用元胞自动机模型模拟教学楼疏散过程
近几年来，安全问题越来越受到人们的广泛关注，尤其是在地震、火灾等或其他紧急事件突发的情况下，在学校、超市等人口密集的公共场所，人员疏散问题越来越成为人们重点关注的对象。这些场所人流量大，人员密集，隐藏着很大的安全隐患，一旦紧急事件发生，如果疏散不力，极有可能由于发生人群的拥挤踩踏而造成大量人员的伤亡及建筑物的损坏，因此安全隐患问题已成为了人们关注的热点。在对人员的疏散进行研究的时候，如果进行大规模的实际演练，势必造成大量人力和财力的浪费，且疏散人员的行为和建筑结构较复杂，很难实施，所以近几年来越来越多的科学家通过计算机模拟人员从大型建筑物内疏散，通过计算人员离开危险区域所用的时间及分析人员在疏散过程中的行为、心理、及生理等因素的特点进行仿真研究，根据人员疏散结果和实际情况，对建筑物的结构设计、人员的安全防范，提出切合实际的、合理化的科学建议。本文的主要工作共分为三个部分：第一部分，采用Von-Neumann邻居及扩展的Moore邻居并通过改变更新时步的方法实现了多速混合行人流的建模，对双出口教室内的三种不同最大速度行人的疏散过程进行了模拟研究，根据教室的实际情况重新定义了位置危险度，该模型能很好地再现了混合行人流的疏散全过程，利用串行更新的二维元胞自动机模型，采用不同最大速度的行人运动规则对大型教室里的行人进行了模拟疏散和研究，结果表明由于教室内障碍物的存在，最大速度大的行人在疏散过程所用的疏散时间和最大速度小的差别不明显，行人堵塞主要集中在课桌之间和走道内；疏散时间主要和走道门的宽度、行人的数量有关；两门之间的距离和门的宽度对疏散时间影响不大。第二部分，利用偏向随机行走格子气模型中的方向选择概率的计算方法，建立二维元胞自动机的行人流疏散模型，对某一层教学楼的疏散过程进行了模拟和研究。结果得出了疏散时间与楼梯的数量、楼道宽度、楼梯宽度以及行人在楼道、楼梯偏向强度的关系。该模拟结果对教学楼的设计具有一定的指导意义。第三部分，对一种两层楼的行人疏散进行了模拟和研究。将三维的立体问题简化成二维的平面问题，运用元胞自动机，建立一种新的行人运动规则模型，主要考查了楼梯的长度、楼梯的宽度、楼道的宽度、房间门的宽度对疏散时间的影响。结果表明楼梯的长度、楼道的宽度、房间门的宽度对平均疏散时间影响不大，而楼梯的宽度对平均疏散时间影响较大。对行人疏散领域的研究具有非常重要的意义，运用控制变量法，通过对一定场所内的行人进行疏散的模拟和演化，得出最优的方案。根据这个方案，设计者对建筑物的整体结构进行合理化的设计，在紧急情况发生的情况下，使行人的疏散时间最短；同时使相关部门制定安全防范措施，提高人们的防范意识，减少不必要的人员伤亡。最后，对全文的工作进行了总结和概括，并且指出一些有待研究的问题，对今后的研究方向进行了展望。
元胞自动机;行人疏散;位置危险度;疏散时间
广西师范大学
硕士
系统理论
陈若航
2010
中文
TP301.1
2014-05-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）