教学楼学生紧急疏散的自动机模拟研究

论文摘要

近年来,人为的、自然的灾害时常发生,使人们越来越关注行人在建筑物的安全疏散,而学校教学楼作为一个特殊的场所,其教室内桌椅分布密集、走廊通道较窄,当出现突发事件时,如何有效地引导学生从障碍物间疏散,如何充分利用通道进行逃生已成为人们关心的问题,因此对教学楼中行人流安全疏散的研究已成为人们关注的热点。行人流与机动车交通流的动力学机制十分相似,但是行人的运动比机动车的运动更加智能和灵活,为了更真实地模拟行人流,研究者提出了能反映行人个体运动的微观模型,如社会力模型,格子气模型及元胞自动机模型等。近年来,为了能反映行人在疏散过程中的更多的行为细节,在原来单格子模型的基础上又提出了多格子模型,使研究者能更深入地研究行人疏散的规律。本文根据学生运动特点和教学楼的特点,在已有研究的基础上,重新确定人员的运动规律,应用单格子和多格子元胞自动机模型模拟了行人在不同参数条件下的疏散过程,根据得到的模拟结果,分析了影响行人疏散过程的因素,以寻求更有效的疏散方法。本文的主要工作共分为三个部分：1、针对具有两个出口并由桌椅构成多条通道的大教室建立了行人疏散的元胞自动机模型,模型考虑了行人到出口的距离、室内及各通道内的行人分布情况两个因素,计算机模拟结果表明：在疏散过程中同时考虑这两个因素比只考虑行人到出口距离这一个因素能更合理地选择出口和通道,疏散效果更好。2、引入向前、向右两个偏向强度D1、D2来确定单向通道中行人向前、左、右、左前、右前五个方向运动的几率,应用元胞自动机模型模拟在不同偏向强度下行人的疏散过程,模拟结果表明：疏散时间随着向前偏向强度D1的增大而减少；当D1<1.0时,疏散时间随着向左偏向强度D2的增大而增大,而当D1=1.0时,在通道宽度较小时,D2值的变化对疏散时间影响很小,但随着通道宽度的增大,疏散时间会随着D2值的增大而减少。3、利用一个行人占据六个格子的多格子模型,研究在周期性边界条件下通道中转身侧行行为对双向行人流疏散的影响。研究结果表明：行人的转身侧行行为可促使同向行人成行。在行人随机向右偏让时,转身侧行行为能提高相变的临界密度。在行人有意识地向右偏让时,转身侧行行为不能提高相变的临界密度,增大转身侧行的偏向强度反而使之降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 行人流理论的研究进展
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文的结构
• 第2章 大教室内行人疏散的元胞自动机模拟研究
• 2.1 引言
• 2.2 模型
• 2.3 行人选择出口和运动的规则
• 2.4 模拟结果与分析
• 2.5 结论
• 第3章 偏向强度对单向行人流的影响研究
• 3.1 引言
• 3.2 单向行人流模型
• 3.3 行人在单向通道中的运动规则
• 3.4 模拟结果与分析
• 3.5 结论
• 第4章 多格子模型研究双向行人流
• 4.1 引言
• 4.2 双向行人流的多格子模型
• 4.3 运动规则
• 4.4 模拟结果与分析
• 4.5 结论
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢