行人流安全運動元胞自動機模擬研究.pdf

1、隨著社會的高速發(fā)展，城市規(guī)模急劇膨脹，城市人口迅速增長，大型高層建筑、商業(yè)繁華街、公共場所等大量涌現(xiàn)。在這些人員密集的場所，一旦發(fā)生火災(zāi)、地震、危險源泄漏等緊急情況，如何將建筑物中的大量人員快速安全地疏散是保證人員安全的重要手段，因此，對行人流安全運動的研究已經(jīng)成為一件極為緊迫和相當(dāng)重要的事情。 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)，行人彼此之間具有較強的非線性相互作用，因此，行人流的運動比交通車輛流的運動更加復(fù)雜。為了

2、研究和描述行人的運動，人們提出了各種各樣的行人流微觀仿真模型，最主要的有社會力模型、格子氣模型及元胞自動機模型等，其中元胞自動機模型因其易于計算機模擬運算，受到了更為廣泛的關(guān)注。元胞自動機是一種時間、空間和變量均離散的數(shù)學(xué)模型，具有算法簡單、靈活可調(diào)和計算效率高等特點，是研究非線性復(fù)雜系統(tǒng)的有效工具，具有廣闊的應(yīng)用前景。 本文根據(jù)行人運動特征和建筑物結(jié)構(gòu)的不同特點，在目前對行人流研究的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有的某些模型存在不足的地方加以改

3、進使其更加完善。用改進的模型或創(chuàng)新的方法建立新的模型，計算機模擬了特定場合（情景）下行人的安全運動與疏散過程，討論了不同參數(shù)對行人運動的影響，并研究了行人運動自組織現(xiàn)象及其相變和時空圖樣特性。 本文的主要工作包括以下四個方面： 1.根據(jù)二維元胞自動機的Moore鄰居并考慮房間的結(jié)構(gòu)確定行人運動規(guī)則，建立行人流疏散仿真模型，對較大房間內(nèi)人員疏散過程進行了模擬研究，該模型能夠較好地再現(xiàn)了房間內(nèi)人員疏散的整個過程，得到了行人在

4、疏散過程中出現(xiàn)的典型現(xiàn)象，如擁擠、堵塞、人群的拱形結(jié)構(gòu)等，并討論了疏散時間與房間出口寬度、人員密度及與平均速度和平均流量之間的變化關(guān)系。 2. 考慮行人的位置交換、側(cè)向前進和后退行為，建立了一種改進的元胞自動機模型，來研究地下通道中具有多種運動速度的雙向行人流。并將改進的元胞自動機模型同Weng的模型相比較。計算機模擬表明，改進的模型具有提高系統(tǒng)中行人的平均速度并降低行人占據(jù)密度的傾向。 3. 熟悉的行人之間經(jīng)常存在著聚

5、集運動的整體跟隨行為現(xiàn)象，為了研究成對行為對疏散過程的影響，考慮了行人的并排成對、前后成對和混合成對三種方式，建立了一個新的元胞自動機模型，研究了三種成對方式對雙出口房間內(nèi)行人疏散過程的影響，并分析、討論了不同參數(shù)下成對方式之間的差異，得到了行人單個疏散總要比成對疏散快，行人成對行為總要對疏散起阻礙作用的特征，對于雙出口的房間，兩出口間距太小或太大也都不利于行人的疏散。 4. 根據(jù)內(nèi)廊式建筑樓層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，重新定義位置危險度