学生群体紧急疏散仿真及在出口设计中的应用

针对学校大型建筑中人群分布密集的问题,研究了学生群体的紧急疏散仿真。首先分析了紧急情况下的群体行为特点,并根据现实生活中个体差异的统计特征,对逃生人群的不同属性特征进行了分类,然后采用社会力模型实现了学生群体的紧急疏散仿真,解决了传统疏散仿真中人员的无差异性问题。该仿真能够更加真实地反映出现实生活中的人群疏散,达到较好的效果。最后,基于该仿真模型,着重分析了建筑物出口设计对群体疏散的影响,分析结果表明:不同的出口宽度、位置对群体疏散的影响不同,从而可以为大型建筑的出口设计提供有益的参考。     

一种结合导航点的社会力疏散仿真软件研究

社会力模型广泛应用于人群仿真。针对该模型在人群疏散仿真中存在抖动、穿透现象,分析产生该现象的原因,采用多线程优化的方法改进社会力模型。对于多障碍物场景中行人存在停滞和移动缓慢的现象采用增加导航点优化行人的疏散路径。采用优化的社会力模型研制一个人群疏散仿真软件,该软件可以定义多种人群仿真参数,实现人群仿真。通过该仿真软件对地震疏散情景进行仿真实验,对实验数据进行对比分析,验证了该仿真软件可以推演人群的疏散行为,可以为人群的疏散策略制定提供参考数据。     

低能见度环境下多出口场馆人群疏散研究

为了提高多出口场馆人群疏散效率,针对低能见度环境下多出口场馆人群疏散问题,在基本的社会力模型上加入了领导者吸引力和能见度范围的限制,建立了低能见度环境下多出口场馆人群疏散仿真模型,研究低能见度条件下人群疏散行为及疏散领导者对疏散结果的影响。在改进的社会力模型中,每个待疏散人员只对能见度范围内的其他个体或墙壁存在心理作用力,并且只有疏散领导者和出口附近的个体能够准确地判断出口位置,而其他个体只能根据能见度范围内的环境信息或疏散领导者的领导进行疏散。仿真结果显示,该模型可以较好地模拟出低能见度环境下多出口场馆人群疏散情形,疏散领导者选择距离最近的出口为疏散方向,普通个体会跟随能见度范围内的大多数个体或疏散领导者进行疏散,且疏散领导者的存在和其初始位置的合理设定能够提高疏散效率。     

考虑出口宽度因素的多出口应急疏散模型研究

本文选择社会力模型作为行人疏散理论,并在此基础上进行仿真实验,研究单出口环境中出口宽度与疏散时间的关系;为了进一步研究多出口环境中宽度变化对疏散的影响,以社会力模型为基础,构建了考虑距离因素、宽度因素的行人疏散模型;仿真结果表明,出口宽度的变化极大影响整体疏散效率;单出口环境中,宽度大小与疏散时间整体呈反比,当宽度达到一定值时,疏散时间趋于稳定;多出口环境中,仅考虑距离因素时,出口宽度差值的绝对值与疏散时间呈正比,添加宽度因素考虑后,提高了整体疏散效率,疏散时间在一定范围内波动。     

建筑物出口条件对人员疏散的影响分析

人员疏散是建筑安全性能设计中考虑的关键因素,建筑出口条件又是人员疏散的关键环节.研究人员对疏散问题,采用疏散仿真模型对人群疏散进行了仿真,着重研究了出口条件对疏散时间的影响.为保证安全,对于单出口的建筑物,出口宽度有一个理想临界值d≈0.1w(w为包括出口在内的墙总长),使出口宽度大于临界值,减少了阻塞现象,提高疏散效率.对于双出口分布在同一面墙上的正方形建筑,出口间距S≈0.2w,疏散用时最小,并对于方形建筑的理想临界值S会随着建筑物较短的墙宽度减小而增加.仿真表明,双出口分布在不同墙面上方式比没有双出口分布在同一面墙疏散效率高,为建筑物出口设计提供了参考依据.     

船舶多出口房间疏散问题研究

为了提高船舶人员疏散效率,针对船舶火灾情况下多出口房间的人员疏散,提出了结合博弈论和社会力模型的疏散优化模型.模型考虑了人员之间的相互作用、人员到出口的距离和出口大小对人员选择出口的影响,用博弈理论得出多出口条件下人员个体的最优决策路线,并对社会力模型中人员动力学进行修正,作为新模型中人员运动的动力学基础.用新模型对多出口无障碍房间进行人员疏散仿真,结果显示,上述模型可以仿真出人员在多出口房间中对出口的优化选择,并能改善基础社会力模型中存在的不足.仿真结果表明,上述模型能有效缩短人员逃离房间的时间,并能模拟多出口条件下人员疏散的场景,为规划和管理多出口房间的疏散提供参考.     

大型建筑内人员疏散计算机仿真研究评述

在大量人员聚集的场所须预先做好各种应急的疏散预案,否则一旦紧急事件发生,由于人群的拥挤踩踏极有可能造成大量人员的伤亡,因此对人群的疏散动态进行深入研究,具有极大的现实意义.介绍了疏散动力学的产生背景和研究现状,分析比较了两种最具代表性的疏散模型,总结疏散仿真可视化模拟过程,最后指出了当前研究中存在的问题,并对这一领域的发展提出了建议.     

基于元胞自动机的人员疏散仿真研究

在人员聚集的大型场所,如果紧急事件发生则极有可能造成人员的大量伤亡,因此对人员疏散行为进行深入研究,具有极大的现实意义.通过分析已有的理论基础,利用元胞自动机原理建立了人员疏散数学模型.模型采用二维元胞自动机技术,确定了元胞空间和元胞状态,建立了人员疏散行为规则并着重探讨了从众行为和建筑结构不同对疏散时间的影响.试验结果表明,该疏散仿真模型更具真实性和合理性.     

结合最短路径改进的社会力人群疏散仿真模型

社会力模型广泛应用于人群疏散仿真,针对该模型在仿真过程中存在行人停滞不前、无法通过非凸边形障碍物和疏散路径与行人实际选择的路径不相符等问题,提出了一种社会力改进模型.该模型基于场景中的障碍物生成路径节点,利用这些节点生成无向图,同时考虑了节点的安全系数和拥挤系数对节点通行性的影响生成最短疏散路径.通过改进后的社会力模型...     

贪心选择在地铁站内行人疏散中的应用

大型室内场所空间布局较为复杂(如地铁站), 人群的高密度聚集往往存在一些潜在的风险. 本文在分析国内外人群快速疏散研究现状的基础上, 提出了一种基于贪心选择的行人疏散方法. 该方法以地铁站内复杂场景作为研究背景: 首先, 针对地铁站内的行人的行动轨迹难以获取问题, 本文利用地铁站内行人真实出站数据, 基于元胞自动机, 构建了行人疏散轨迹半仿真模型, 并利用实际流量数据优化该半仿真模型; 其次, 基于该轨迹模型, 为了满足高动态场景中的实时性, 采用复杂度较低的贪心选择策略分配最优疏散出口; 最后, 以杭州武林广场地铁站为例, 使用真实出站数据设计对比实验, 验证行人轨迹模型的有效性以及出口分配方法的性能. 结果表明, 本文所提出的行人轨迹模型能够较好的模拟行人的轨迹, 仿真中各出口疏散人数同真实出站数据拟合程度的可决系数R2达到了0.67. 相较于最短路径和最短时间出口分配方法, 本文所提出的方法在整体疏散效率上分别提高了27.2%和16.5%.     

疏散出口附近的人群踩踏仿真分析

人群聚集场所往往存在着较大的安全隐患,当紧急事件发生时,公共场所出口处易发生踩踏事故。针对该现象,设计了一种行人踩踏模型：将行人在踩踏过程中的跌倒情况分为三种,昏迷倒地、推挤倒地、被行人绊倒;在此基础上,设置了行人跌倒的判定规则和行人跌倒后重新站立的条件。行人跌倒的判定规则融合了改进后的社会力模型。改进的社会力模型考虑了跌倒行人对站立行人的影响。仿真过程中对影响人群踩踏的若干因素进行了分析,包括出口宽度、行人平均运动速率、操场塑胶跑道的摩擦系数、心理作用系数,撞击阻碍角度等。仿真结果显示,出口宽度越小,行人平均速率越快,操场塑胶跑道的摩擦力系数越小,越容易发生踩踏事件。心理作用系数和撞击阻碍角度超过一定阈值后,踩踏现象会显著减弱。     

基于Agent的人员疏散系统设计与实现

通过分析Agent与社会力模型在人员疏散方面的应用及疏散模拟中人和建筑物对象的存储方式,利用Agent技术结合人员疏散的动力学模型、改进的路径规划算法和人员在一般情况下的心理因素以及建筑物的不同特点,建立能够正确反映疏散时人员行为的Agent模型,运用C++语言实现基于Agent的人员疏散模拟系统。疏散结果显示,该系统能够较真实地模拟人员疏散过程。     

考虑分类人群行为的建筑疏散模型研究

人员行为决定了应急疏散时人群的时空分布,是研究疏散动力学的关键。考虑疏散时人员的心理特性与身份状态,将人群分为恐慌人群、易感人群、冷静人群和管理人群四类,基于社会力模型表达各类人群的疏散行为特征,并开展不同情境的疏散动力学过程分析。研究发现行人的恐慌心理具有传播作用,对其他行人的疏散行为有明显的影响,而管理人员的引导作用对疏散有积极影响,当其比例在10%~15%的时候效果显著,且合适的位置更易提高疏散效率;人员的服从水平越大,疏散效率越高。提出的分类人群疏散行为模型能为建筑安全疏散评估与优化提供理论支持。     

考虑疏散安全和效率的室内障碍物布局优化

室内障碍物的布局会对人群时空分布、疏散安全和效率产生重要影响.为调查其影响,构建带有障碍物的单室单出口人群疏散模型.同时,通过3种不同的影响因素(即障碍物长度、障碍物与出口距离、障碍物偏离出口中心距离)来分析它们对人群疏散效率和安全的影响.研究结果发现障碍物长度与疏散效率成正向关系,而与疏散安全成反向关系;障碍物与出口距离与疏散效率和安全皆成正向关系;障碍物偏离出口中心距离与疏散效率和安全成反向关系.此外,本研究还使用多目标进化算法来对室内障碍物布局进行优化,所得结果可以为决策者平衡疏散安全和效率问题提供重要参考.     

基于物理的真实感火灾疏散仿真

人员的疏散是目前防火防灾研究的热点,但是传统的人员疏散研究多集中于人群疏散的离散仿真及可视化显示,无法逼真地表现个体的疏散行为.从火灾时人员疏散的物理特点出发,考虑不同人在火灾情况下的行为特征,采取几何连续的疏散空间,可较准确地计算人员安全疏散的时间及路径;建立了建筑物、火焰和角色动画的三维模型,动态交互地模拟火灾疏散过程,仿真效果逼真.     

Crowd Simulation and Its Applications: Recent Advances

This article surveys the state-of-the-art crowd simulation techniques and their selected applications, with its focus on our recent research advances in this rapidly growing research field. We first give a categorized overview on the mainstream methodologies of crowd simulation. Then, we describe our recent research advances on crowd evacuation,pedestrian crowds, crowd formation, traffic simulation, and swarm simulation. Finally, we offer our viewpoints on open crowd simulation research challenges and point out potential future directions in this field.     

平行应急疏散系统:基本概念、体系框架及其应用

突发事件通常具有难以预测、多成因关联、危害性大及演变复杂等特点,应急情况下如何安全高效疏散人员是应急管控领域的重要研究内容.本文将基于人工系统（Artificial systems,A）、计算实验（Computational experiments,C）、平行执行（Parallel excution,P）方法的平行系统理论引入到应急管控领域,提出平行应急疏散系统（Parallel emergency evacuation systems,PeES）基本概念,构建系统体系框架及集成平台,并介绍人工应急疏散系统、计算实验、平行执行等主要功能模块的基本功能及实现方法.通过PeES能实现虚实应急疏散系统的管理与控制、应急方案的实验与评估以及相关人员的学习与培训.最后,以轨道交通枢纽站火灾场景下的乘客应急疏散为典型应用对平行应急疏散系统进行初步验证.     

模拟疏散中个体及群体运动方法

应用元胞自动机和人工智能原理模拟人员的疏散,研究了"分块划分"情况下个体的智能寻径行为以及当出口人员密度达到一定阀值时群体运动的规律,发现分块划分条件下人员的行为与现实中人的寻径及避障行为更接近;采用"出口处群体运动"与单独采用个体运动算法相比,同等计算机资源条件下,最大疏散人数得到了提高,而在同等人员属性配置下,在一定范围内,疏散时间变化不大。结果表明分块划分与出口"群体运动模拟"能够减少硬件本身对结果的影响,从且保证了结果的有效性,是一种模拟真实场景紧急疏散的可行方法。