大型民用飞机应急撤离模型与仿真方法研究

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1、第40卷第2期2010年3月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．40Nb．2Mar．20lO大型民用飞机应急撤离模型与仿真方法研究李杰，张炜(西北工业大学航空学院，陕西西安710072)摘要：在元胞自动机模型和行人流模型基础上，解决了飞机疏散模型中的元胞严重冲突问题，实现了模型元胞速度动态可变和对不同出口的流量控制，针对多出口状态下准确地模拟绕过复杂障碍物等要求，建立了基于大型飞机环境特点约束的网格吸引力概率模型，并通过应用某型飞机客舱布局作为算例进行了乘客应急疏散的过程模拟。最后在DELMIA平台下对人员的疏散行为进行建模并实现三维

2、演示验证，模型的仿真过程接近真实情况，仿真结果和现有疏散实验结果相吻合。关键词：应急疏散；大型飞机；元胞自动机；环境约束中图分类号：0212．1文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)02-0040．03引言目前国内对于大型飞机的人员疏散仿真研究工作开展较少，但对人群疏散的仿真研究已开展了20多年，而国外对人群的运动及疏散动态的研究更有了大约40年的历史【l。2】。这方面的研究内容主要可以分为三大部分。一是对行人、人群及疏散的观察和试验，其主要的目的是得到具体的数据以给建筑设计、疏散方案的制定等提供参考。如像行进速度与人群密度的关系，房门通过速度与门宽度的关系等就

3、是这方面的研究成果。二是建立人群行为的数学模型。这方面主要是将人群比作流体，用流体力学和热力学的公式建立人群行进的模型。第三，对人群行为和疏散过程的计算机仿真，由于功能强大的计算机的普及，这方面的研究在最近十几年成为该学科研究的重点。进行疏散撤离主要有传统流体动力学模型，“社会力”模型，偏向随机行走格子气模型，元胞自动机模型等方法。在国内这方面的研究相对较晚，主要是在国外一些研究成果的基础上，做了更进一步的研究。针对这些理论国内学者在很多具体的场景下做了人员撤离仿真，如地铁车站、磁悬浮车辆、大型仓储式超市【6“1等，但还没有进行过大型飞机的应急撤离仿真的研究。本文通过建立元胞自

4、动机模型来模拟大型飞机这个特殊场景中人员应急撤离的过程，模型将静态距离场与动态场相结合，利用A宰算法[91计算最优寻址路径，以此来检验飞机乘客疏散时间是否满足适航条例要求，同时可以为改进飞机座舱设计提供一定的依据。1飞机环境约束中的人员疏散模型不同于其他公共场景，飞机座舱场景的特殊性在于：一是有限区域内的障碍物多，分布密度大，撤离路径仅有一条主通道且宽度狭窄(仅一人宽)，可流通区域内的乘客分布密度大，人员冲突严重。二是有限区域内出口相对较多，普通出口在疏散时作为主要出口，应急出口仅起分流作用，要求控制各出口流量不同，使得仿真过程更加接近真实情况。1．1元胞自动机模型的基本假设本

5、文对模型的基本要素按照典型的元胞自动机模型属性进行了如下的设定：根据密集人流中典型的人员空间分配标准HJ，每个元胞应当对应0，5m×0．5m的空间；只考虑疏散人员的身体强壮程度，分为强(青壮年)和弱(老幼病残)两类。疏散人员的位置根据实际情况预先设定；强弱特性则按19：1【l叫的比率随机产生；元胞平均速率为lm／s，规定每个时间步长里每个人员能移动一个网格或两个网格，这样人员速度则体现出来动态变化特性；模型采用Moore型邻域，疏散人员有8个可能的移动方向。撤离过程中，个人的行为要受诸多因素的影响，大体上说，这些因素可以分为两大类。第一类，静态的物理场景对人的行为的影响；第二类

6、，动态的周围环境对人的影响。本文建立的疏散模型考虑的是动态场和静态场相结合，在疏散引导员清晰的指令下，使用最短距离行为模式进行模拟，这也与实际疏散情况相符。静态场景的空间几何结构是人做出行为判断的基本依据。其次，疏散中人的行为还要受一些别的因素收稿日期：2009—07．07作者简介：李杰(1983一)，男，湖北昝城人，硕士研究生。研究方向为适航。2010年3月李杰等：大型民用飞机应急撤离模型与仿真方法研究的影响[5]。比如说，引导员清晰的指令会对人产生很大的影响。由于这些因素会随着时间的流逝而变化，这些影响在模型中以每一个不为障碍物所占据的单元格(i，-『)都有一个与之对应的动

7、态场强值Di来描述。某单元格对个人的吸引力越高，则该格的D。值越大。由于其导致吸引概率值呈指数变化，就会使得周围元胞更倾向于进入此格点，也就模拟了人群中的跟随现象。另外，个体竞争力还对网格移动产生一定的影响。1．2针对座舱环境约束的网格吸引力概率模型针对客舱内部可流通区域狭小，人员密度较大，冲突严重；且出口宽度受适航条例等特定条件限制无法改动等诸多情况，在吸引力公式中引入个体竞争力系数和出口元胞随机系数和出口参数，使得网格吸引力概率值细化，进而元胞移动更为有序，以此来解决元胞冲突问题并且调整