元胞自动机疏散模拟的并行计算研究与实现

发布时间：2021-03-03 13:09

　　大规模人员聚集场所在日常生活中已经越来越普遍,由此引发的疏散安全问题也成为当今社会的典型公共安全问题之一。研究人员密集场所的疏散行为对公共安全问题有重要的指导意义。基于行人动力学建立疏散模拟模型是高效、低成本的疏散过程研究方法。建立高性能的疏散模拟模型对预防和处理人员聚集引起的公共安全事件有实用价值。当前行人动力学模型的研究主要侧重于对疏散人员行为进行精确地描述,而忽略了疏散模型的性能,导致模型对大规模疏散场景的模拟比较困难。本文聚焦疏散模型的性能问题,以元胞自动疏散模型为基础,通过并行计算的方式,解决疏散模型在大规模场景模拟中存在的性能问题。本文建立了基于三角形划分网格的元胞自动机疏散模型。该模型将传统的四边形网格进一步细分为三角形,因此能为疏散人员提供14种不同的疏散方向。这使得本模型在表达人员移动方向的多样性方面具有优越性,同时也能在高密度场景下尽可能逼真地模拟人员疏散过程中的相互作用。在提升疏散模型的计算效率方面,本文对元胞自动机疏散模型进行了并行化,使得该疏散模型可以通过增加处理器的方式提升求解效率。本文在并行算法设计上考虑了不同任务划分方式对性能的影响,针对不同场景提供了不... 

【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

VonNeumann领域及相应的转移概率

硕士学位论文划分、疏散人员数据冲突、时间迭代进度不一致等问题，并设计了解决方案，完成程序的编写。随后参考并总结了前人在并行程序正确性、效率和可扩展性方面的度量标准，设计了适合本文所实现的并行疏散算法的度量方案，论证了本文实现的并行算法具有正确性和可扩展性，并且有良好的效率，论证了较大场景和较高计算量的疏散模拟都可以从本文设计的并行算法中受益。最后，本文选取了较为典型的高密度人员疏散场景，将本文所建立并实现的疏散模拟程序用于实际场景的模拟。通过模拟数据来重现实际高密度场景的疏散过程，验证了本文提出并实现的疏散模型具有实际应用价值，在充分利用计算资源提高计算效率方面具有显著优势。通过对比目前应用较为广泛的疏散软件Pathfinder，体现出本模型能进行高密度场景的模拟，在求解效率方面有数量级上的优势，同时对一些疏散人员的行为（如阻塞时的后退）有所体现。技术路线如图 1-2 所示。

和空间上离散的动力学系统，由数学、计算机科学家冯）提出。元胞自动机中最基本的概念是元胞（Cell）。元胞间按一定规则划分后得到的最小单位。元胞的重要特点是元胞根据同一种规则进行演化和更新。元胞会对相邻的元空间中的元胞互相影响，最终形成了整体演化趋势。元胞散动力学模型的主要差别在于：（1）它没有明确严格的函新规则产生演化趋势；（2）元胞的状态是有限的，同时这间和空间上都是有限的[74-76]。情况下，满足了元胞自动机特点的演化模型都可以称为元胞自动机模型不是具体的方法，而是一类方法的统称。元理可以概况为，将空间离散化为一定规则的元胞，定义相规则，通过简洁的更新规则和简单的初始状态，使得元胞最终反映出复杂的行为或现象的演化趋势。元胞自动机模的生命力[77-80]。元胞自动的组成包括了元胞空间、变化函素，如图 2-1 所示。


本文编号：3061320