels der ersten Erfassungseinrichtung (1) erfassten Teilchenbewegungen 10. Vorrichtung nach Anspruch 9 in Verbindung mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (11) Steuerimpulse zu einer Leitzentrale (13) erzeugt. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Leitzentrale zur Steuerung von Gebäudeelementen (15) . 12.Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Gebäudeelemente (15) Türen, Fenster, Hinweisschilder, Lautsprecher, Aufzüge, Rolltreppen und/oder Leuchten sind. 13. Verfahren zur Erzeugung von Teilchenströmen, mit den Schritten Bereitstellen einer Vorrichtung mit einem räumlichen mit einem Zellgitter (5) überzogenen Gebiet, wobei jede Zelle verschiedene Belegungs- und Gesamtpotenzialzustände einnimmt, die mittels einer Ansteuereinrichtung (7) und einer Rechnereinrichtung (9) eingestellt werden, wobei jeder Zelle ein Zielpotenzial zugeordnet ist, das festlegt wie Teilchen (3) von einem Ziel (Z) angezogen werden, und ein Hindernispotenzial zugeordnet ist, das festlegt wie Teilchen (3) von einem Hindernis (H) abgestoßen werden, und wobei jedem Teilchen (3) ein Teilchenpotenzial zugeordnet ist, wobei ein Gesamtpoten- zial in einer Zelle sich aus den Werten des Zielpotenzials und des Hindernispotenzials in der Zelle und den Teilchenpotenzialen von mittels einer ersten Erfassungseinrichtung (1) erfassten Teilchen (3) in Nachbarzellen der Zelle zusammensetzt; - Positionieren von Teilchen (3) an jeweiligen Startzellen (S), wobei danach die Teilchen (3) jeweils von einer Zelle in eine Nachbarzelle mit einem geringsten Gesamtpotenzial wechseln; Erfassen der Positionen der Teilchen (3) mittels der ersten Erfassungseinrichtung (1); Aktualisieren der Gesamtpotenzialzustände mittels der ersten Erfassungseinrichtung (1), der Rechnereinrichtung (9) und der Ansteuereinrichtung (7), dadurch gekennzeichnet, dass eine Norm eines Differenzvektors aus mittels der ersten Erfassungseinrichtung (1) erfassten Bewegungsrichtung eines Teilchens (3) und einer Bewegungsrichtung eines benachbarten Teilchens (3) als Gewichtungsfaktor in eine mittels der Rechnereinrichtung (9) ausgeführten Berechnung des jeweiligen Teilchenpotenzials mit einbezogen wird. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Rechnereinrichtung (9) das jeweilige neue Teil- chenpotenzial nach folgender Formel berechnet wird: Potneu(0)= c(α )*Pot (O) wobei c(a) die Norm des Differenzvektors ist. 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Rechnereinrichtung (9) die Norm des Differenzvektors nach folgender Formel berechnet wird: wichtungsfaktoren wobei v(α) der normierte Richtungsvektor eines Teilchens (3) ist. 16. Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Rechnereinrichtung (9) der normierte Richtungsvektor eines Teilchens (3) nach folgender Formel berechnet wird: , wobei a den mittels der ersten Erfassungsein- richtung (1) erfassten Winkel der Bewegungsrichtung zum Ziel des Teilchens (3) angibt. 17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Rechnereinrichtung (9) das Teilchenpotenzial Pot (O) durch eine Funktion der mittels der ersten Erfassungseinrichtung (1) erfassten euklidischen Abstände der Teilchen (3) zueinander bestimmt wird. 18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Zielpotenzial und Hindernispotenzial jeweils durch eine Funktion der mittels der ersten Erfassungseinrichtung (1) erfassten euklidischen Abstände eines Teilchens (3) zum Ziel und eines Teilchens (3) zu einem Hindernis bestimmt sind. 19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion der euklidischen Abstände eine lineare, eine quadratische oder eine exponentielle Funktion ist. 20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 19, gekennzeichnet durch Erfassen realer Objektbewegungen mittels einer zweiten Erfassungseinrichtung (12) zur Initialisierung von Positionen der Teilchen, von Startzellen, Zielen und Teilchengeschwindigkeiten . 21. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung (11) die mittels der ersten Erfassungseinrichtung (1) erfassten Teilchenbewegungen auswertet. 22. Verfahren nach Anspruch 21 in Verbindung mit Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (11) Steuerimpulse zu einer Leitzentrale (13) erzeugt. 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitzentrale Gebäudeelemente (15) steuert. 24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass Gebäudeelemente (15) Türen, Fenster, Hinweisschilder, Lautsprecher, Aufzüge, Rolltreppen und/oder Leuchten sind. 25.Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Simulation und/oder Steuerung von Objektströmen, Personenströmen oder Tierbewegungen. 26.Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 oder 24 zur Simulation und/oder Steuerung von Objektströmen, Personenströmen oder Tierbewegungen. |
Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Teilchenströmen und deren Verwendung zur Verbesserung der Simulation von Per- sonenströmen bei gegenläufigen Personenströmen und insbesondere zur Ansteuerung von Leitzentralen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, sowie Verfahren und Verwen- düngen gemäß den Nebenansprüchen.
Überall wo Personen gehäuft auftreten, entstehen massentypische Phänomene. Einige dieser Phänomene gefährden die Sicherheit für Leib und Leben, etwa wenn bei einer Massenver- anstaltung eine Panik ausbricht. Weitere Phänomene bedürfen geeigneter Lenkungsmaßnahmen, um Abläufe in technischer und ökonomischer Hinsicht effizient zu gestalten. Beispiele hierfür sind eine "Evakuierung" eines Geländes nach einer Massenveranstaltung beispielsweise in einem Fußballstadion und des- sen Umfeld, oder die Lenkung des Straßenverkehrs zu Hauptverkehrszeiten .
Gemäß dem Stand der Technik liegen bereits einige Ansätze vor, um insbesondere Personen- und Autoströme zu simulieren. Die herkömmlichen Ansätze weisen jedoch Mängel auf, die eine akkurate Abbildung von Massenphänomenen und damit die Nutzbarkeit von Simulationsergebnissen einschränken.
Es werden Lösungen gesucht, die einige herkömmliche Mängel in einem hier beschriebenen Verfahren behebt, um so eine leistungsfähige Modellierung und Simulation von Personenströmen zu erhalten, die ein Modul eines Command- und Kontrollcenters bildet, also eine Steuerungseinheit für Teilchenströme, insbesondere Personenströme.
Zur Planung von großen Gebäuden oder Massentransportmitteln werden herkömmlicher Weise Personenstromsimulatoren verwendet, um in einer möglichst frühen Planungsphase Engstellen und Konfliktpunkte beispielsweise in Gängen oder Treppenhäusern zu erkennen und die Infrastruktur ausreichend zu dimensionieren. Ein primäres Ziel der herkömmlichen Personenstrom- simulatoren ist die Berechnung von Evakuierungszeiten bei au- ßergewöhnlichen Ereignissen, beispielsweise bei Ausbruch von Feuer, um die vom Gesetzgeber geforderten Nachweise zu Evakuierungszeiten erbringen zu können.
Ein häufig gewählter Ansatz von Personenstromsimulation sind Vorrichtungen und Verfahren basierend auf "zellulären Zustandsautomaten" [I] . Hierbei wird ein Gebiet, beispielsweise ein Straßenzug, mit einem Zellgitter überzogen. In Figur 1 wurde beispielsweise ein hexagonales Gitter ausgewählt. Quadratische Zellen sind ebenso gebräuchlich. Jede Zelle kann verschiedene Belegungszustände einnehmen, etwa gefüllt und zwar mit einem Hindernis, oder besetzt durch eine Person, oder leer. Derartige Zustände werden über Regelsätze oder Automaten im Zeitverlauf aktualisiert. Folgende Untermodelle und ihre Interaktion beinhalten die Kernideen dieses Automa- ten:
ein Zielmodell legt fest, wie sich Teilchen/Personen auf ein Ziel zu bewegen. ein Modell zu Teilchen- oder Personenbewegung legt fest, wie sich Teilchen/Personen untereinander verhalten.
Ein Hindernismodell definiert, wie sich Teilchen/Personen um Hindernisse bewegen.
Bewährt ist hierbei nun ein Ansatz, der bekannte Mechanismen aus der Physik der Elektronik nachahmt. In der Formulierung wird dies über Potenzialfelder realisiert.
Ziele ziehen Teilchen/Personen an, wie eine positive Ladung Elektronen anzieht. Die Stärke des Potenzialfeldes wird beim Stand der Technik [1] bestimmt als Funktion des euklidischen Abstands der Person/des Teilchens vom Ziel. Ein Beispiel sei hierzu zum besseren Verständnis gegeben: Das Potenzialfeld eines punktförmigen Zieles ergibt sich aus den Koordinaten des Zieles z der aktuell betrachteten Person x^-P skaliert mit einem Faktor S. IUI bezeichnet die euklidische Norm. Entsprechend einem Kegel in einem zweidimensionalen Raum bestimmt der Skalierungsfaktor S die Breite der Öffnung des Zielpotenzials. Formel 1 zeigt ein Beispiel einer Potenzialfunktion für ein punktförmiges Ziel mit einem Gewichtungsfaktor S:
Formel (1) u(x AP ) = S • Iz - x AP l
Teilchen/Personen stoßen sich gegenseitig ab, wie Elektronen sich untereinander abstoßen. Die Stärke des Potenzialfeldes wird herkömmlicher Weise bestimmt als Funktion des eukli- dischen Abstands der Personen/der Teilchen untereinander.
Hindernisse stoßen Teilchen/Personen ab, wie eine negative Ladung Elektronen abstößt. Die Stärke des Potenzialfeldes wird herkömmlicher Weise bestimmt als Funktion des euklidi- sehen Abstandes der Person/des Teilchen vom Hindernis.
Ein Verfahren mit zellulären Zustandsautomaten weißt folgende Vorteile auf. Es können mit einer hohen Geschwindigkeit Simulationsergebnisse auch für sehr große Personen- oder Teil- chenzahlen auf einem Rechner erzielt werden. Dies setzt eine schlanke Implementierung voraus. Die Ergebnisse mit zellulären Zustandsautomaten sind wirklichkeitsnäher als etwa bei makroskopischen Simulationen. Das Modell der zellulären Zustandsautomaten ist sehr flexibel, um viele verschiedene Sze- narien abzubilden. Die Darstellung der gefüllten beziehungsweise leeren Zellen bietet zugleich eine intuitiv verständliche Visualisierung. Simulatoren, die auf zellulären Zustandsautomaten beruhen, lassen sich zudem leicht zu interaktiven Simulatoren erweitern.
Es zeigen sich Nachteile des Verfahrens mit zellulären Zustandsautomaten nach dem Stand der Technik. Der prinzipiell sehr leistungsstarke Ansatz über Potenzialfelder nach dem derzeitigen Stand der Technik weist einige Nachteile auf, die die praktische Verwertung von Simulationsergebnissen stark einschränken. Dies betrifft insbesondere die korrekte Abbil- düng von beobachteten und gemessenen Massen- und Bewegungsphänomenen, ohne die eine praktische Verwendung eines Simulators eingeschränkt ist. Es ergibt sich folgender Nachteil:
Ein Nachteil des herkömmlichen Verfahrens liegt in einer fal- sehen Wiedergabe der Bildung von Bahnen bei gegenläufigen
Personenströmen. Wenn Personenmengen gegeneinander strömen, beispielsweise auf einer Straße oder an Kreuzungen, bilden sich typische Bahnen. Mit einem herkömmlichen Simulator kann diese Bahnenbildung nicht reproduziert werden, wie dies Figur 2 oben zeigt. Obwohl Personen sogar von versetzten Quellen aus zunächst in Bahnen geteilt einander entgegen gesendet werden, bildet sich mit dem Verfahren nach dem Stand der Technik in der Mitte ein ungeordneter Pulk aus.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von sich in einem räumlichen Gebiet der Vorrichtung bewegenden Teilchen insbesondere beruhend auf zellulären Zustandsautomaten bereitzustellen. Mit den Ergebnissen lassen sich Leitzentralen ansteuern. Es kann eine Simulation von Objektströmen insbesondere Personenströme möglichst realistisch geschaffen werden. Es soll insbesondere eine korrekte Wiedergabe der Bildung von Bahnen bei gegenläufigen Personenströmen gegeben werden. Es soll aufbauend auf dem Stand der Technik eine Vorrichtung und ein Zusatzver- fahren bereit gestellt werden, das den vorstehend genannten herkömmlichen Mangel behebt. Es soll sich ein deutlich verbessertes Gesamtverhalten von Teilchenströmen ergeben, also ein korrektes Abbild tatsächlichen Verhaltens. Mittels erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren sollen Steuerimpulse zu einer Leitzentrale zur Steuerung von Gebäudeelementen erzeugt werden. Die in der Anmeldung beschriebenen Funktionen von Potenzialen können ebenso als Potenzialfeldfunktionen bezeichnet werden. Beispielsweise stellt Fig. 3 links eine lineare Potenzialfeldfunktion und rechts eine exponentielle Potenzialfeldfunk- tion dar.
Die Erfindung fokussiert auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Generierung von Strömen von Teilchen. Diese Vorrichtung und dieses Verfahren werden allgemein für Teilchenströme angewendet. Die Erfindung betrifft Teilchenströme von beliebigen beweglichen Teilchen. Derartige Teilchen können beispielsweise Metall-Kugeln sein. Diese Teilchen können beispielsweise Personen, Personen auf Fortbewegungsmitteln wie Fahrrädern oder Kraftfahrzeugen, oder ebenso können diese Teilchen Tiere darstellen.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch und ein Verfahren gemäß dem Nebenanspruch gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von mittels einer ersten Erfassungseinrichtung erfassten Bewegungen von Teilchen auf einem räumlichen Gebiet der Vorrichtung beansprucht, wobei das Gebiet mit einem Zellgitter überzogen ist und jede Zelle verschiedene Belegungs- und Ge- samtpotenzialzustände einnehmen kann, die mittels einer Ansteuereinrichtung eingestellt und im Zeitverlauf aktualisiert werden, wobei jeder Zelle ein Zielpotenzial zugeordnet ist, das festlegt wie Teilchen von einem Ziel angezogen werden, und ein Hindernispotenzial zugeordnet ist, das festlegt wie Teilchen von einem Hindernis abgestoßen werden, und wobei jedem Teilchen ein Teilchenpotenzial zugeordnet ist, wobei ein Gesamtpotenzial in einer Zelle sich aus den Werten des Zielpotenzials und des Hindernispotenzials in der Zelle und den Teilchenpotenzialen von mittels der ersten Erfassungseinrich- tung erfassten Teilchen in Nachbarzellen der Zelle zusammensetzt, und Teilchen ausgehend von einer jeweiligen Startzelle jeweils von einer Zelle in eine Nachbarzelle mit einem geringsten Gesamtpotenzial wechseln. Gemäß dem ersten Aspekt wird eine Norm eines Differenzvektors aus mittels der ersten Erfassungseinrichtung erfassten Bewegungsrichtung eines Teilchens und einer Bewegungsrichtung ei- nes benachbarten Teilchens als Gewichtungsfaktor in eine mittels einer Rechnereinrichtung ausgeführten Berechnung des jeweiligen Teilchenpotenzials mit einbezogen.
Eine Erfassungseinrichtung kann eine optische Erfassungsein- richtung beispielsweise eine Kamera sein.
Belegungszustände können sein: mit Teilchen, Hindernis, Ziel oder Quelle belegt oder frei davon.
Es wird ein herkömmliches Modell des Teilchenpotenzials mit einer Berücksichtigung der Bewegungsrichtung der Nachbarn kombiniert. Zusätzlich zum bestehenden herkömmlichen Teilchenpotenzialmodell Pot (O) , das die Abstoßungswirkung eines Teilchens darstellt, wird die Bewegungsrichtung der Nachbarn relativ zur Bewegungsrichtung des aktuell betrachteten Teilchens berücksichtigt. Entgegenkommende Teilchen sollen mehr Widerstand bieten als Teilchen mit ähnlicher Bewegungsrichtung.
Die Erfindung behebt die im Stand der Technik beschriebenen Mängel. Eine Simulation von Objektströmen, insbesondere Personenströmen, wird durch die Erfindung wesentlich realistischer, das reale Verhalten insbesondere von Personenmassen kann besser abgebildet werden.
Die Vorrichtung kann beispielsweise ebenso durch einen Rechner und das dazugehörige Modell nachgebildet werden. Die Vorrichtung eignet sich insbesondere für eine Simulation von Personenströmen beispielsweise in Gebäuden.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Erzeugung von mittels einer ersten Erfassungseinrichtung erfassten Bewegungen von Teilchen auf einem räumlichen Gebiet der Vor- richtung beansprucht, wobei das Gebiet mit einem Zellgitter überzogen ist und jede Zelle verschiedene Belegungs- und Ge- samtpotenzialzustände einnehmen kann, die mittels einer Ansteuereinrichtung eingestellt und im Zeitverlauf aktualisiert werden, wobei jeder Zelle ein Zielpotenzial zugeordnet ist, das festlegt wie Teilchen von einem Ziel angezogen werden, und ein Hindernispotenzial zugeordnet ist, das festlegt wie Teilchen von einem Hindernis abgestoßen werden, und wobei jedem Teilchen ein Teilchenpotenzial zugeordnet ist, wobei ein Gesamtpotenzial in einer Zelle sich aus den Werten des Zielpotenzials und des Hindernispotenzials in der Zelle und den Teilchenpotenzialen von mittels der ersten Erfassungseinrichtung erfassten Teilchen in Nachbarzellen der Zelle zusammensetzt, und Teilchen ausgehend von einer jeweiligen Startzelle jeweils von einer Zelle in eine Nachbarzelle mit einem geringsten Gesamtpotenzial wechseln, wobei eine Norm eines Differenzvektors aus mittels der ersten Erfassungseinrichtung erfassten Bewegungsrichtung eines Teilchens und einer Bewegungsrichtung eines benachbarten Teilchens als Gewichtungs- faktor in eine mittels einer Rechnereinrichtung ausgeführten Berechnung des jeweiligen Teilchenpotenzials mit einbezogen wird.
Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Verwendung einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung oder eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Simulation und/oder mittels einer Leitzentrale erfolgenden Steuerung von Objektströmen, Personenströmen oder Tierbewegungen beansprucht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das jeweilige neue Teilchenpotenzial mittels der Rechnereinrichtung wie folgt berechnet werden:
Formel (1) : Pot neu (O) = c(α)*Pot(0) . Diese Modifikation bedeutet, dass für Nachbarn mit einer ähnlichen Bewegungsrichtung das Potenzial weniger stark gewich- tet wird, als bei Nachbarn mit einer konträren Bewegungsrichtung zu dem aktuellen Teilchen. Diese wirken abstoßender.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Norm des Differenzvektors nach folgender Formel mittels der Rechnereinrichtung berechnet werden:
Formel (2) : c ( a ) = v α ω> era («)- v Λta*w(«) *a + b, mit a und b Ge ¬ wichtungsfaktoren, wobei v(a) der normierte Richtungsvektor eines Teilchens ist.
Es wird bei der Teilchenpotenzialberechnung jeweils die Norm des Differenzvektors aus eigener und der Bewegungsrichtung von umgebenden Nachbarn berechnet und in die Potenzialberechnung als Faktor mit einbezogen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der normierte Richtungsvektor eines Teilchens nach folgender Formel mittels der Rechnereinrichtung berechnet werden:
Formel (3) : , wobei a den mittels der Erfas- sungseinrichtung erfassten Winkel der Bewegungsrichtung zum Ziel angibt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Teilchenpotenzial Pot (O) durch eine Funktion der mittels der Erfassungseinrichtung erfassten euklidischen Abstände der Teilchen zueinander mittels der Rechnereinrichtung bestimmt werden .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Zielpotenzial und Hindernispotenzial jeweils durch eine Funk- tion der mittels der Erfassungseinrichtung erfassten euklidi- sehen Abstände eines Teilchens zum Ziel und eines Teilchens zu einem Hindernis bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Funktion der euklidischen Abstände eine lineare, eine quadratische oder eine exponentielle Funktion sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können mittels einer zweiten Erfassungseinrichtung reale Objektbewegun- gen zur Initialisierung von Positionen der Teilchen, von Startzellen, Zielen und Teilchengeschwindigkeiten erfasst werden. Auf diese Weise können besonders vorteilhaft ausgehend von einer realen Situation von Objektbewegungen erfindungsgemäß Vorhersagen in dem räumlichen Gebiet getroffen werden. Eine zweite Erfassungseinrichtung kann eine Kamera sein, die ein räumliches Gebiet mit Objektbewegungen erfasst.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der mittels der ersten Er- fassungseinrichtung erfassten Teilchenbewegungen vorgesehen werden. Die Auswerteeinrichtung kann Vorhersagen bereitstellen .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Auswerteeinrichtung mittels Steuerimpulse eine Leitzentrale ansteuern. Dies kann entsprechend einer Vorhersage ausgeführt werden .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Leitzentrale zur Steuerung von Gebäudeelementen vorgesehen sein .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können Gebäudeelemente Türen, Fenster, Hinweisschilder, Lautsprecher, Aufzüge, Rolltreppen und/oder Leuchten sein. Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen :
Figur 1 Darstellungen zur Ausbildung eines Gitternetzes; Figur 2 oben ein Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen
Simulation; Figur 2 unten ein Ausführungsbeispiel einer Simulation gemäß der vorliegenden Erfindung; Figur 3 Darstellungen für eine lineare und eine exponentielle
Potenzialfeidfunktion;
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ver- fahrens .
Figur 1 zeigt eine Darstellung zur Ausbildung eines Gitternetzes. Figur 1 zeigt den häufig gewählten Ansatz für eine Erzeugung von Teilchenströmen auf der Grundlage von zellulä- ren Zustandsautomaten. Hier wird ein Gebiet, beispielsweise ein Straßenzug, mit einem Zellgitter überzogen. In Abbildung 1 wurde exemplarisch ein hexagonales Gitter gewählt. Andere Zellen sind ebenso gebräuchlich, beispielsweise quadratische. Jede Zelle kann verschiedene Zustände einnehmen, etwa ge- füllt, mit einem Hindernis, besetzt, durch ein Teilchen, oder leer .
Figur 2 oben zeigt ein Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Simulation. Figur 2 oben zeigt ein herkömmliches Per- sonenmodell. Gemäß diesem herkömmlichen Modell werden keine
Bahnen gebildet. Figur 2 oben zeigt nicht die real beobachtete Bahnenbildung bei einem Gegenstromszenario, bei dem ein Personenstrom von links nach rechts sowie einer von rechts nach links fließt. Gemäß dem Stand der Technik gemäß Figur 2 oben erfolgt keine korrekte Wiedergabe der Bildung von Bahnen bei gegenläufigen Personenströmen. Wenn Personenmengen gegeneinander strömen, beispielsweise auf einer Straße oder an Kreuzungen, bilden sich typische Bahnen. Mit dem Simulator nach dem Stand der Technik kann diese Bahnenbildung nicht reproduziert werden, wie dies Figur 2 oben darstellt. Obwohl Personen sogar von versetzten Quellen aus zunächst in Bahnen geteilt einander entgegen gesendet werden, bildet sich mit dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik in der Mitte ein ungeordneter Pulk.
Figur 2 unten zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Simulation gemäß der vorliegenden Erfindung. Figur 2 unten zeigt eine Verbesserung einer herkömmlichen Simulation gemäß Figur 2 oben. Figur 2 unten zeigt ein neues Teilchenmodell mit Bewegungsrichtung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird zusätzlich zum bestehenden, wie in der Literatur beschriebenen Per- sonenpotenzialmodell der Abstoßwirkung einer Person, die Be- wegungsrichtung der Nachbarn relativ zur Bewegungsrichtung des aktuell betrachteten Teilchens berücksichtigt. Entgegenkommende Teilchen sollen mehr Widerstand bieten als Teilchen mit ähnlicher Bewegungsrichtung. Gemäß Figur 2 unten wird die Norm eines Differenzvektors aus Bewegungsrichtung eines Teil- chens und der Bewegungsrichtung eines benachbarten Teilchens als Gewichtungsfaktor in die Teilchenpotenzialberechnung mit einbezogen. Es wird hiermit erneut auf die Formeln 1, 2 und 3 Bezug genommen. Es wird dabei das Teilchenpotenzial ermittelt. Eine derartige Modifikation bedeutet, dass bei Nachbarn mit einer ähnlichen Bewegungsrichtung das Potenzial weniger stark gewichtet wird, als bei Nachbarn mit einer konträren Bewegungsrichtung zu dem aktuellen Teilchen. Diese wirken abstoßender. Ergebnisse hierzu werden in Figur 2 unten dargestellt. Hier sieht man deutlich die gewünschte, in der Reali- tat beobachtete Bahnenbildung bei einem Gegenstromszenario, und zwar einem Teilchenstrom von links nach rechts sowie einem von rechts nach links, im neuen Modell. Besonders im mittleren Bereich zwischen Quelle und Ziel bewegen sich mehrere Teilchen hintereinander in Bahnen. Mit dem herkömmlichen Modell gemäß Figur 2 oben werden keine derartigen Bahnen erzeugt. Durch die Berücksichtigung der Bewegungsrichtung gemäß Figur 2 unten bilden nun entgegenkommende Teilchen mehr Widerstand als Teilchen mit ähnlicher Bewegungsrichtung. Figur 3 zeigt eine Darstellung für eine lineare und eine ex- ponentielle Potenzialfeidfunktion .
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung .
Die Vorrichtung I erzeugt eine Bewegung von Teilchen 3, die beispielsweise Metallkugeln sein können. Die Vorrichtung I weist auf einem räumlichen Gebiet ein Zellgitter 5 auf. Jeder Zelle ist ein zeitlich veränderbares Gesamtpotenzial zugeordnet. Teilchen 3, beispielsweise Metallkügelchen, werden anfangs auf dem Zellgitter 5 positioniert. Eine Anzahl kann beispielsweise n=50 Kügelchen sein. Mittels einer Ansteuer- einrichtung 7 können den Zellen zeitlich veränderlich Gesamtpotenzialwerte zugeordnet werden. Jeder Zelle kann beispielsweise ein Elektromagnet zugeordnet sein, dessen Magnetkraft mittels der Ansteuereinrichtung 7 einstellbar ist. Die Ansteuereinrichtung 7 kann mittels eines Stromes durch einen Elektromagneten ein jeweiliges Potential einstellen. Zu einem Startzeitpunkt Ts werden mittels der Ansteuereinrichtung 7 die Potenziale aktiviert, die Kügelchen bewegen sich ausgehend von einer jeweiligen Startzelle S jeweils an anderen Kügelchen und Hindernissen H vorbei zum Ziel Z. Zu einem End- Zeitpunkt Te können alle Kügelchen ihre Ziele Z erreicht haben. Zur Visualisierung und/oder Erfassung der Bewegung der Kügelchen kann eine erste Erfassungseinrichtung 1, beispielsweise eine Kamera, verwendet werden. Die Informationen - diese können die Bewegungsrichtungen von Teilchen 3 sein - der ersten Erfassungseinrichtung 1 können in einer Rechnereinrichtung 9 zu einer Berechnung jeweiliger Teilchenpotentiale verwendet werden. Die Informationen der ersten Erfassungseinrichtung 1 können ebenso in einer Auswerteeinrichtung 11 bewertet werden. So kann beispielsweise eine Teilchendichte im Zellgitter 5 erfasst und ausgewertet werden. Die Auswerteeinrichtung 11 kann Steuersignale an eine Leitzentrale 13 zur Steuerung von Gebäudeelementen 15, beispielsweise Türen oder Hinweisschildern, ausgeben. Die Vorrichtung I kann beispiels- weise ebenso durch einen Rechner nachgebildet werden. Die Vorrichtung I eignet sich insbesondere für eine Simulation von Personenströmen beispielsweise in Gebäuden. Das Modell der erfindungsgemäßen Vorrichtung I ist mit einem entspre- chenden Modell auf einen Rechner übertragbar. D.h. die Vorrichtung I kann ebenso durch einen Rechner nachgebildet werden. Eine derartige Ausführungsform ist ebenso vom Schutzumfang dieser Anmeldung umfasst.
Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens .
Mit einem Schritt Sl erfolgt ein Bereitstellen einer Vorrichtung mit einem räumlichen mit einem Zellgitter 5 überzogenen Gebiet, wobei jede Zelle verschiedene Belegungs- und Gesamt- potenzialzustände einnimmt, die mittels einer Ansteuereinrichtung 7 und einer Rechnereinrichtung 9 eingestellt werden, wobei jeder Zelle ein Zielpotenzial zugeordnet ist, das festlegt wie Teilchen 3 von einem Ziel Z angezogen werden, und ein Hindernispotenzial zugeordnet ist, das festlegt wie Teilchen 3 von einem Hindernis H abgestoßen werden, und wobei jedem Teilchen 3 ein Teilchenpotenzial zugeordnet ist, wobei ein Gesamtpotenzial in einer Zelle sich aus den Werten des Zielpotenzials und des Hindernispotenzials in der Zelle und den Teilchenpotenzialen von mittels einer ersten Erfassungseinrichtung 1 erfassten Teilchen 3 in Nachbarzellen der Zelle zusammensetzt. Mit einem Schritt S2 erfolgt ein Positionieren von Teilchen 3 an jeweiligen Startzellen S, wobei danach die Teilchen 3 jeweils von einer Zelle in eine Nachbarzelle mit einem geringsten Gesamtpotenzial wechseln.
Mit einem Schritt S3 erfolgt ein Erfassen der Positionen der Teilchen 3 mittels der ersten Erfassungseinrichtung 1. Mit einem Schritt S4 erfolgt ein Aktualisieren der Gesamtpotenzi- alzustände mittels der ersten Erfassungseinrichtung 1, der Rechnereinrichtung 9 und der Ansteuereinrichtung 7. Mit einem Schritt S5 wird eine Norm eines Differenzvektors aus mittels der ersten Erfassungseinrichtung erfassten Bewegungsrichtung eines Teilchens 3 und einer Bewegungsrichtung eines benach- harten Teilchens 3 als Gewichtungsfaktor in eine mittels der Rechnereinrichtung 9 ausgeführten Berechnung des jeweiligen Teilchenpotenzials mit einbezogen. Das Verfahren kann beispielsweise mittels einer Software erzeugt sein.
Literaturverzeichnis
[1] C. Kinkeldey. Fußgängersimulation auf der Basis zellulärer Automaten. Kapitel 4. Studienarbeit Universität Hannover, 2003.