基于元胞自动机疏散系统的设计与分析

元胞自动机

研究与开发

基于元胞自动机疏散系统的设计与分析

蒋桂梅

(广东女子职业技术学院信息技术系,广州511450)

要:对人群的疏散动态的研究,已有大量的仿真模型和仿真软件被建立和投入使用。介绍各

种仿真模型的基本特性,重点分析基于元胞自动机的疏散仿真模型的建立方法,提出当前研究的问题和建议。

关键词:仿真模型;元胞自动机;疏散仿真

0引言

随着经济和社会的高速发展,我国城市发展已进

模/仿真方法学三个重要课题,计算机仿真有三项基本工作[8]。首先,从系统中抽出主要的框架,建立数学模型;其次,基于数学模型,在计算机上建立计算机仿真模型,又称为二次建模;再次,在计算机仿真模型上进行仿真实验,以此来研究系统。现在用于疏散仿真的模型常见的有连续型模型和离散型模型两种,连续型的经典模型是Helbing的基于社会心理学的动力学模型[9]。离散型模型有代表性的是元胞自动机模型[10~11]和格子气模型[12~13]。

元胞自动机模型因其规则简单,运算速度较快而备受国内的研究者们喜爱。元胞自动机模型将建筑空间离散为许多相邻的网格,同时将疏散过程中的时间离散化以适应空间离散。

(1)网格的划分

每个网格为一个基本单位对应一个元胞,根据国家技术监督局发行的《中国成年人人体尺寸》一书中的数据,99%的中国人肩宽为0.41cm。为了让模型更适合于中国的情形,每个元胞应对应0.4m×0.4m的空间。

(2)网格属性

在同一个时间内,一个格点只能容纳一个人,只有“有人”和“无人”两种状态。“无人”的网格可能是被墙壁、障碍物占据、出口、为空等几种情形。如果有人走向该网格,网格状态由“为空”变为“有人”;如果有人离开该网格,该网络的状态由“有人”变“为空”。代表墙的元胞状态在一次逃生过程中不发生改变。

(3)人员属性

包括人员的位置、移动速度等方面,可以根据自

入快速增长时期,然而城市化进程的加快,使城市在聚集财富的同时也聚集了风险,人口和商业活动高度集中于狭小的城区内,市中心区人口密度过高,这在一定程度上增加了城市的安全隐患。

聚集数千人进行模拟演习不容易,要对每个人进行属性和行为的跟踪也不可能。近年来随着虚拟人群仿真技术在安全科学、虚拟现实、体育仿真等领域的广泛应用,使用仿真软件来模拟疏散过程中的各种因素成为研究人员的常用方法。研究者们一直致力于研究新方法来提高疏散模拟的真实性。Bouvier[1]等将每一个agent视为粒子,用粒子系统模拟人群行为,所有

agent行为的叠加构成了整个系统的表现。Helbing[2]等建立了基于社会心理学和动力学的动力学模型,研究紧急状态下人群的行为。Musse在Helbing模型的基础上加入了个体特征和亲属行为,并提出参数化的形

[3]

式定义个体和群组。中国科技大学火灾科学国家重点

[4]

实验室的YANGLZ,ZHAODL等人提出在元胞自动机中嵌入亲属行为的人群疏散方法。潘忠等在平面

[5]

连续的基础上进行疏散行为的分析,提出了一种几何

现代计算机(总第三二一期)

连续型模型[6]。上海交大卢春霞认为人群中产生的任何扰动都将以波的形式在人群中传播,提出用波动理论[7]来研究拥挤人群的基本特性。在进行计算机仿真研究人群疏散时研究人员将重点放在各种不同因素对疏散时间的影响及在疏散过程中人员的行为规律。

1元胞自动机模型

计算机仿真技术有仿真计算机、仿真软件和建

收稿日期:2009-11-02修稿日期:2009-12-02

作者简介:蒋桂梅(1977-),女,江西新余人,讲师,工学硕士,研究方向为计算机仿真及计算机应用

趪趻MODERNCOMPUTER

2009.12

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