基于主体的烟雾中行人疏散仿真研究

论文摘要

进入二十一世纪以来,在世界范围内接连发生了若干由于人员拥挤或者突发灾难所造成的重大公共安全事件,这些事件造成了大量的人员伤亡以及财产损失,给人类社会和经济带来了无谓的损害。在众多的疏散案例中,火灾疏散是较多发生也是危害较大的一种。尤其是人员密集场所的火灾灾害,它不仅包括火灾本身所造成的生命和财产损失,还包括由火灾引发的人员恐慌所造成的踩踏事故等额外伤害。随着经济建设的发展和人员密集程度的提高,火灾事故在我国的发生情况也有愈演愈烈之势。为了更好地研究行人运动规律,制定疏散策略,相关研究人员从仿真模拟的角度对这个问题进行了一系列建模,期望借助计算机这种现代强大的计算工具为行人疏散问题提供一种新的研究途径。目前,国内外对火灾疏散的研究大都集中于讨论“火”的因素的影响,而较少讨论“烟”的因素。事实证明,火灾中的死亡人员大部分并不是被大火烧死,而是被火灾产生的烟气呛死的。对于烟雾环境中的人员疏散,国内则普遍是将两者分开来研究,一方面侧重于研究烟雾的产生和扩散规律,另一方面侧重于研究行人在这个危险环境中的疏散策略和具体疏散过程。这样做当然有利于将一个复杂问题分割为若干简单问题从而进行分别探讨,但是很明显地它也缺乏对烟雾中的行人疏散这样一个一致问题的整体、实时的考虑。正是从这个方面,本文的研究内容得以迅速展开。为了模拟烟雾的扩散,本文讨论了各种常见的气体扩散模拟方法。通过比较,本文认为采用微观模拟能够很好地再现气体扩散的实际运动方式。由于该方法借鉴气体分子动理论,假定烟雾粒子做一定规则的扩散运动,通过模拟大量粒子的运动来获得扩散气体的整体运动规律,因此具有模型简单直观,过程真实可靠的特性。总之,本文采用基于主体的建模技术,研究有烟雾扩散的房间中的行人疏散问题,详细讨论了烟雾的扩散规律、烟雾的产生位置和扩散速度对行人疏散的影响,以及引入消防员对烟雾中行人疏散的意义等问题。通过模拟仿真,本文发现烟雾的产生位置越靠近门的位置、烟雾的扩散速率相对于人员的移动速率越快,则行人的疏散效率越低,能够成功生还的行人就越少；而引入消防员以后,可以辅助行人的疏散和逃生,随着消防员数量的增多,逃生行人的数目相应增大,且数据图像呈现凹函数的特征。在本文中,消防员实际上是起到一种指引疏散路径,辅助生命延续的作用,在实际生活中,也可以通过在建筑物的走廊里标注出口方向、增加防毒面具等救援设施的方式实现同样的目的。本文认为,采取这些措施对火灾时有烟环境下的人员的顺利疏散有重要意义。本文之所以采用基于主体的建模方式是因为本文认为它是一种先进的技术和理念,它不仅具有对象所具备的封装性、继承性、多态性等良好属性,还具备主动性、社会性等更高级的性质。本文认为未来行人流的微观仿真建模会沿着一条精细化和大型化的道路发展下去,这就要求未来的仿真程序具备智能化和分布式计算的能力,而agent技术正是与这些要求相适应的。此外,本文还设想了一种行人流研究的统一数据建模,并认为这种统一数据建模更加有利于行人流研究者的交流以及模型的规范化。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 本文的研究工作
• 1.4 章节安排
• 第二章 基于主体的模型实现
• 2.1 引言
• 2.2 主体与对象
• 2.3 模型的实现
• 2.4 同时性问题和模型可行性分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 烟雾扩散的模拟
• 3.1 引言
• 3.2 基于粒子运动的烟雾扩散模型
• 3.3 考虑墙壁的吸附和反弹效应的改进烟雾扩散模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 烟雾房间中的人员疏散
• 4.1 引言
• 4.2 普通房间中的人员疏散建模
• 4.3 烟雾环境下的人员疏散研究
• 4.4 消防员对烟雾房间中人员疏散的影响
• 4.5 对仿真结果的讨论
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录：程序主要代码
• 致谢