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1、Science&TechnologyVision高?？萍伎萍家暯缈萍肌ぬ剿鳌庿Q基于元胞自動機(jī)人員疏散模型的分析研究孫敏王中華(安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院，安徽淮南232001)【摘要】元胞自動機(jī)廣泛應(yīng)用于社會和自然科學(xué)的各個領(lǐng)域，是一種動態(tài)模型和通用型的建模方法。將元胞自動機(jī)原理運(yùn)用在建筑物火災(zāi)時期人員安全疏散環(huán)節(jié)中，采用二維元胞法，確定元胞空間和元胞狀態(tài)，分析研究了具體情況下人員移動行為規(guī)則以及危險物擴(kuò)散對人員行為的影響。設(shè)計出了一套基于元胞自動機(jī)的人員疏散模型?！娟P(guān)鍵詞】元胞自動機(jī)；人員疏散；行為規(guī)則；模型0引言現(xiàn)代社會中，公共安全
2、以已經(jīng)納入了人們議事日程，是人類可持續(xù)發(fā)展的重要支柱。國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（2006—2020）將公共安全確定為11個科學(xué)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。其中建筑火災(zāi)人員疏散已經(jīng)成為了近年來急需解決的課題。據(jù)悉，每年大部分的公共死傷人數(shù)都是由于建筑火災(zāi)造成的人員死傷數(shù)。為了更多的減少建筑火災(zāi)時期人員的傷亡，就要清楚的了解各種因素的相互作用對人員疏散（a）VonNeumann型鄰域（b）Moore型領(lǐng)域的影響。為了探究建筑火災(zāi)時期的影響人員疏散效率各要素的作用機(jī)圖1元胞自動機(jī)領(lǐng)域模型理，采用基于元胞自動機(jī)的人員疏散模型進(jìn)行分析。結(jié)果表明元胞自動
3、機(jī)疏散模型具有一定的真實性和指導(dǎo)性。（2）移動方向：每個人員可以在下個時刻可以移動到周圍4個或8個元胞中，如果某個元胞被建筑物或人占據(jù)，則其他人將無法進(jìn)入。1元胞自動機(jī)模型理論簡介（3）沖突判定：當(dāng)某個元胞單元格有多個人共同競爭時，則需進(jìn)行進(jìn)入能力預(yù)測。在此引入個體競爭能力C來優(yōu)選占據(jù)者。競爭能力大元胞自動機(jī)(cellularautomata，CA)模型是最具代表性的微觀離散的人員優(yōu)先進(jìn)入該網(wǎng)格。模型，最早由VonNeumann和Ulam提出。元胞自動機(jī)作為一個時間、空間、狀態(tài)都離散的數(shù)學(xué)模型框架，通過單元間的相互作用來構(gòu)造動C=AiD(
4、2)其中A表示疏散個體屬性。A值為青壯年大于老幼年和病殘人態(tài)演化系統(tǒng)，具有較強(qiáng)模擬各種物理系統(tǒng)和自然現(xiàn)象的能力。這是元員。D代表人員距該目標(biāo)點(diǎn)的方向值。胞自動機(jī)廣泛應(yīng)用于社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、地學(xué)、生物等領(lǐng)域的原因。目2.3人員疏散的基本行為規(guī)則前，人們已經(jīng)將元胞自動機(jī)應(yīng)用到在交通流和行人流模型中，再現(xiàn)了首先，所有人員將根據(jù)其所處網(wǎng)格的狀態(tài)和鄰域內(nèi)所有網(wǎng)格的狀真實交通流中各種現(xiàn)象的發(fā)展規(guī)律過程。元胞自動機(jī)最基本的組成包態(tài)來選擇領(lǐng)域網(wǎng)格吸引力概率最大的一個網(wǎng)格作為下一時間步的目括元胞(Cell)，元胞空間(Lattice)，鄰域(Neighbo
5、r)，規(guī)則(Rule)。元胞自動標(biāo)網(wǎng)格，其次在疏散時人員總是以尋找距離自己最近的出口為目標(biāo)，機(jī)可以視為由一個元胞空間和定義在該空間的變換函數(shù)所組成，可以這是最基本的行為模式；在考慮到火災(zāi)發(fā)生時，疏散過程中人員從眾用一個四元組表示:心理的影響，趨向于選擇和別人相同的路線進(jìn)行逃離;當(dāng)遇到火災(zāi)時，A=(d,S,N,f)(1)人員選擇繞行。圖2為人員下一步可能的移動方向和概率。在此引入式(1)代表一個元胞自動機(jī)系統(tǒng)；d是一個正整數(shù)，表示元胞自動幾個概念參數(shù)作為個體選擇疏散路線的主要依據(jù)。機(jī)的維數(shù)；S是元胞的有限的離散的狀態(tài)集合；N表示空間鄰域內(nèi)元
6、胞的組合，即包含各個不同元胞狀態(tài)的空間矢量，記為：N=(S1,S2,S3,…Sn)，n是鄰域內(nèi)元胞的個數(shù)；si屬于Z(整數(shù)集合)，i=(1,2,…,n)；f是變化規(guī)則，為將Sn映射到S上的一個局部轉(zhuǎn)換函數(shù)。所有的元胞位于d維空間上，其位置可用一個d元的整數(shù)矢量Zi來確定。2人員疏散模型的建立人員疏散模型涉及因素眾多。其中疏散空間的虛擬化，疏散路徑的選擇，疏散過程中人員的行為是仿真的主要因素。而對人員行為的研究是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。圖2人員下一步可能運(yùn)動的方向和概率2.1疏散空間將火災(zāi)發(fā)生的區(qū)域設(shè)定為一個二維空間，建立模型，將所研究的（1）網(wǎng)格位
7、置吸引力概率二維空間劃分為大小相同的若干網(wǎng)格，每個網(wǎng)格為一個元胞，所有元Pdir(i,j)=maxd(i,j)-maxd(i,j)(3)maxd(i,j)-mind(i,j)胞共同構(gòu)建了元胞空間。每個元胞空間容納一個人，根據(jù)人的體積投式中：d(i,j)———網(wǎng)格(i,j)到疏散出口的距離，maxd(i,j)———距離出影大小，將元胞大小設(shè)立為0.5m*0.5m?？谧畲蟮木W(wǎng)格距離值，mind(i,j)———距離出口最小的網(wǎng)格距離值。距元胞空間規(guī)定，每個元胞每個時刻只存在三種狀態(tài)：一被建筑物離疏散出口越近的網(wǎng)格，其位置吸引力概率越大，反之距離
8、疏散出口或障礙物占據(jù)，二被人員占據(jù)，三為空。元胞的所設(shè)定的屬性描述了火越遠(yuǎn)，其位置吸引力概率越小。災(zāi)場景的蔓延情況。例如某元胞的煙霧濃度達(dá)到了一定程度仍有人處（2）網(wǎng)格方向吸引力概率：人員模擬
