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随着复杂科学的研究成为学术研究的热点,与之相关的研究工作已经深入到了工程技术、社会、政治、医药、经济、管理等很多相关学科并广泛应用,元胞自动机已成为研究复杂系统的重要仿真工具。元胞自动机是由大量简单一致的个体通过局部联系组成的离散、分散及空间可扩展系统,它不需要求解微分方程,而直接通过简单的微观局部规则来模拟非线性物理现象,最早是由Von Neumann等人提出来的,主要用于模拟生命系统所具有的自复制功能。
近年来,元胞自动机模型在交通流研究领域得到了广泛深入的应用,已经能够揭示车辆速度的非线性变化规律,再现了真实交通流中的阻塞、时走时停等现象的发展过程,成功解释了交通流中的激波自组织临界现象,在指导城市交通建设方面起到了重要的作用,这些交通流模型也为元胞自动机行人流模型规则的制定提供了基本依据。
本文在现有的元胞自动机模型和社会力模型的基础上提出了一种二维元胞自动机的模型,本质上一种离散的社会力模型,用来研究紧急情况下(如火灾)的人员疏散问题。本文首先介绍了人员疏散的相关理论,介绍了目前典型的元胞自动机模型和社会力模型。结合这两种模型,提出了将人群按照年龄和性别进行了划分,每个人员的行为参照在其视野中的其他人员的行为进行加权处理的元胞自动机模型。通过计算机模拟,研究了人员疏散过程中常见的从众心理对人员疏散的影响;从理论上分析了出口结构对人员疏散的影响,重点分析了单一出口且出口比例对称下,出口的宽度大小对人员疏散的影响。发现了出口宽度存在临界值的问题,与当前的建筑学相关理论相吻合。