基于元胞自机的楼宇疏散仿真与疏散指挥策略优化

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1、分类号UDC密级1931181学位论文基于元胞自动机的楼宇疏散仿真与疏散指挥策略优化作者姓名：祁宁指导教师：汪定伟教授东北大学系统工程研究所申请学位级别：工学硕士学科类别：工学学科专业名称：系统工程论文提交日期：2008年2月18日论文答辩日期：2008年2月25日学位授予日期：评阅人：黄敏教授答懒蝴：黄敏教授王作鹏副研究员东北大学2008年2月181f司*．◆■△!塾竺曼i苎鱼￡—the—Degree．—ofMas—terinSystemsEngineeringSimulationandDirectionOptimizationofEvacuationfromPubli

2、cBuildinginEmergencywithCellularAutomationbyQiNingSupervisor：Prof．WangDingweiNortheasternUniversityFebruary2008’●，．二_上独创性l声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示诚挚的谢意。学位论文作者签名：刁p吁签字Et期：加萝．)．72学位论文版权使用授权

3、书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。(如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意)学位论文作者签名：神鲁导师签名：签字日期：姗、2、’7．签字日期：乡尸∞乓二Z主o．降埘●√￥-J审．●土东北大学硕士学位论文摘要基于元胞自动机的楼宇疏散仿真与疏散指挥策略优化摘要随着我国城市化发展的进程不断加快，大型建筑不断涌现，如何在发生突发事件时将建筑中人员安全疏散已经成为公共安全领

4、域研究的热点和重点，也是建筑在设计、管理阶段重要组成部分。在楼宇火灾的疏散过程中，人员的生理和心理状态、特征各异，人员个体行为会对整个疏散过程及疏散结果造成至关重要的影响，研究个体行为的特点及规律有助于分析和解决疏散中遇到的问题。在疏散过程中通常涉及大量的人员，如果组织这样规模的实地试验花费巨大，而且人员心理过程很难达到真实事件时的状态。因此，在研究人员疏散时，计算机仿真是最为经济、最便捷的手段。仿真的关键是数学模型的建立，对人员疏散仿真模型的研究主要分为两类：宏观模型和微观模型。宏观模型只考虑人群的运动，疏散人员在疏散过程中自始至终保持疏散初期的人员密度，有计划、有秩序

5、的疏散，建立宏观模型主要为了产生较低的时间下界；微观模型的研究是将个体作为研究对象，每个个体的行为受年龄、恐慌度以及周围环境变化的影响，每个个体根据自身的状态独立做出判断。在对各种微观模型的对比和总结的基础之上，本文选用能够体现人群运动特性、计算量又相对较少的元胞自动机模型建立疏散仿真模型，模拟楼宇中人员疏散过程；为了模拟人员超越、绕过障碍等行为，本文在元胞自动机模型的基础之上加入了45度角视野扩展模型；通过设置元胞属性，改变烟雾浓度，模拟了火灾烟气引起的人员的视野范围、理智程度、体能状态下降；利用位置流量模拟人员从众行为，并分析从众行为对人员疏散的影响。本文利用基于元胞

6、自动机的人员疏散模型开发了楼宇疏散仿真系统。通过此系统，用户可以模拟在不同情况下，楼字内的人员疏散状况。通过大量的仿真实验，分析了建筑层数与疏散时间的关系、人员数量与疏散时间的关系。通过仿真可以分析现有建筑的问题，但是如何在安全疏散允许时间内使建筑内人员和财产免遭高温火焰的危害，用最短时间疏散到安全地方，才是人员疏散成功的重要环节，因此，在救援人员到来之前，如何利用建筑中现有的应急疏散设施引导人群疏散，制定合理的疏散策略是解决建筑疏散问题的关键。建筑中人员疏散的过程非常复杂，很难用一般的数学模型来描述，而且人员的个体一II—东北大学硕士学位论文摘要行为具有极大的不确定因素

7、更加难以计算。因此，本文将智能优化算法与仿真模型结合，利用基于仿真的优化方法对建筑中的疏散指挥策略进行优化，针对不同的建筑结构及人员分布特点制定合理的疏散指挥策略。通过计算结果表明，加入指挥作用对楼宇的疏散能力提高有重要的作用。同时，在制定疏散计划时应该充分考虑不同的火灾发生时间、人员分布情况以及生理心理状况，并根据不同情况利用本系统得到相应的指挥策略，并在火灾发生时启用相应的应急疏散方案。关键词：紧急疏散；个体行为；元胞自动机：仿真优化；指挥策略·——III·——‘0●t●^一一———————————————————————