基于元胞自动机的普通超市火灾疏散模型的构建

通过分析已有的元胞自动机理论,结合人员疏散的特点,构建了考虑出口吸引力、火灾排斥力、摩擦力、排斥力和从众吸引力的普通超市火灾疏散模型。该模型充分考虑了多个因素对疏散过程的影响,对影响因素进行归一化处理,以综合影响因素建立的元胞转移强度作为行人移动规则。针对超市疏散人数、出口宽度及相隔距离、从众心理对疏散时间的影响进行了研究,并采用仿真疏散软件Pathfinder+FDS对模型进行验证,说明疏散模型具有一定可信性。研究表明行人疏散时间随人数呈线性正相关,人数存在临界值;出口宽度越宽或出口越多疏散时间相对越短,当达到出口阈值时对疏散时间影响不大;在陌生疏散环境或紧急情况下适当的从众行为会提高疏散效率。     

基于元胞自动机的人员疏散模型设计与实验

元胞自动机作为一种动态模型与通用性建模的方法,其应用几乎涉及社会和自然科学的各个领域,在当前物联网技术、宽带通信技术时代得到了更加广泛的应用。利用元胞自动机原理建立人员疏散的数学模型,模型采用二维元胞自动机技术,确定元胞空间和元胞状态,根据实际情况建立人员移动行为规则并讨论元胞重复行进次数和危险物质扩散对人员行为的影响。实验结果表明,该模型具有一定的真实性和合理性。     

基于社会力模型的民用机场航站楼消防安全评价

针对以往单独进行火灾烟气蔓延模拟以及忽略疏散过程中人自身因素、人与人之间相互作用和环境对人的作用以评估航站楼消防安全的现状,基于国内某机场航站楼旅客进出港的过程,运用社会力模型模拟仿真航站楼内人员流动,同时采用火灾动力模拟软件FDS模型结合楼内设施模拟分析特定火灾背景下航站楼内火灾烟气蔓延,在此基础上,仿真模拟航站楼内人员疏散情况,分析不同火灾场景下航站楼的人员安全疏散时间、各个疏散通道疏散人数,进而研究安全出口宽度设置对于人员疏散时间的影响。与常用的安全评价方法进行对比分析,基于社会力模型和FDS模型的航站楼仿真安全评价方法考虑了旅客流动的分布特征和随机性,模拟更接近于真实的疏散场景。     

初始分布非均匀的行人流疏散仿真研究

为了有效模拟研究初始分布非均匀的行人流疏散问题,通过定义行人方向模糊可视域,改进了场域元胞自动机模型。模型中,行人的目标位置选择受到方向模糊可视域内行人之间的排斥力和吸引力、出口处行人分布、距可选位置相对距离三种因素共同作用。研究表明,改进模型能够有效地实现初始分布非均匀的行人流在疏散过程中的动态平衡;改进模型不依赖于各因素的影响系数,从而避免了影响系数量化过程的主观性和疏散系统的限制性;在疏散过程中,如果行人保持一个较大的视野半径,疏散系统能够实时提供出口处行人分布状态,就可以有效地提高行人流疏散效率。该研究有助于相关行人流疏散策略和方案的制定。     

基于突发事件影响力传播的双向人流疏散仿真

当突发事件发生时,行人行走行为会因为突发事件本身以及突发事件在人群中的传播而改变。对于突发事件影响下的行人行走特征的研究能够提高人流疏散的效率。针对现有研究中数据获取方式的不足,对真实行人场景视频进行图像处理,提取相关数据后分析了无突发事件时行人一般行走特性。针对突发事件下的行人流,利用k-邻近算法和合力的思想描述了突发事件的影响传播和突发事件下行人流的自组织现象,并由此提出一种新的元胞自动机模型,该模型中的行人元胞会受到正常行走、突发事件、安全标识这三个因素所抽象产生的三个作用力的影响。利用模型对突发情况下的双向人流疏散进行仿真,实验结果表明,当安全标识的距离为0、10、20个元胞时,在小范围行人通道中安全标识分布的距离对人群疏散作用不明显;通过对人群间是否存在影响力的研究发现,疏散的效果主要受到附近行人对突发事件传播的影响;突发事件的影响程度太大或影响范围过小都会引发拥堵,不利于人群的疏散。仿真结果与真实世界中的双向行人流疏散情况基本吻合。     

基于元胞自动机的人群疏散模型

通过分析已有的元胞自动机理论基础,改进了从众吸引力算法,简化了复杂空间欧氏距离算法,真实反映了人员惊慌状态下的从众心理,并且提高了危险排斥力和出口吸引力的量化效率．本文重点研究了疏散人群密度、出口宽度、从众心理对疏散时间的影响．研究结果表明,行人疏散时间随行人数量呈线性增加;随安全出口宽度呈负指数性减少;盲目从众导致人群疏散效率降低形成局部拥堵．     

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.     

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%.     

一种考虑Wardrop均衡的行人流疏散模型

针对室内空间行人流的疏散问题,基于元胞自动机和Wardrop均衡原理提出了一种新的疏散模型。该模型首先基于位置吸引力、出口拥挤度、行人之间作用力和团队效应定义了行人移动概率的计算公式,并根据Wardrop均衡原理建立了疏散优化模型,同时对该优化模型进行求解。最后,利用实验平台进行仿真分析,深入研究了系统疏散时间、系统平均速度和行人流密度之间的关系。结果发现适当提高系统平均速度可以提高系统疏散效率,同时在不同行人流密度下,需要采取不同的疏散策略。     

基于元胞鱼群算法的人员疏散模型

针对元胞自动机模型以及原始人工鱼群算法在刻画综合交通枢纽人员常规疏散行为上的局限性,本文提出了一种基于元胞鱼群算法的人员疏散模型,考虑个体之间的行走速度、视野范围差异,将排队机制和出（入）口选择行为、导向行为、记忆功能加入原始人工鱼群算法中,顶层采用改进的人工鱼群算法进行移动位置更新,底层采用元胞自动机模型解决移动位置冲突.实验证明,该模型可真实反映人员在综合交通枢纽内换乘时的疏散过程;在同等环境下,与原始人工鱼群模型相比,该模型实现了个体按照疏散引导进行有序移动,避免了陷入局部最优;与元胞自动机模型相比,其更好地体现了个体的从众、避障和出（入）口选择行为,有效地降低了时间复杂度.     

地下矿CA粒子系统火灾蔓延仿真

为了对火灾在地下矿巷道中的蔓延情况进行仿真,提出了一个元胞自动机理论和粒子系统理论相结合的地下矿巷道系统中火灾蔓延仿真方法。针对地下矿巷道这个特殊环境,采取可变邻域半径的元胞自动机模型来仿真火焰在巷道中蔓延的情景;同时,引入基于粒子系统的烟雾模型,把燃烧着的元胞作为烟雾模型的粒子发射器。整个仿真系统基于同一时钟运行,把时间、空间、火烟的物理行为有效地结合起来,不仅能非常直观地仿真出火势蔓延态势和烟雾扩散运动过程,并且通过在仿真过程中计算记录不同时刻火灾蔓延距离和入侵巷道烟雾粒子数量等数据,可以获取大量巷道环境相关信息,为逃生决策和火灾预防与控制提供依据。     

分区域变尺度网格的社区火灾场景数值仿真

目的 火灾场景数值仿真对消防救援和应急疏散具有重要意义。火灾场景仿真需要对室内外地物及环境进行精细建模和大量数值计算,而传统地图和空间分析无法满足日趋复杂的建筑物消防场景表达。为此本文基于室内外地图研究基础,构建面向社区安全的火灾场景数值仿真模型。方法 通过传统制图技术建立社区地物分布模型,利用室内制图技术建立建筑物内部场景,利用3维建模技术重建社区室内外3维模型,引入火灾数值模拟方程进行仿真计算。根据社区建筑物分布和其内部结构复杂程度的差异,提出分区域变尺度的网格划分方法,以提高计算效率。结果 通过对红树湾社区进行"精细"、"粗糙"和"分区域变尺度"3种不同方法的仿真实验,分析火灾模型的计算速度、温度场及烟气扩散情况。与精细网格方法相比,分区域变尺度方法和粗糙网格方法的计算速度是其8倍和24倍,烟气最低能见度误差为2 m和13.5 m,分区域变尺度方法相较于粗糙网格方法与精细网格方法的温度变化曲线更加吻合。分区域变尺度方法的模拟精度更接近于精细网格方法,同时效率得到提升。结论 本文提出的火灾场景仿真模型将室内制图应用扩展到社区消防研究,实验结果表明,所提出的分区域变尺度网格划分方法能够在保证数值模拟精度的前提下提高仿真效率,具有重要的应用价值。     

考虑个体行为的改进CA模型人员疏散研究

为更好模拟行人疏散过程中微观个体行为,考虑行人身材半径及在疏散过程中行人步行速度随运动状态变化,将社会力模型运行规则引入元胞自动机模型,建立了一种社会力模型计算步行速度、空间离散化程度和步行速度较高的疏散模型,用于模拟紧急情况下的行人疏散过程。在该模型中空间划分为更小网格,每个行人占用一到多个单元格,行人的身材半径不再不变,每个行人移动的距离由其速度决定,根据基于速度的出口选择方法和行人运动规律,通过数值模拟分析,研究了疏散过程中的动态性。研究表明基于速度的网格移动数量、行人数量、期望速度、行人身材半径、松弛时间等参数影响疏散效率,结合连续模型的优点能够更加客观真实刻画疏散过程,有助于离散模型描述行人疏散微观行为特征。     

Modeling pedestrian mobility in disaster areas

Realistic mobility modeling is necessary for testing disaster management strategies as well as performance of disaster–resilient networks. Evacuation of the people from a disaster area depends on the environment and type of the hazard which cause certain changes in the pedestrian flows. Although most models focus on the building evacuations or city-scale evacuation planning, there is a need for a mobility model that captures the pedestrians’ movement behavior during evacuation from large and crowded disaster areas such as theme parks.In this paper, we propose a mobility model of the pedestrians in disaster areas. In our application scenario of theme parks, the main mission of the operators is the evacuation of the visitors and providing access to transportation vehicles such as ambulances. We use real maps to generate theme park models with obstacles, roads, and disaster events. We incorporate macro and micro mobility decisions of the visitors, considering their local knowledge and the social interactions among the visitors. We analyze the outcomes of the simulation of our theme park disaster (TP-D) mobility model with simulations of currently used models and real-world GPS traces. Moreover, using the proposed model as a baseline, we analyze the performance of an opportunistic network application.     

A social force evacuation model driven by video data

This paper proposes a video data-driven social force model for simulating crowd evacuation. The initialization of pedestrian position, path navigation, and goal selection in the improved social force model was guided by real video data. To initialize pedestrian position and determine path navigation, the distribution of the pedestrians is set according to the real video. We also extracted the trajectories of pedestrian movement from the videos, and these trajectories were stored into a path set to guide the evacuation of pedestrians. Moreover, a fitness function was defined to model the behavior of a pedestrian goal selection. The fitness function could process the evacuation parameters, which were extracted from the video, and consider the degree and distance of exit congestion. Furthermore, we quantified the relationship values among pedestrians, and a new force called “group force” was added to the primary social force model. Pedestrians with close relationship gathered into one group and walked together. To validate the effectiveness of the proposed method, the video data-driven model was applied to simulate campus halls and roads. Simulation results show that the proposed approach is consistent with real-world situations and can assist in analyzing emergency evacuation scenarios.     

A collective motion model based on two-layer relationship mechanism for bi-direction pedestrian flow simulation

In crowd dynamic, relations are existed among some pedestrians, which cause frequent interactions during evacuation, creating collective motion phenomena, such as the most common pattern of team-groups. Besides, collective behavior can make a beneficial effect on the evacuation process. Therefore, this paper proposes a collective motion model to simulate bi-direction pedestrian flow. First, a method of group vision sharing is proposed to help pedestrians learn the crowd around. Based on two-layer relationship mechanism proposed, aggregate force and collective collision avoidance force are added into the original social force formula. The aggregate force is the resultant of two forces, one is the attraction among the leader and team members, and the other one is that among members of groups due to the social relations. Simulation results show that the modified model can reproduce the team-groups collective pattern in real world bi-direction pedestrian flow, and can reduce the collision risk with regarding the group as collision avoidance unit. Furthermore, the evacuation efficiency is improved.