Vorrichtung und Verfahren zur dynamischen Adaption von Simulatoren von Personen- und Objektströmen als Basis für ein Prognosetool mit Mensch-Maschine-Interaktion

Die Vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Nebenanspruchs und Verwendungen gemäß den weiteren Nebenansprüchen.

Überall wo Personen oder Objekte geballt auftreten, entstehen massentypische Phänomene. Einige dieser Phänomene gefährden die Sicherheit für Leib und Leben, etwa wenn bei einem Rock- Konzert Menschen zu Tode getrampelt werden. Andere Phänomene bedürfen geeigneter Lenkungsmaßnahmen, um Abläufe in technischer und ökonomischer Sicht effizient zu gestalten. Hierzu zählen etwa Evakuierungen eines Geländes nach einer Massenveranstaltung, beispielsweise in einem Fußballstadion und in dessen Umfeld, oder die Lenkung des Straßenverkehrs zu Haupt ^¬ verkehrszeiten .

Herkömmlicher Weise existieren einige Ansätze, insbesondere Personen- und Autoströme zu simulieren. Die bekannten Ansätze beinhalten jedoch keine überzeugenden Methoden, um dynamisch auf Situationsveränderungen zu reagieren.

Beispielsweise für Personenströme, wenn ein Feuer ausbricht oder Fluchtwege geöffnet werden. Bisherige Objekt- und Perso- nenstromsimulatoren basieren auf einer Initialen Situations-, Topologie- und Parametervorgabe, die während der Simulation nicht mehr variiert werden kann. Selbst das Verhalten von anderen Personen wird lediglich lokal betrachtet, im allgemei ^¬ nem am Umkreis kleiner 10 Meter. Eine dynamische Adaption des Personenverhaltens und der Simulation auf interessante Län ^¬ genskalen größer 10 Meter findet praktisch nicht statt, beispielsweise werden Staus nicht erkannt und können somit auch nicht umgangen werden. Es sind diesseits keine herkömmlichen Lösungen des Problems bekannt . Ein Personenstromsimulator berechnet die zeitlich und räumlich gesehen nächste Position einer Person anhand von mathematischen Verfahren und damit anhand von festen Vorschriften, die menschliche Verhaltensmuster nachahmen sollen. Hier sind verschiedene Modelle aus dem Bereich der Mikro- bzw. Makromo- dellierung im Einsatz, und zwar von Verfahren basierend auf partiellen Differenzialgleichungen bis hin zu Verfahren basierend auf zellulären Automaten.

In allen diesseits bekannten Realisierungen sind diese Ver- fahren statisch. Methoden bezüglich einer dynamischen Adaption durch interaktiven Eingriff von außen in die Simulation, beispielsweise die Möglichkeit zu einem gewissem Zeitpunkt Türen zu öffnen, oder ein adaptives Verhalten der Personen auf intrinsische Signale, das heißt künstliche Intelligenz, beispielsweise eine Modifikation der Wegewahl aufgrund von entstehenden Staus, sind in herkömmlichen Objekt- und Perso- nenstromsimulationen nicht realisiert oder vorgesehen. Der Stand der Technik sieht keine dynamische Anpassung in Objekt- und Personenstromsimulatoren auf Eingriffe von außen vor.

Ein häufig gewählter Ansatz von Personenstromsimulationen sind Vorrichtungen und Verfahren basierend auf zellulären Zustandsautomaten. Hierbei wird ein Gebiet, beispielsweise ein Straßenzug, mit einem Zellgitter überzogen. Es sind bei- spielsweise hexagonale Gitter oder quadratische Zellen ge ^¬ bräuchlich. Jede Zelle kann verschiedene Belegungszustände einnehmen, etwa gefüllt und zwar mit einem Hindernis, oder besetzt durch eine Person, oder leer. Derartige Zustände wer ^¬ den über Regelsätze oder Automaten im Zeitverlauf aktuali- siert. Folgende Untermodelle und ihre Interaktion beinhalten die Kernideen dieses Automaten: - ein Zielmodell legt fest, wie sich Teilchen/Personen auf ein Ziel zu bewegen;

- ein Modell zu Teilchen- oder Personenbewegungen 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 am

Stand der Technik bestimmt als Funktion des euklidischen Ab- stands der Personen/des Teilchens zum Ziel.

Teilchen/Personen stoßen sich gegenseitig ab, wie Elektronen sich untereinander abstoßen. Die Stärke des Potenzialfeldes wird herkömmlicher Weise bestimmt als Funktion des euklidi ^¬ schen 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 ^¬ schen Abstandes der Person/ des Teilchen zum Hindernis.

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. Es soll eine Simulation von Objektströmen insbesondere Personenströmen möglichst realistisch geschaffen werden. Es soll ins- besondere dynamisch auf Situationsveränderungen reagiert werden können. Es soll aufbauend auf dem Stand der Technik eine Vorrichtung und ein Zusatzverfahren 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 Steue- rung von Gebäudeelementen erzeugt werden.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch und ein Verfahren gemäß dem Nebenanspruch gelöst. Die Erfindung fokussiert auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Generierung von Strömen von Teilchen. Die Erfindung betrifft Teilchenströme von beliebigen beweglichen Teilchen. Derartige Teilchen können beispielsweise Metallkugeln sein. Diese Teilchen können beispielsweise Personen, Personen auf Fortbewegungsmitteln, wie Fahrrädern oder Kraftfahrzeugen, oder ebenso können diese Teilchen Tiere darstellen.

Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von mittels einer ersten Erfassungseinrichtung erfassten Be- wegungen von Teilchen auf einem räumlichen Gebiet der Vorrichtung bereitgestellt, wobei das Gebiet mit einem Zellgit ^¬ ter überzogen ist und jede Zelle verschiedene Belegungs- und Gesamtpotenzialzustände einnehmen kann, die mittels einer Rechnereinrichtung und einer Ansteuereinrichtung eingestellt und Zeitverlauf aktualisiert werden, wobei jeder Zelle ein

Zielpotenzial zugeordnet ist, das festlegt, wie Teilchen von einem Ziel angezogen werden, und ein Hindernispotenzial zuge ^¬ ordnet ist, das festlegt wie Teilchen von einem Hindernis ab ^¬ gestoßen werden, und wobei jeden Teilchen ein Teilchenpoten- zial zugeordnet ist, wobei ein Gesamtpotenzial in einer Zelle sich aus den Werten des Zielpotenzials und des Hindernispo ^¬ tenzials in der Zelle und den Teilchenpotenzialen von mittels der ersten Erfassungseinrichtung erfassten Teilchen in Nachbarzellen der Zelle zusammensetzt, und Teilchen ausgehen von einer jeweiligen Startzelle jeweils von einer Zelle in eine Nachbarzelle mit einem geringsten Gesamtpotenzial wechseln. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Wegewahl, eine Zielwahl und/oder Teilcheneigenschaften abhängig von ei- nem Ereignis, zeitlich oder räumlich festgelegt oder zufalls ^¬ gesteuert einerseits mittels der Ansteuereinrichtung und der Rechnereinrichtung oder andererseits mittels der Ansteuereinrichtung und einer Mensch-Maschine-Schnittstelle dynamisch angepasst werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Erzeugung von Teilchenströmen bereitgestellt, mit den Schritten, Bereitstellen einer Vorrichtung mit einem räumlichen und einem Zellgitter überzogenem Gebiet, wobei jede Zelle verschiedene Belegungs- und Gesamtpotenzialzustände einnimmt, die mittels einer Ansteuereinrichtung und einer Rechnereinrichtung eingestellt werden, wobei jeder Zelle ein Zielpotenzial zugeordnet ist das festlegt, wie Teilchen von einem Ziel angezogen wer- den, 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 einer ersten Erfassungseinrichtung erfassten Teilchen in Nachbarzellen der Zelle zusammensetzt; Positionieren von Teilchen an jeweiligen Startzellen, wobei die Teilchen jeweils von einer Zelle in eine Nachbarzelle mit einem geringstem Gesamtpotenzial wechseln; Erfassen der Positionen der Teilchen mittels der ersten Erfassungseinrichtung; Aktualisieren der Gesamtpotenzialzustände mittels der ersten Erfassungseinrichtung, der Rechnereinrichtung und der Ansteuereinrichtung. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Wegewahl, eine Zielwahl und/oder Teilcheneigenschaften abhängig von einem Ereignis, zeitlich oder räumlich festgelegt oder zufallsgesteuert einerseits mittels der Ansteuereinrichtung und der Rechnereinrichtung oder andererseits mittels der Ansteuereinrichtung und einer Mensch-Maschine-Schnittstelle dynamisch angepasst werden.

Gemäß einem dritten und vierten Aspekt erfolgt eine Verwendung einer Vorrichtung oder eines Verfahrens gemäß der vor- liegenden Erfindung zur Simulation und/oder Steuerung von Objektströmen, Personenströmen oder Tierbewegungen.

Eine Erfassungseinrichtung kann eine optische Erfassungsein- richtung, beispielsweise eine Kamera, sein.

Belegungszustände können sein: Mit Teilchen, Hindernis, Ziel oder Quelle belegt oder frei davon. Teilchen können beispielsweise Metallkugeln sein. Teilchen können beispielsweise elektrisch negativ geladene Metallku ^¬ geln sein. Teilchen können stellvertretend als Personen oder Tiere angenommen sein. Teilchen stellen damit allgemein Objekte dar.

Eine dynamische Adaption des Verhaltens einzelner Objekte, insbesondere von virtuellen Personen und somit von Personenströmen, wird bereitgestellt um virtuelle Erfahrungen in ei ^¬ nem interaktiven Trainings-Prognosetool sammeln zu können.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein dynamischer Eingriff in Person- und Objektsimulation bereitgestellt und es werden geeignete Ansätze der dynamischen Anpassung der Vorrichtung und des Verfahrens auf solche Eingriffe beansprucht. Es werden insbesondere Verfahren, um dynamische Reaktion auf äußere Einflüsse in einer Simulation zu integrieren, beschrieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden damit prinzipiell die Entwicklung von Trainingssimulatoren zur besseren Planung und Kontrolle von Menschenströmen in Infra- strukturen und bei Massenveranstaltungen ermöglicht. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Prognosetool mit Mensch- Maschine-Interaktion bereitgestellt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann dynamisch in die Simu- lation von Person- und Objektströmen eingegriffen werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung können Eingriffe interaktiv über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle erfolgen, innerhalb eines Simulators nach einem gewissen Schema injiziert werden, oder zufallsgesteuert sein. Eine solche Adaption kann

- von außen durch ein Ereignis gesteuert werden, und zwar insbesondere interaktiv über eine Mensch-Maschine- Schnittstelle beispielsweise durch ein Signal zur Evakuierung oder einem Öffnen von Türen;

- innerhalb eines Modells, nach einem gewissen Schema - etwa einer bestimmten Zeit oder in einem bestimmten Bereich - injiziert werden, beispielsweise durch die Einfahrt eines Zuges oder eine Öffnung von Türen gemäß einem vorgegebenem Fahrplan; - zufallsgesteuert sein.

Um dies sinnvoll durchführen zu können, werden dynamische Anpassungen an drei Hauptelementen eines Modells für eine Bewegung von Teilchen bzw. Personen vorgesehen:

- Adaptive Wegewahl, und zwar über eine Neuinitialisierung von Navigationsfeldern oder Neusetzen von Zwischenzielen;

- Adaptive Zielwahl;

- Adaptive Personeneigenschaften.

Die vorliegende Erfindung erlaubt die realistische Simulation von Teilchenströmen bzw. Personenströmen bei gleichzeitiger Berücksichtigung einer dynamischen Anpassung der Teilchenströme bzw. Personenströme, wie sie herkömmlicher Weise nicht realisiert sind.

Adaptive Zielwahl

Je nach Typ des verwendeten Personstromsimulators erhalten Personen zu Beginn der Simulation ein fest vorgegebenes Ziel. Dieses streng deterministische Verhalten ist Stand der Tech- nik und vernachlässigt die Tatsache, dass Menschen dazu nei ^¬ gen, zumindest aus der Sicht des Beobachters, spontan ihre Ziele anzupassen. Etwa, wenn eine Person auf dem Weg zum Ausgang eines Bahnhofs spontan einen Laden betritt. Eine andere Möglichkeit ist wenn eine Flucht ausgelöst wird. Gemäß dieser vorliegenden Erfindung wird dieser Ansatz aufgebrochen und Personen können neue Ziele zugewiesen werden. Eine derartige Zuweisung kann wieder - von außen durch ein Ereignis gesteuert werden, und zwar insbesondere interaktiv über eine Mensch-Maschine- Schnittstelle, beispielsweise durch ein Signal zur Evakuie ^¬ rung; - innerhalb des Modells, nach einem gewissen Schema - etwa einer gewissen Zeit, oder in einem bestimmten Bereich - injiziert werden, beispielsweise eine Einfahrt eines Zuges und eine Öffnung von Türen gemäß einem vorgegebenen Fahrplan; - Zufallsgesteuert sein.

Die Zieländerung kann wiederum determiniert, entsprechend den Eigenschaften des einzelnen Individuums oder zufällig erfol ^¬ gen. Beispielsweise betritt nicht jede Person automatisch zu jeder Zeit einen Laden. Beispiele für das Auslösen einer Zielneusetzung sind:

- eine räumliche Triggerung. Beispielsweise betritt eine Per ^¬ son einen Bereich vor einem Laden, so wird ihr Ziel auf den Laden bzw. das Innere des Ladens umgestellt;

- eine externe Triggerung. Wird beispielsweise ein Signal zur Evakuierung gegeben, so wird das Ziel beispielsweise auf den nächsten Notausgang umgestellt;

- eine zeitliche Triggerung. Beispielsweise nachdem eine Per ^¬ son eine gewisse Zeit im Laden verweilt ist, schaltet diese auf ihr ursprüngliches Ziel um und verlässt somit wieder den Laden;

- eine ereignisgesteuerte Triggerung. Beispielsweise fährt ein Zug ein, den eine Person noch erreichen möchte;

- spontane, rein zufällige Triggerung. Beispielsweise fällt einer Person spontan ein, dass diese noch Besorgungen im Laden zu erledigen hat.

Adaptive Anpassung von Personeneigenschaften

Die im mikroskopischen Personenstromsimulationen betrachteten virtuellen Personen haben nach dem Stand der Technik unter- schiedliche Eigenschaften. Diese können angepasst werden. Eine solche Anpassung kann

- von außen durch ein Ereignis ausgelöst werden - insbesonde ^¬ re interaktiv über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, bei- spielsweise durch ein Signal zur Evakuierung oder dem Öffnen von Türen; Bei Flucht wird eine Wunschgeschwindigkeit als Personeneigenschaft deutlich erhöht;

- innerhalb des Modells, nach einem gewissen Schema - etwa einer bestimmten Zeit oder in einem bestimmten Bereich - injiziert werden. Beispielsweise ein Eintreten von Dunkelheit; Bei Eintreten von Dunkelheit wird im Allgemeinen aufgrund von Sichtbehinderung langsamer gelaufen; - zufallsgesteuert sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt eine dynamische Anpassung von Simulatoren von Personenströmen bzw. Objektströmen auf externe oder intrinsische, das heißt im Simulations- verlauf entstehende, Situationsveränderungen und Signale.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dynamisch in eine Simulation von Personenströmen eingegriffen. Derartige Eingriffe können interaktiv über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle er ^¬ folgen, innerhalb des Simulators nach einem gewissen Schema injiziert werden, oder zufallsgesteuert sein. Um dies sinn ^¬ voll durchführen zu können sieht die Erfindung dynamische An- passungsverfahren an drei Hauptelementen eines Modells für die Bewegung von Teilchen bzw. Personen vor:

- eine dynamisch Adaptive Wegewahl virtueller Personen; - eine dynamisch Adaptive Zielwahl virtueller Personen;

- eine dynamische Anpassung der Eigenschaften virtueller Personen . Die Erfindung sieht vor, dass die Eingriffe interaktiv über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle erfolgen oder intrinsisch durch die Simulation gesteuert sind. Anpassungen können sowohl deterministisch erfolgen als lediglich mit bestimmten Wahrscheinlichkeiten versehen werden.

Gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung und gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. den erfindungsgemäßen Verwendungen ergeben sich folgende Vorteile. Die Erfindung ermöglicht interaktives Eingreifen in die Simu ^¬ lation und damit erstmalig das Erstellen eines Trainingssimu ^¬ lators bzw. eines Prognosetools mit Mensch-Maschine- Interaktion . Eine dynamische Anpassung an unterschiedliche Gegebenheiten entspricht dem menschlichen Verhalten wesentlich besser als eine rein statische Sichtweise. Somit können reale Personen ^¬ ströme deutlich realitätsnäher in den Simulationen abgebildet werden. Typische Aussagen über Personenmengen, Personendich- ten und Ströme sind unter der Verwendung der vorgeschlagenen Vorrichtung und des vorgeschlagenen Verfahrens signifikant zuverlässiger . Somit ist ebenso erst durch diesen Ansatz mit realistischen Bewegungsmustern eine realitätsnahe Kalibrierung wesentlicher Parameter, insbesondere bei zellulären Ansätzen, möglich. Des Weiteren erlaubt die Erfindung dank der expliziten näher an der Realität liegenden Modellierung ein besseres Erfüllen von Richtlinien für Personenstromsimulatoren .

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Wegewahlan- passung mittels einer Neuinitialisierung von Gesamtpotenzialen mittels der Ansteuereinrichtung und der Rechnereinrichtung ausgeführt werden.

In den meisten Personenstromsimulatoren wird einer Person ein Weg mittels eines skalaren Navigationsfeldes, einem so ge ^¬ nannten Navigationspotenzial, vorgegeben. Personen bewegen sich jeweils in Richtung des minimalen Wertes des Navigati- onsfeldes, das heißt entlang des steilsten Abstiegs. Die Be ^¬ stimmung des Navigationsfeldes unter Berücksichtigung der notwendigen Parameter, wie betretbaren Raum, Zielen und Hindernissen, ist Stand der Technik. Bei Methoden nach dem Stand der Technik mit der Vorgabe eines Navigationsfeldes ist der gewählte Weg fest vorbestimmt. Der Ansatz wird auch für die Simulation allgemein von Objektbewegungen verwendet.

Erfindungsgemäß wird das Navigationspotenzial während der Si ^¬ mulation neu bestimmt, wenn eine Situationsveränderung ein- tritt. Diese dynamische Neubestimmung des Navigationspotenzials verändert die Wegewahl für jedes Objekt, sodass sie zur neuen Situation passt. Folgende exemplarische Möglichkeiten bieten sich zur Steuerung der Wegewahl bzw. Neuinitialisierung der Navigationspotenziale:

- ereignisgesteuerte Initialisierung, beispielsweise nach Öffnen einer Tür. - zeitgesteuerte Initialisierung, das heißt wiederholte auto ^¬ matische Initialisierung in zeitlich konstanten oder variablen Intervallen, beispielsweise Initialisierung in jeden 10. diskreten Zeitschritt der Personstromsimulation bzw. Teil- chenstromsimulation;

- zufallsgesteuerte Initialisierung.

Die dynamische Anpassung erfolgt durch Berücksichtigung auf einer veränderten Situation, beispielsweise ein Öffnen einer Tür. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch unabhängig von außen injizierten Situationsänderungen das Navigationspotenzial in regelmäßigen Zeitschritten neu initialisiert. Dann können ebenso Veränderungen im Simulationslauf, die nicht von außen gesteuert werden, berücksichtigt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Gesamtpotenzial proportional zu einer Dichte von Teilchenmengen auf betretbaren Wegen zu einem Ziel für Zellen auf diesen We- gen erhöht werden. Die Erfindung schlägt insbesondere vor, das Navigationspotenzial abhängig von der Dichte von Teil ^¬ chenmengen bzw. Personenmengen auf den betretbaren Wegen zum Ziel zu bestimmen. In dieser gewichteten Neuinitialisierung erhöhen hohe Personendichten bzw. Teilchendichten das Naviga- tionspotenzial . Teilchen folgen dem niedrigsten Potenzial, sodass Wege, bei denen sich ein Stau gebildet hat, automa ^¬ tisch weniger attraktiv werden.

Eine wiederholte Neuinitialisierung erfordert erhöhte Rechen- zeiten, führt jedoch zu deutlichem realistischerem Personenverhalten .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die We- gewahlanpassung mittels einer Neusetzung von Zwischenzielen mittels der Ansteuereinrichtung und der Rechnereinrichtung ausgeführt werden. In einigen Personenstromsimulatoren wird die Navigation von Personen mittels Zwischenzielen auf Graphen realisiert. Dies zum Teil ebenso in Verbindung mit einer Navigationsfeld basierten Navigation von Zwischenziel zu Zwi ^¬ schenziel. Nach dem Stand der Technik erhalten die Personen zu Beginn der Simulation einen fest vorgegebenen Weg zum Ziel. Dieses streng deterministische Verhalten vernachlässigt jedoch die Tatsache einer dynamischen Anpassung der Wegewahl. Völlig analog zur Wegewahl bei Verwendung eines Navigations ^¬ feldes kann ebenso hier eine dynamische Wegewahl verwendet werden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, das Zwischenziele - injiziert durch Ereignisse, vorgegebener Zeitabläufe oder Zufall - in Abhängigkeit der veränderten Si ^¬ tuation neu gewählt werden. Die Erfindung sieht zudem vor, dass Zwischenziele in regelmäßigen Abständen neu gewählt wer ^¬ den, um auf durch den Simulationslauf eingetretene Situati ^¬ onsveränderung einzugehen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Wahrscheinlichkeit, dass ein Zwischenziel auf einem Weg zu einem Endziel bei der Neusetzung gewählt wird, sinken, wenn ein Teilchenstau auf dem Zwischenziel besteht und/oder mit einer steigenden Staustärke. Gemäß der Ausführungsart erfolgt die Wegewahl in Abhängigkeit von erkannten Staus. So soll insbesondere die Wahrscheinlichkeit mit der ein gewisses Zwi ^¬ schenziel auf dem Weg zum Endziel gewählt wird sinken, wenn ein Stau auf dem Zwischenziel besteht. Die Wahrscheinlichkeit soll auch von den Staustärken abhängen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Zielwahlanpassung mittels einer Zielwahl aus einer vorgegebenen Menge von Zielen nach unterschiedlichen Gesichtspunkten erfolgen. Die neue Zielwahl kann sich nicht lediglich auf ein Ziel beziehen, beispielsweise Personen vor einem Laden sondern kann ebenso die Wahl eines Ziels aus einer vorgegebenen Menge von Zielen nach unterschiedlichen Gesichtspunkten beinhalten, wie beispielsweise bei einer Flucht wird der nächst gelegene Ausgang gewählt. Die Wahl kann deterministisch, beispielsweise das nächste gelegene Ziel, oder zufällig erfol ^¬ gen . Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Teilcheneigenschaften die feste Geschwindigkeit sein, mit der sich Teilchen bei einer freien Bahn bewegen, oder ein bevorzugter Abstand zu anderen Teilchen. Die in mikroskopischen Personstromsimulation betrachtenden virtuellen Personen haben nach dem Stand der Technik unterschiedliche Eigenschaften, wie beispielsweise unterschiedliche Wunschgeschwindigkeiten, die die Personen während der Simulation, das heißt in jedem diskreten Zeitschritt der Simulation, beizubehalten versucht, oder unterschiedliche bevorzugte Abstände zu anderen Perso ^¬ nen. In allen Personenstromsimulatoren nach dem Stand der Technik werden diese Eigenschaften am Anfang der Simulation fest vorgegeben, eine dynamische Anpassung ist nicht möglich. In der Realität findet jedoch in bestimmten Situationen eine solche Anpassung statt. Bei einer Bedrohungssituation, die mit einer Flucht einhergeht, weichen Menschen von ihrer

Wunschgeschwindigkeit ab und bewegen sich mit der jeweils ma ^¬ ximalen möglichen Geschwindigkeit, die ebenfalls von Person zu Person variiert. Des Weiteren sind Personen im falle einer Flucht durchaus bereit die Wohlfühlabstände zu anderen Perso ^¬ nen zu unterschreiten.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Teilcheneigenschaft einer Geschwindigkeit eines Teilchens mittels Skalierung einer maximalen Geschwindigkeit mittels Multiplikation des maximalen Anpassungsfaktors angepasst wer ^¬ den. Das Laufverhalten von Personen und insbesondere die Geschwindigkeit mit der Personen gehen hat herausragende Bedeu- tung bei der Simulation von Personenbewegungen. Daher wird im Folgenden genauer die dynamische Anpassung der Personengeschwindigkeit auf Situationsveränderungen betrachtet. Die Er ^¬ findung sieht insbesondere vor, die Wunschgeschwindigkeit von Personen situationsabhängig anzupassen. Derartige Situationen können beispielsweise ein Fluchtsituation oder eine normale Situation sein. Die Wunschgeschwindigkeit ist den Methoden nach dem Stand der Technik die feste Geschwindigkeit, mit der Personen bei freier Wahl laufen. Eine besonders effektive Realisierung bietet die Skalierung der maximalen Geschwindigkeit einer Person. Die maximale

Geschwindigkeit von Personen variiert von Person zu Person und ist in der Realität im Wesentlichen normal verteilt.

Durch die Skalierung können dynamisch entsprechende Variationen in der Wunschgeschwindigkeit

Vwunsch — ^wünsch 2 ^iaax realisiert werden, beispielsweise

Vfi _uc ht ⁼ ^.flucht 3 Die Wahl der Faktoren q kann von unterschiedlichen Parametern abhängen. Sie kann deterministisch erfolgen oder aber auch zufälligen sowie zeitlichen, insbesondere zufälligen, Schwankungen unterworfen sein. Bei der Bestimmung von q sollte berücksichtigt werden, dass die entsprechende Geschwindigkeit einer Person diese Person charakterisiert und im Mittel ein ^¬ gehalten werden sollte. Des Weiteren sind häufige abrupte Schwankungen in q unnatürlich. Die Erfindung sieht vor, dass klein q abhängig von Parametern wie der Personcharakteristik und von der LaufVergangenheit gestaltbar sein soll. Die ge- naue Ausgestaltung solcher Abhängigkeiten ist noch Gegenstand der Forschung.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Ereignis ein Öffnen oder Schließen einer Tür, ein Erkennen oder Umgehung eines Staus, ein Betreten eines Ladens, eine Absper ^¬ rung, eine Evakuierung, eine Zugeinfahrt oder eine Bekanntga ^¬ be einer Gleisänderung sein. Dies sind denkbare Szenarien, in denen dynamische Anpassungen eine äußerst wichtige Bedeutung haben. Weitere Ereignisse können ein Auftreten von Rauch oder Feuer oder ein Alarm sein. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die zeitlich festgelegten Anpassungen in regelmäßigen Zeitschritten ausgeführt werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die räumlich festgelegten Anpassungen in Abhängigkeit von der Dichte von Teilchenmengen auf den betretbaren Zellen zum Ziel ausgeführt werden, wobei hohe Teilchendichten das Gesamtpo ^¬ tenzial der betretbaren Zellen zum Ziel erhöhen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können mittels einer zweiten Erfassungseinrichtung reale Objektbewegungen erfasst werden zur Initialisierung von Positionen der Teilchen, von Startzellen, Zielen und Teilchengeschwindigkei- ten.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der mittels der ersten Erfassungseinrichtung erfassten Teilchenbewegung zur jeweiligen Erzeugung von Steuerimpulsen zu einer Leitzentrale bereitgestellt 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 Ausführungsbeispie ^¬ len in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen : ein Ablaufdiagramm einer dynamischen Anpassung auf simulationsinterne Situationsveränderungen in regelmäßigen Zeitschritten; Figur 2 eine dynamische Anpassung auf externe Situations ^¬ veränderungen ;

Figur 3 verschiedene Zeitschritte einer Simulation eines

Personstroms mit dynamischer Adaption am Beispiel eines Öffnens einer Tür bzw. eines Entfernen eines

Hindernisses ;

Figur 4 ein Beispiel für eine dynamische und intelligente

Adaption der Wegewahl an unterschiedliche Gegebenheiten;

Figur 5 ein Beispiel, in welchem ein gleichzeitiges Adapti ^¬ ves Anpassen von Zielen und Geschwindigkeit reali ^¬ siert ist;

Figur 6 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung;

Figur 7 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Verfahrens .

Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer dynamischen Anpassung auf simulationsinterne Situationsveränderungen in regelmäßi- gen Zeitschritten. Entlang einer Zeitachse t, die auf der linken Seite der Figur 1 dargestellt ist, werden folgende Schritte ausgeführt. Mit einem Schritt sl erfolgt eine Para ^¬ meterwahl, die statisch ist. Mit einem Schritt S2 erfolgt ei ^¬ ne Initialisierung. Mit einem Schritt S3 wird ein erster Si- mulationsschritt ausgeführt. Mit einem Schritt S4 wird ein zweiter Simulationsschritt ausgeführt. Mit einem Schritt S5 wird ein k-ter Simulationsschritt ausgeführt. Mit einem

Schritt S6 wird geprüft ob die Situation geändert ist. Wird in einem Schritt S6 festgestellt, dass die Situation nicht verändert ist, wird auf dem Schritt S2 ohne eine Veränderung zurückgegangen. Wird festgestellt, dass die Situation verändert ist, wird von dem Schritt S6 mit einer dynamischen Anpassung der Parameter in einem Schritt S7 auf den Schritt S2 zurückgegangen. Wird in einem Schritt S6 festgestellt, dass die Zeit abgelaufen ist, so wird die Simulation mit einem Schritt S8 beendet. Figur 2 zeigt eine dynamische Anpassung auf externe Situati ^¬ onsveränderungen. Mit einem Schritt Sl erfolgt eine statische Parameterwahl. Mit einem Schritt S2 erfolgt eine Initialisie ^¬ rung. Mit einem Schritt S3 wird ein erster Simulationsschritt ausgeführt. Danach folgt mit einem Schritt S4 die Feststel ^¬ lung, ob ein externer Eingriff, der interaktiv ist, auf einen Ablaufplan beruht oder zufällig ist, vorliegt. Liegt ein der ^¬ artiger Eingriff vor, erfolgt mit einem Schritt S5 eine dyna ^¬ mische Anpassung der Parameter. Mit einem Schritt S6 erfolgt eine Neuinitialisierung, das heißt eine Adaption auf der Grundlage des Schrittes S5. Liegt ein derartiger Eingriff nicht vor oder nach dem Schritt S6 folgt in einem Schritt S7 ein weiterer Simulationsschritt. Danach folgt mit einem

Schritt S8 die Entscheidung, ob die Simulation zu beenden ist oder nicht. Ist die Simulation nicht zu beenden wird auf den Schritt S3 zurück gegangen und ein weiterer Simulationsschritt ausgeführt. Ist die Simulation zu beenden, so wird mit einem Schritt S9 die Simulation beendet. Figur 3 zeigt verschiedene Zeitschritte einer Simulation ei ^¬ nes Personstroms mit dynamischer Adaption am Beispiel eines Öffnens einer Tür bzw. eines Entfernen eines Hindernisses. Es erfolgt eine dynamische Anpassung durch Berücksichtigung einer veränderten Situation, hier das Öffnen einer Tür. In den Bildern b und c ist das mittlere kleine Hindernis inaktiv, das heißt die Tür ist geöffnet. Die Möglichkeit eines inter ^¬ aktiven Eingriffs durch den Benutzer in Objekt- und Personen- stromsimulationen ist von zentraler Bedeutung. Figur 3 zeigt einen derartigen Eingriff am Beispiel des Öffnens einer Tür. Dargestellt sind verschiedene Zeitschritte einer Simulation. Der Personenstrom, der in der Person generierenden Quelle links entsteht, bewegt sich auf das Ziel, das über die gesam ^¬ te rechte Seite ausgebreitet ist, zu. Nach dem Öffnen der Tür in Bild b und c, bewegen sich die Personen bzw. Teilchen durch die Tür, da dieses der kürzeste Weg ist. Sobald die Tür geschlossen wird, gehen die Teilchen bzw. die Personen um die Wand herum. In Bild d ist deutlich zu erkennen, wie ebenfalls die Personen, die nicht mehr die Türe durchqueren konnten, gezwungen werden, den Umweg um das Hindernis zu wählen.

Figur 4 zeigt ein Beispiel für eine dynamische und intelli- gente Adaption der Wegewahl an unterschiedliche Gegebenhei ^¬ ten. Durch eine wiederholte gewichtete Initialisierung des Zielfindungspotenzials können die simulierten Personen unter anderem Staus erkennen und entsprechend umgehen. Bei der wie ^¬ derholten Initialisierung werden Abstände mit hohen Personen- dichten im Vergleich zu mittleren und niedrigen Personendichten stärker gewichtet. In Figur 4 befindet sich die Quelle, aus der die Personen strömen, in der linken, unteren Ecke, das Ziel befindet sich in der unteren, rechten Ecke. Beide sind durch ein Hindernis mit nur zwei Öffnungen getrennt. Aufgrund der deutlich geringeren Maße der unteren Öffnung bildet sich dort ein Stau. Dieser wird mithilfe der gewichte ^¬ ten Flutung durch die Fußgänger erkannt und ab Überschreiten einer gewissen Größe, wählen diese einen Umweg über die obere Öffnung. Figur 4 zeigt unterschiedliche Zeitschritte eines simulierten Personenstroms mit intelligenter dynamisch Adaptiver intelligenter Wegewahl. Bereiche mit hohen Personendichten werden gemieden, sodass einige Personen den Umweg über den obigen Durchgang zum Ziel wählen, sobald der Stau am unteren Durchgang zu groß wird. Alle 10 Zeitschritte wurde das zugrundeliegende Potenzial neu berechnet, wobei Abstände unterschiedlich in Abhängigkeit von der lokalen Personendichte gewichtet wurden. Es wird ebenso unabhängig von außen injizierten Situationsänderungen das Navigationspotenzial in regelmäßigen Zeitschritten neu initialisiert. Damit können ebenso Veränderungen im Simulationslauf, die nicht von außen gesteuert werden, berücksichtigt werden. Die Erfindung schlägt insbesondere vor, das Navigationspotenzial abhängig von der Dichte von Personenmengen bzw. Teilchenmengen auf den betretbaren Wegen zum Ziel zu bestimmen. In dieser gewichte- ten Neuinitialisierung erhöhen hohe Teilchendichten (Personendichten) das Navigationspotenzial. Personen folgen dem niedrigsten Potenzial, sodass Wege, bei denen sich ein Stau gebildet hat, automatisch weniger attraktiv werden. Figur 5 zeigt ein Beispiel, in welchem ein gleichzeitiges adaptives Anpassen von Zielen und Geschwindigkeit realisiert ist. Es sind jeweils verschiedene Zeitschritte einer Simula- tion dargestellt. Die Personen bewegen sich jeweils von den Ein- und Ausgängen eines Gebäudes zu denen der anderen Gebäude. Aufgrund der Dimensionierung treten zum Teil Staus auf. In c tritt ein Ereignis auf, und zwar ein intrinsisches oder extrinsisches , das die Person zur Flucht veranlasst. Sie wäh- len automatisch den nächsten Notausgang, dies sind die Ziele am oberen und unteren Rand, und bewegen sich auf diese zu. Da von einer Evakuierungssituation ausgegangen wird, werden gleichzeitig die Geschwindigkeiten der Personen angepasst. Die zum Teil unterschiedlichen Wunschgeschwindigkeiten - es wird eine inhomogene Personenmenge betrachtet - werden mit einem konstanten Faktor multipliziert. Figur 5 zeigt unterschiedliche Zeitschritte eines Personenstromssimulators mit Adaption von Zielen und Personeneigenschaften, die hier die Geschwindigkeit ist, getriggert durch ein externes Signal. In den Abbildungen a-c bewegen sich die Personen jeweils von einem Gebäude zum anderen. Zwischen den Zeitschritten c und d tritt eine Gefahrenlage auf und es wird das Signal zur Evaku ^¬ ierung gegeben. In den Zeitschritten d-f verlassen die Personen mit erhöhter Geschwindigkeit das Gelände zu den Notaus- gängen am oberen und unteren Rand.

Figur 6 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 Ge ^¬ samtpotenzial zugeordnet. Teilchen 3, beispielsweise Metall- kügelchen, werden anfangs auf dem Zellgitter 5 positioniert. Eine Anzahl kann beispielsweise n=50 Kügelchen sein. Mittels einer Ansteuereinrichtung 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 einstel- len. 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 Endzeitpunkt Te können alle Kügelchen ihre Ziele Z er- reicht haben. Zur Visualisierung und/oder Erfassung der Bewegung der Kügelchen kann eine erste Erfassungseinrichtung 1, beispielsweise eine Kamera, verwendet werden. Die Informatio ^¬ nen - 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 Ansteuereinrichtung 7 kann mittels einer Mensch-Maschine-Schnittstelle 8 beispielsweise zur Anpassung von Vorrichtungsparametern gesteuert werden. Die Informationen der ersten Erfassungseinrichtung 1 können ebenso in einer Auswerteeinrichtung 11 bewertet werden. So kann beispielsweise eine Teilchendichte im Zellgitter 5 er- fasst und ausgewertet werden. Die Auswerteeinrichtung 11 kann Steuersignale an eine Leitzentrale 13 zur Steuerung von Ge ^¬ bäudeelementen 15, beispielsweise Türen oder Hinweisschil- dern, ausgeben. Die Vorrichtung I kann beispielsweise ebenso durch einen Rechner nachgebildet werden. Die Vorrichtung eignet sich insbesondere für eine Simulation von Personenströmen beispielsweise in Gebäuden. Das Modell der erfindungsgemäßen Vorrichtung I ist mit einem entsprechenden 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 um- fasst . Figur 7 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 Ansteuerein- richtung 7 und einer Rechnereinrichtung 9 eingestellt werden, wobei jeder Zelle ein Zielpotenzial zugeordnet ist, das fest ^¬ legt wie Teilchen 3 von einem Ziel Z angezogen werden, und ein Hindernispotenzial zugeordnet ist, das festlegt wie Teil ^¬ chen 3 von einem Hindernis H abgestoßen werden, und wobei je- dem 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 Wegewahl, eine Zielwahl und/oder Teil- cheneigenschaften abhängig von einem Ereignis, zeitlich oder räumlich festgelegt oder zufallsgesteuert einerseits mittels der Ansteuereinrichtung 7 und der Rechnereinrichtung (9) oder andererseits mittels der Ansteuereinrichtung 7 und einer Mensch-Maschine-Schnittstelle 8 dynamisch angepasst.

Die Erfindung wurde anhand eines Simulators, der auf zellulä ^¬ ren Zustandsautomaten basiert, erläutert. Eine Übertragung der Methoden auf andere Ansätze - wie stark individualisierte Agenten basierte Methoden - ist problemlos möglich. Bei der Simulation von Personenströmen mit zellulären Automaten bewegen sich Personen mit einem festen Geschwindigkeitsschema anhand von Potenzialüberlegungen zu ihrer nächsten Zelle und damit insgesamt zu ihrem gewünschten Ziel. Dieses Modell wird durch Einführung von dynamischen Anpassungen an mehreren, sonders relevanten Stellen verbessert.