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1、基于元胞自動機的行人流樓道疏散仿真研究!!!周金旺劉慕仁孔令江85*基于元胞自動機的行人流樓道疏散仿真研究周金旺劉慕仁孔令江(廣西師范大學(xué)桂林541004)摘要根據(jù)行人運動的實際特點,提出了一種概率型元胞自動機疏散模型,對某教學(xué)樓層樓道疏散過程進行了模擬仿真,研究了樓道寬度對疏散過程的影響,多次仿真結(jié)果表明,該模型能夠較好地再現(xiàn)行人疏散過程;樓道寬度對疏散過程有較大的影響,但隨著樓道寬度的增大,對疏散時間的影響越來越小。關(guān)鍵詞元胞自動機;行人交通;疏散;計算機仿真中圖分類號:TP301文獻
2、標志碼:A近年來,火災(zāi)、地震、有害物質(zhì)泄露等緊急情況時有發(fā)生,使得人們越來越關(guān)注對行人安全疏散的研究。行人流是由相互作用的行人構(gòu)成的多主體復(fù)雜系統(tǒng),行人之間具有較強的非線性相互作用,人員疏散是一個極為復(fù)雜的過程。行人的成功疏散是保證人員安全的重要手段。由于實際演練操作較難實現(xiàn),且準確性不足,因此,計算機仿真成為了人員疏散研究的主要手段。目前,用圖1行人運動方向示意圖[1]來模擬行人流的模型主要有社會力模型、格子[4]一般情況下,行人的平均速度為1.0m/s,[2][39]氣模型、及元胞自動機模型。3種
3、模型中,在緊急情況下,會達到1.5m/s甚至更大。行人由于元胞自動機更易于計算機模擬運算,因此更移動一格所需時間步長(時步)t=0.4s,對應(yīng)多地被應(yīng)用于行人流疏散的模擬研究。的實際速度v=1.0m/s或v=2m/s,即本文中本文提出了一種概率型元胞自動機行人疏散行人具有2種不同的運動速度。微觀模型,對特殊情景下的人員疏散進行了計算1.2行人運動規(guī)則建模機仿真研究。得到的結(jié)果對緊急情況下的行人安本文研究的是樓道中行人的疏散過程,以全疏散和建筑物的設(shè)計都具有一定的指導(dǎo)意義和(i,j)表示格點所在位置(其中j為
4、出口方向坐實用價值。標),n(i,j)=1表示該格點被行人占據(jù);n(i,j)=1樓道疏散元胞自動機模型0表示該格點為空,分別用PSL,PSR,PL,PR,PS,PB表示行人向左上方、右下方、左方、右方、1.1元胞自動機建模思想靜止等待和后退的概率,每一時步,行人按如下確本文模型建立在二維元胞自動機上,將建筑定的步驟運動:物平面均勻地劃分成大小相等的正方形網(wǎng)格,每1)若房間與樓道連接處格點為空,則行人從個格點相當于一個元胞,格點或被行人(建筑物)[2]房間進入樓道。占據(jù)或為空,大小取0.4m0.4m。行人
5、根據(jù)2)對樓道中的所有行人進行隨機編號,行人其鄰域內(nèi)各格點的狀態(tài)來決定下一時步的運動情(位置為(i,j))按照編好的順序依次按以下步驟況。采用擴展的VonNeumann鄰居,假設(shè)行人進行位置更新。向右運動,行人可以向6個方向運動,如圖1所示。3)行人以(1-n(i,j+1))的概率移動到前收稿日期:20081009方,行人移動不成功,轉(zhuǎn)向下一步,否則轉(zhuǎn)向步驟*國家自然科學(xué)基金項目(批準號:10562001,7。10762005)、廣西研究生教育創(chuàng)新計劃項目(批準號:4)行人分別以(1-n(i-1,
6、j+1))PSL和2008106020711M239)資助(1-n(i+1,j+1))PSR的概率移動到左上方和右86交通信息與安全2009年第2期第27卷總147期下方,考慮到大多數(shù)人在前進中要超過前方行人為了消除系統(tǒng)隨機性對計算結(jié)果的影響,在時總是靠左側(cè)走的習(xí)慣,取PSL=2PSR=0.6,行計算機上模擬運測30次,再從30組數(shù)據(jù)中隨機人移動不成功,轉(zhuǎn)向下一步,否則轉(zhuǎn)向步驟7。的選取20組數(shù)據(jù)求其平均值作得到最后的結(jié)果,5)行人以不同的概率向左方或右方移動,若數(shù)值模擬如圖3~8所示。n(i-1,j)
7、=0,n(i+1,j)=0,PL=PR=0.4,PS圖3給出了行人在樓道疏散過程中出現(xiàn)的4=0.2;若n(i-1,j)=1,n(i+1,j)=0,PR=0.8,個典型狀態(tài),再現(xiàn)了整個疏散過程。PS=0.2;若n(i-1,j)=0,n(i+1,j)=1,PL=0.8,PS=0.2;行人移動不成功,轉(zhuǎn)向下一步,否則轉(zhuǎn)向步驟7。6)n(i-1,j)=1,n(i+1,j)=1,若n(i,j-1)=0,PB=0.2,PS=0.8;若n(i,j-1)=1,PS=1.0,轉(zhuǎn)向步驟7。7)對于走出樓道的行人將自動從系統(tǒng)中除
8、圖3樓道疏散過程中不同時刻出現(xiàn)的典型狀態(tài)去。圖4和圖5分別為樓道中行人數(shù)目和行人平8)所有行人位置更新完畢,進入轉(zhuǎn)向步驟1均速度隨時間的變化關(guān)系圖。重復(fù)按以上規(guī)則運動,直到系統(tǒng)中所有行人走出樓道,行人安全疏散完成。2模擬仿真應(yīng)用實例以某教學(xué)樓樓層為例,對樓道中的行人疏散過程進行模擬研究。圖2為教學(xué)樓層的平面簡圖,樓道長寬為40m2m,樓道兩邊是教室,2圖4樓道中行人數(shù)目隨時間的變化間大教室長
