基于元胞自动机与社会力模型的人员疏散管理研究
发布时间：2021-03-24 18:29
紧急情况下人员的疏散行为是管理学研究领域的热点问题之一。基本的元胞自动机模型不考虑建筑疏散中的社会力影响,无法解释复杂的人群疏散过程。传统社会力模型把人与人、人与障碍物的作用力强度设置为常数,无法根据疏散时间和位置改变而动态变化。Pathfinder软件模拟疏散时,人员倾向于最短路径疏散,不考虑主观因素影响,因此也无法准确模拟真实的疏散过程。本文首先把元胞自动机与社会力模型相结合,把人员在疏散过程中受到的心理和行为因素量化为不同的社会力,并分析不同社会力作用下对疏散时间的积极和消极影响。紧急情况下为提高疏散效率,有必要提高社会力的积极影响,减少负面影响。之后,通过改变变量,分析本文提出的模型在不同情况下累计疏散人数与疏散时间的变化过程,并将模拟结果与文献模型结果相对比,说明本文提出模型能准确合理的模拟实际疏散过程。出口位置吸引力对疏散过程起积极影响,群聚吸引力会增加疏散时间,与疏散人员的数量、建筑尺寸大小、出口数量及疏散人员的分布无关。当房间中的人随机且均匀地分布时,障碍物的排斥力、疏散方向的吸引力以及出??口拥挤的排斥力对疏散时间的影响可忽略不计。当房间两侧出口附近分布的人数有差异时...
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
007~2016年重特大火灾发生起数及伤亡人数年份分布图[1]
2图1.22007~2016年重特大火灾发生场所及伤亡人数分布图[2]与人工计算相比，计算机仿真具有以下特点：1）通过算法可以改进模型，使仿真过程更加接近实际；2）人员路径的选择受建筑环境和其他撤离人员的影响；3）人员在疏散过程中自动避免与障碍物或其他乘客发生碰撞；4）疏散人员通过综合考虑选择更合理的路径，减少排队现象；5）在选择疏散路径时，计算机模型可以自动考虑人们的喜好和心理状态；6）计算机仿真模型可以更直观地呈现疏散过程，从而提供更详细的疏散模拟结果。[3]计算机模拟可以创建动态的建筑信息，以观察建筑物或人员的行为，并且可以促进建筑环境的设计以应对紧急情况。[4]因此，通过对疏散过程的计算机模拟，可以为相关决策部门提供疏散建议，从而迅速有序地疏散人员，减少人员伤亡和经济损失。对于无灾建筑，应合理考虑疏散要求，提高城市在未来紧急情况下抵御灾害的能力，并使可持续发展成为可能。根据对各种火灾事故案例的分析，许多人死亡和受伤的主要原因是没有采取有效的措施减少事故的拥挤、疏散不及时、人群管理不到位或人们的恐慌行为等。成功的疏散策略不仅可以减少紧急情况下的人员伤亡数量，而且还可以避免大量踩踏事件。人与人或人与周围环境的相互影响有一些显著的特征，利用数学建模或实验模拟将复杂的人员疏散现象或规律进行理论解释和定量分析，为有效疏散策略的设计和撤离人员的安全提供强有力的理论和技术支持。基本元胞自动机模型、传统社会力模型和Pathfinder软件无法解释复杂的疏散过程，考虑的因素较为片面。本研究将基本元胞自动机与社会力模型相结合，通过分析行人在不同社会力作用时总疏散时间的变化，判断社会力产生的积极和消极影响。利用两个实际案例验证模型模拟过程与实际疏散过程相符，并提
7出口距离、人员间相互作用等因素影响，通过社会力模型将影响因素量化为作用力，提出基于元胞自动机的疏散理论模型。建立各社会力模型方程，分析作用力对疏散的正负影响，解释模型参数含义，借助Matlab编程软件实现模型规则的智能化更新。图1.3建筑火灾发展规律第二阶段：因素分析法。单因素分析变量对疏散的正负影响规律，为提高疏散效率，应增强积极影响力，避免消极影响力。建立多种场景，变量为出口数量、人数、人员分布、房间尺寸等，分析出口位置吸引力、群聚吸引力、障碍物排斥力、人员方向吸引力、出口拥堵排斥力对疏散的影响情况。结果可知，群聚吸引力对疏散起消极影响，其他作用力起积极影响。为提高疏散效率，减少疏散时间，应增强积极影响力的作用，降低消极影响力。第三阶段：实际案例仿真，验证模型可靠性。建立房间模型，本文模型考虑出口位置吸引力，模拟结果与文献结果相近，群体疏散现象与Pathfinder软件模拟一致。建立教室模型，本文模型考虑多种社会力作用时，模拟结果与文献模型结果相近，且更接近实验结果，说明本文开发的模型能合理有效模拟实际疏散。第四阶段：软件建模，进一步分析参数影响。Pathfinder软件建模，调整出口宽度、数量、位置等因素，多次模拟可知，各因素对疏散时间有较大影响，应根据房间使用功能及人数分布进行设置。Pathfinder软件模拟疏散时，人员倾向于选择最短路径，无法考虑人员的情绪、
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于元胞自动机恐慌状态下人群疏散模型研究[J]. 陈长坤,童蕴贺. 中国安全生产科学技术. 2019(06)
[2]高层建筑火灾情况下人员疏散研究[J]. 刘世松,马鸿雁,焦宇阳. 消防科学与技术. 2019(06)
[3]考虑绕行效应的人员疏散元胞自动机模型研究[J]. 胥旋,史聪灵,李建,车洪磊. 中国安全生产科学技术. 2018(02)
[4]基于改进蚁群算法的元胞自动机疏散模型研究[J]. 王茹,周磊,刘俊. 中国安全科学学报. 2018(01)
[5]考虑帮助行为的人员疏散元胞自动机模型[J]. 高国平,管昌生. 中国安全科学学报. 2018(01)
[6]2007—2016年全国重特大火灾事故分析及时空分布规律[J]. 张玉涛,马婷,林姣,黄遥,李亚清. 西安科技大学学报. 2017(06)
[7]一种考虑引导作用的行人疏散元胞自动机模型[J]. 高凤强,颜逾越,许策,林丽霞,任欢,裴俊智. 交通运输系统工程与信息. 2016(06)
[8]建筑物火灾时人员的认知水平对疏散心理和行为影响研究[J]. 阎卫东,张宪立. 中国安全生产科学技术. 2010(05)
本文编号：3098184
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
007~2016年重特大火灾发生起数及伤亡人数年份分布图[1]
2图1.22007~2016年重特大火灾发生场所及伤亡人数分布图[2]与人工计算相比，计算机仿真具有以下特点：1）通过算法可以改进模型，使仿真过程更加接近实际；2）人员路径的选择受建筑环境和其他撤离人员的影响；3）人员在疏散过程中自动避免与障碍物或其他乘客发生碰撞；4）疏散人员通过综合考虑选择更合理的路径，减少排队现象；5）在选择疏散路径时，计算机模型可以自动考虑人们的喜好和心理状态；6）计算机仿真模型可以更直观地呈现疏散过程，从而提供更详细的疏散模拟结果。[3]计算机模拟可以创建动态的建筑信息，以观察建筑物或人员的行为，并且可以促进建筑环境的设计以应对紧急情况。[4]因此，通过对疏散过程的计算机模拟，可以为相关决策部门提供疏散建议，从而迅速有序地疏散人员，减少人员伤亡和经济损失。对于无灾建筑，应合理考虑疏散要求，提高城市在未来紧急情况下抵御灾害的能力，并使可持续发展成为可能。根据对各种火灾事故案例的分析，许多人死亡和受伤的主要原因是没有采取有效的措施减少事故的拥挤、疏散不及时、人群管理不到位或人们的恐慌行为等。成功的疏散策略不仅可以减少紧急情况下的人员伤亡数量，而且还可以避免大量踩踏事件。人与人或人与周围环境的相互影响有一些显著的特征，利用数学建模或实验模拟将复杂的人员疏散现象或规律进行理论解释和定量分析，为有效疏散策略的设计和撤离人员的安全提供强有力的理论和技术支持。基本元胞自动机模型、传统社会力模型和Pathfinder软件无法解释复杂的疏散过程，考虑的因素较为片面。本研究将基本元胞自动机与社会力模型相结合，通过分析行人在不同社会力作用时总疏散时间的变化，判断社会力产生的积极和消极影响。利用两个实际案例验证模型模拟过程与实际疏散过程相符，并提
7出口距离、人员间相互作用等因素影响，通过社会力模型将影响因素量化为作用力，提出基于元胞自动机的疏散理论模型。建立各社会力模型方程，分析作用力对疏散的正负影响，解释模型参数含义，借助Matlab编程软件实现模型规则的智能化更新。图1.3建筑火灾发展规律第二阶段：因素分析法。单因素分析变量对疏散的正负影响规律，为提高疏散效率，应增强积极影响力，避免消极影响力。建立多种场景，变量为出口数量、人数、人员分布、房间尺寸等，分析出口位置吸引力、群聚吸引力、障碍物排斥力、人员方向吸引力、出口拥堵排斥力对疏散的影响情况。结果可知，群聚吸引力对疏散起消极影响，其他作用力起积极影响。为提高疏散效率，减少疏散时间，应增强积极影响力的作用，降低消极影响力。第三阶段：实际案例仿真，验证模型可靠性。建立房间模型，本文模型考虑出口位置吸引力，模拟结果与文献结果相近，群体疏散现象与Pathfinder软件模拟一致。建立教室模型，本文模型考虑多种社会力作用时，模拟结果与文献模型结果相近，且更接近实验结果，说明本文开发的模型能合理有效模拟实际疏散。第四阶段：软件建模，进一步分析参数影响。Pathfinder软件建模，调整出口宽度、数量、位置等因素，多次模拟可知，各因素对疏散时间有较大影响，应根据房间使用功能及人数分布进行设置。Pathfinder软件模拟疏散时，人员倾向于选择最短路径，无法考虑人员的情绪、
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于元胞自动机恐慌状态下人群疏散模型研究[J]. 陈长坤,童蕴贺. 中国安全生产科学技术. 2019(06)
[2]高层建筑火灾情况下人员疏散研究[J]. 刘世松,马鸿雁,焦宇阳. 消防科学与技术. 2019(06)
[3]考虑绕行效应的人员疏散元胞自动机模型研究[J]. 胥旋,史聪灵,李建,车洪磊. 中国安全生产科学技术. 2018(02)
[4]基于改进蚁群算法的元胞自动机疏散模型研究[J]. 王茹,周磊,刘俊. 中国安全科学学报. 2018(01)
[5]考虑帮助行为的人员疏散元胞自动机模型[J]. 高国平,管昌生. 中国安全科学学报. 2018(01)
[6]2007—2016年全国重特大火灾事故分析及时空分布规律[J]. 张玉涛,马婷,林姣,黄遥,李亚清. 西安科技大学学报. 2017(06)
[7]一种考虑引导作用的行人疏散元胞自动机模型[J]. 高凤强,颜逾越,许策,林丽霞,任欢,裴俊智. 交通运输系统工程与信息. 2016(06)
[8]建筑物火灾时人员的认知水平对疏散心理和行为影响研究[J]. 阎卫东,张宪立. 中国安全生产科学技术. 2010(05)
本文编号：3098184
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