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摘要：由于大型场馆内的人员聚集带来的疏散效率降低和踩踏风险加大，人员疏散己成为在大型场馆内组织开展活动需要首先予以关注的基本问题。根据大型场馆的空间特点和个体的疏散模型，采用地理信息系统（Geographic Information System简称GIS）对场馆人员建立疏散模型，采用定量评估的方法选取较不利火灾场景模拟火灾发展情况，并检查人员疏散模型的合理性，具有很好的应用前景。
关键词：疏散模型；地理信息系统；定量评估
中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1673-9671-(2012)042-0182-01
近年来，人们经常到大型场馆参加文体活动或参观游览，正常和紧急情况下的人员疏散预案和现场指挥至关重要。随着国家的城市化进程的快速发展，人员在大型场地的高度聚集活动越来越多，极易发生人群拥挤挤踏事故。大型场馆是封闭性的，人群的疏散出口也是极其有限的，这样直接导致增加疏散难度。地理信息系统（GIS）在空间分析、信息管理、可视化表现等方面有较强的优势，可以为人群疏散模型提供全新的技术支持。
1模型的假设
人员疏散因为要同时考虑到人员的心理、行为以及周围的环境等因素因此这是一个复杂的问题，本文中的模型建立主要是从行为方面考察人员的疏散情况。从大量的分析结果可以看出，其中一部分是人群疏散中的根本特征，而另一部分则是由于人的某些特征导致的。为了使疏散人群的动态模拟更具真实性，这要求需对模型进行一些假设，从而在此基础上将根本的、决定性作用的因素加以体现。
在疏散模型中，人群疏散时特征主要体现为以下几条。
1）在疏散时，个人总是想选择最近且最短的出口路线。
2）在疏散最开始的时候，人员是清醒的，最初的疏散过程中是井然有序的进行，不会出现中途折返以及改变疏散路线的
情况。
3）个人原意愿即使在行进方向已经非常拥挤的情况下也不愿意偏离、绕路。
4）在一定的情况下，个人行为易受周围人的影响，这样易表现出一种盲从的行为。
5）火灾的发展趋势、指示信息和命令对疏散的人有很大的影响。
2建立空间模型
本文研究的模型是以元胞自动机更新规则为基础，在模型中，建筑物被划分成格子边长为0.4 m的正方形单元格。待疏散的人员个体用一个单独的Agent来表示。可以利用GIS建立模拟实体，这样在简化仿真建模过程的基础上形象地描述了疏散空间内部的变化，并且因为GIS特有的空间数据组织形式为建模中可视化获取表达提供了方便。用于组织GIS空间数据的数据结构模型主要有栅格数据和矢量数据，本文主要运用矢量数据来建立模型，研究考虑模型的要素主要有五种：障碍物，人，门，走廊，火灾发生区域。矢量数据模型主要有点、线、面（区）组成，本文采用图层来表示，主要包括网格图层（线层，用来描述建筑物图形空间编辑）、障碍物层（面层）、火灾发生区域层（面层）和Agent层（点层）。
3建立人的模型
3.1人的行为建模
研究人群疏散的行为主要从微观的角度出发，以个体行为作为研究对象，这也是本模型的核心。在模型中，对于单个人采用一个点图层来表示，用人的初始位置的单元格的编号来标识人。按照元胞自动机的理论，模型分为Von Neumann型邻域（八方向邻域）和Moore 型邻域（四方向邻域），在本文中，考虑到人移动的速度，采用Moore 型邻域，如图1所示。对于某个个体，自己所处的单元格加上周围的4个格子，共同组成了评判自己行为的精细网格。在t时刻，选一个自己的单元格编号为（i,j），其他4格的编号按矩阵形式排列，其他4格可能是空白，也可能是障碍物，还可能是除自己以外的个体或者是人群，具有不确定性。
3.2人的行为的冲突检测
在现实生活中，人群都是按照自己的意志实现自己的行为，作为单个个体，在出现紧急疏散的情况下，会与周围的个体形成竞争，这就造成了人员行为的冲突。以图2的单元格为例，编号为（i,j）在t+1时刻要向有利于自己行为的单元格（i+1,j）移动，同时另外一个个体也向编号为（i+1,j）移动，两个个体发生冲突，如果单元格（i+1,j）对（i,j）的引力大于另外的个体，则（i,j）顺利占据单元格，反之，（i,j）则呈停滞等待状态。
4实现模型的关键技术
模型采用ArcGIS Engine构建，ArcGIS Engine是一组功能完备的并且打包的嵌入式GIs组件库和工具库，开发人群可用来创建新的或扩展已有的桌面应用程序。使用ArcGIS Engine，开发人群可以将GIS功能嵌入到已有的应用软件中，如自定义行业专用产品；或嵌入到商业生产应用软件中，如Mirosoftf word和Excel；还可以创建集中式自定义应用软件，并将其发送给机构内的多个用户。ArcGIS Engine最主要的对象库有：Geomeny库、Display库、Geodatabase库。
5模型试验的结果
假定大型场馆是两个出口，出口的宽度为1.5m，随机分布了15个人的状态，几种时刻下的疏散状态如图3所示。
从图3中可以看出，人员的疏散呈现出一种方向相同的人群会向一个出口行进，人群不会发生过度拥挤的情况，也体现出人员疏散行为的特性。
6结论
建立了一个基于GIS的微观离散疏散仿真模型，可以更好的观察人员在疏散过程中行为的变化。在实验的基础上，可以看出通过仿真来研究人群的疏散有很大的优势。人员疏散本身是比较复杂的，涉及的因素很多，有些因素是难以量化的，很难用数学的模型来描述。仿真不可能完全模拟人员在火灾过程中的行为，只有通过对不同的疏散模型进行比较，找出最优的方案，从而优化疏散路线，为人们的生活提供应急保障。
参考文献
[1]龚建雅.地理信息系统基础[M].北京:科学出版社,2001.
[2]陈静.基于ArcGIS的动态显示模型开发与应用[D].华东师范大学,2005.
[3]赵道亮.紧急情况下人群疏散特殊行为的元胞自动机模拟[D].中国科技大学,2007.
关键词：疏散模型；地理信息系统；定量评估
中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1673-9671-(2012)042-0182-01
近年来，人们经常到大型场馆参加文体活动或参观游览，正常和紧急情况下的人员疏散预案和现场指挥至关重要。随着国家的城市化进程的快速发展，人员在大型场地的高度聚集活动越来越多，极易发生人群拥挤挤踏事故。大型场馆是封闭性的，人群的疏散出口也是极其有限的，这样直接导致增加疏散难度。地理信息系统（GIS）在空间分析、信息管理、可视化表现等方面有较强的优势，可以为人群疏散模型提供全新的技术支持。
1模型的假设
人员疏散因为要同时考虑到人员的心理、行为以及周围的环境等因素因此这是一个复杂的问题，本文中的模型建立主要是从行为方面考察人员的疏散情况。从大量的分析结果可以看出，其中一部分是人群疏散中的根本特征，而另一部分则是由于人的某些特征导致的。为了使疏散人群的动态模拟更具真实性，这要求需对模型进行一些假设，从而在此基础上将根本的、决定性作用的因素加以体现。
在疏散模型中，人群疏散时特征主要体现为以下几条。
1）在疏散时，个人总是想选择最近且最短的出口路线。
2）在疏散最开始的时候，人员是清醒的，最初的疏散过程中是井然有序的进行，不会出现中途折返以及改变疏散路线的
情况。
3）个人原意愿即使在行进方向已经非常拥挤的情况下也不愿意偏离、绕路。
4）在一定的情况下，个人行为易受周围人的影响，这样易表现出一种盲从的行为。
5）火灾的发展趋势、指示信息和命令对疏散的人有很大的影响。
2建立空间模型
本文研究的模型是以元胞自动机更新规则为基础，在模型中，建筑物被划分成格子边长为0.4 m的正方形单元格。待疏散的人员个体用一个单独的Agent来表示。可以利用GIS建立模拟实体，这样在简化仿真建模过程的基础上形象地描述了疏散空间内部的变化，并且因为GIS特有的空间数据组织形式为建模中可视化获取表达提供了方便。用于组织GIS空间数据的数据结构模型主要有栅格数据和矢量数据，本文主要运用矢量数据来建立模型，研究考虑模型的要素主要有五种：障碍物，人，门，走廊，火灾发生区域。矢量数据模型主要有点、线、面（区）组成，本文采用图层来表示，主要包括网格图层（线层，用来描述建筑物图形空间编辑）、障碍物层（面层）、火灾发生区域层（面层）和Agent层（点层）。
3建立人的模型
3.1人的行为建模
研究人群疏散的行为主要从微观的角度出发，以个体行为作为研究对象，这也是本模型的核心。在模型中，对于单个人采用一个点图层来表示，用人的初始位置的单元格的编号来标识人。按照元胞自动机的理论，模型分为Von Neumann型邻域（八方向邻域）和Moore 型邻域（四方向邻域），在本文中，考虑到人移动的速度，采用Moore 型邻域，如图1所示。对于某个个体，自己所处的单元格加上周围的4个格子，共同组成了评判自己行为的精细网格。在t时刻，选一个自己的单元格编号为（i,j），其他4格的编号按矩阵形式排列，其他4格可能是空白，也可能是障碍物，还可能是除自己以外的个体或者是人群，具有不确定性。
3.2人的行为的冲突检测
在现实生活中，人群都是按照自己的意志实现自己的行为，作为单个个体，在出现紧急疏散的情况下，会与周围的个体形成竞争，这就造成了人员行为的冲突。以图2的单元格为例，编号为（i,j）在t+1时刻要向有利于自己行为的单元格（i+1,j）移动，同时另外一个个体也向编号为（i+1,j）移动，两个个体发生冲突，如果单元格（i+1,j）对（i,j）的引力大于另外的个体，则（i,j）顺利占据单元格，反之，（i,j）则呈停滞等待状态。
4实现模型的关键技术
模型采用ArcGIS Engine构建，ArcGIS Engine是一组功能完备的并且打包的嵌入式GIs组件库和工具库，开发人群可用来创建新的或扩展已有的桌面应用程序。使用ArcGIS Engine，开发人群可以将GIS功能嵌入到已有的应用软件中，如自定义行业专用产品；或嵌入到商业生产应用软件中，如Mirosoftf word和Excel；还可以创建集中式自定义应用软件，并将其发送给机构内的多个用户。ArcGIS Engine最主要的对象库有：Geomeny库、Display库、Geodatabase库。
5模型试验的结果
假定大型场馆是两个出口，出口的宽度为1.5m，随机分布了15个人的状态，几种时刻下的疏散状态如图3所示。
从图3中可以看出，人员的疏散呈现出一种方向相同的人群会向一个出口行进，人群不会发生过度拥挤的情况，也体现出人员疏散行为的特性。
6结论
建立了一个基于GIS的微观离散疏散仿真模型，可以更好的观察人员在疏散过程中行为的变化。在实验的基础上，可以看出通过仿真来研究人群的疏散有很大的优势。人员疏散本身是比较复杂的，涉及的因素很多，有些因素是难以量化的，很难用数学的模型来描述。仿真不可能完全模拟人员在火灾过程中的行为，只有通过对不同的疏散模型进行比较，找出最优的方案，从而优化疏散路线，为人们的生活提供应急保障。
参考文献
[1]龚建雅.地理信息系统基础[M].北京:科学出版社,2001.
[2]陈静.基于ArcGIS的动态显示模型开发与应用[D].华东师范大学,2005.
[3]赵道亮.紧急情况下人群疏散特殊行为的元胞自动机模拟[D].中国科技大学,2007.