采用多格子模型的火灾场景人群疏散仿真

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人群仿真是基于计算机算法,结合社会学、力学和心理学等学科,通过在计算机生成的虚拟环境中逼真地展现人群的运动过程,研究人群在特定情节和各种环境下的运动特征和运动规律。而在紧急状况如火灾发生的时候,通过人群仿真对建筑安全、应急预案等进行指导是预防和减少人员伤亡的重要手段。目前在人群疏散领域内,最为主要的模型分别为离散型的元胞自动机模型和连续性的社会力模型,但是它们都有各自的缺点:元胞自动机模型不能很好的表现个体之间的相互作用力,会引起一定的误差,而且不能准确的表达火灾等对人群的影响,社会力模型过于复杂,计算效率低。而针对这些情况,本文在多格子模型(Multi‐grid model)的基础上提出了一种在火灾情况下基于受力规则的多格子模型。它的主要特点为:(1)多格子采用精细网格来划分空间,有利于描述人群细微的运动特征,并且边界条件得到更加精确的量化。(2)该模型在计算移动方向的时候加入了相互作用力作用,与社会力模型相似,通过被占据方格的数量和位置来计算相互作用力的总和。(3)该模型不但引用了自驱动力、摩擦力,并且引入了火灾斥力,表现出来事故发生地对行人的影响,更加真实的模拟了人群疏散的细节问题。(4)该模型采用全局网格算法对碰撞进行检测,其计算效率与经典的元胞自动机相当,大大高于社会力模型。本文基于上面提出的模型,构建了一个人群疏散仿真原型系统,该系统适用于火灾场景,可以对一系列相关参数进行设置并且进行动态仿真,得到相应的仿真结果进行对比。在文章的最后,我们讨论了自驱动力、摩擦力、火灾斥力等参数对仿真的影响,利用该模型重现了一些典型的自组织现象,比如疏散瓶颈处的拱形分布、拥塞、间歇性人流、行人远离危险区域等,并且在最后就火灾斥力、火灾蔓延等级和火灾位置对火灾场景中的人群疏散仿真进行了分析。
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