资源描述：
《基于元胞自动机的行人流疏散模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第26卷第4期广西师范大学学报:自然科学版Vol.26No.42008年12月JournalofGuangxiNormalUniversity:NaturalScienceEditionDec.2008基于元胞自动机的行人流疏散模拟研究周金旺,陈秀丽,孔令江,刘慕仁,苏磊,唐国宁(广西师范大学物理与电子工程学院,广西桂林541004)摘要:根据二维元胞自动机的Moore邻居确定行人运动规则,建立基于元胞自动机的行人流疏散模型,对房间内人员疏散过程进行模拟研究,得到了疏散时间与房间出口宽度、人员密度之间的变化关系。该模拟结果对紧急情况下的人员疏散具有一定的指导意义。关
2、键词:元胞自动机;行人流;疏散;计算机模拟中图分类号:O415.3文献标识码:A文章编号:1001-6600(2008)04-0014-04近年来,建筑物火灾的时常发生使得人们越来越关注人员安全问题。在火灾、地震等紧急情况下,行人流的成功疏散是保证人员安全的重要手段。元胞自动机因其易于计算机模拟运算,被广泛用于模拟交通流[1～8]和行人流。Burstedde等人在元胞自动机模型的基础上,提出用“地场”的方法成功地模拟了行人流的[5][6]疏散过程,Zhao等人应用这一思想建立模型研究了建筑物的出口位置与宽度对行人流疏散的影响。[4]杨立中等人引入了位置危险度的概念来
3、确定行人的运动规则。本文在文献[4]的基础上,根据房间出口的位置来重新定义位置危险度,并结合行人的实际运动特点,对行人的运动规则做某些合理的调整,模拟房间内行人流的疏散过程,得到的行人空间分布图与真实情况更加吻合。1模型及演化规则本文模型建立在二维元胞自动机上。房间平面均匀地划分成大小相等的正方形网格,每个网格相当于[5]一个元胞,网格或被行人(或墙壁)占据或为空,大小取0.4m×0.4m。每个格点对应一个位置危险度,行人根据其邻域内格点的位置危险度来确定下一时刻的运动。采用Moore邻居,如图1所示,行人可以向8个方向运动。[5]一般情况下,行人的平均速度为1.0
4、m/s,在紧急情况下,会达到1.5m/s甚至更大。行人移动一格所需的时间t=0.4s,对应的实际速度v=1.0m/s或v=2m/s,即行人具有两种不同的运动速度。房间构型如图2(a)所示,大小L=12m,W=8m,房间出口位于正下方中间位置,出口宽度w=1.2m,根据房间出口的位置,把房间分成A、B、C3个区域。位置危险度(PD)的确定0(格点在出口处)图1行人运动方向示意图∞(格点被行人或墙壁占据)Fig.1SchematicillustrationofPD(i,j)=yj-y0(格点在区域A内)pedestrian'smovements22(xi-x0)
5、+(yj-y0)(格点在区域B或区域C内)其中(i,j)为格点的位置,(xi,yj)为格点的坐标,(x0,y0)为房间出口点的坐标。收稿日期:2008-07-12基金项目:国家自然科学基金资助项目(10562001,10762005,10765002);广西研究生教育创新计划资助项目(2008106020711M239)通讯联系人:刘慕仁(1963—),男,广西桂林人,广西师范大学教授。E-mail:liumuren@163.com第4期周金旺等:基于元胞自动机的行人流疏散模拟研究15图2房间结构及其内部位置危险度示意图Fig.2Schematicillustrat
6、ionofroomstructureandpositiondangerdegreeinroom行人运动规则比较行人其邻域内各格点的位置危险度,位置危险度最小的格点作为该行人下一时刻的运动目标格点。若运动目标格点位置危险度小于该行人所在格点的位置危险度,行人运动到该格点;等于该行人所在格点的位置危险度,行人以0.5的概率运动到该格点,以0.5的概率静止不动;大于该行人所在格点的位置危险度,行人以0.2的概率运动到该格点,以0.8的概率静止不动。当行人具有多个可选目标格点时,区域B、C内行人将等概率地选其一作为运动目标格点。对于区域A内行人,根据运动目标格点的位置将以
7、不同的概率运动到该格点,如下给出了不同情况下行人运动到该方向格点的概率(Pstop为行人在该时刻静止不动的概率):a)若S、SW(或SE)方向的格点均为运动目标格点,则PS=0.8,PSW=0.2(PSE=0.2);b)若SW、SE方向的格点均为运动目标格点,则PSW=PSE=0.5;c)若S、SW、SE方向的格点均为运动目标格点,则PS=0.8,PSW=PSE=0.1;d)若W、E方向的格点均为运动目标格点,则Pstop=0.5,PW=PE=0.25;e)若NW、N、NE方向中任意两个格点均为运动目标格点,则Pstop=0.8,PNW=PN=0.1或PN=PN
