基于力的人群疏散仿真模型
人群疏散仿真研究综述
人群疏散仿真研究综述发布时间：2021-07-05T08:10:42.327Z 来源：《科技新时代》2021年2期作者：马佳伟黄锦良[导读] 人群疏散仿真是研究发生突发事件时人群疏散的行为，可以为制定科学、合理的人群疏散方案提供重要的知识，有助于帮助人群快速地疏散到安全区域，减少突发事件中人员伤亡和财产损失。
目前对人群疏散仿真的研究越来越引起研究者的关注。
为了能够深入了解人群疏散仿真的发展，本文研究了目前国内外现有的常用的人群疏散模型，各个模型的优缺点，以及模型未来发展趋势。
马佳伟黄锦良（宁波工程学院电子与信息工程学院，浙江宁波 315211）摘要：人群疏散仿真是研究发生突发事件时人群疏散的行为，可以为制定科学、合理的人群疏散方案提供重要的知识，有助于帮助人群快速地疏散到安全区域，减少突发事件中人员伤亡和财产损失。
目前对人群疏散仿真的研究越来越引起研究者的关注。
为了能够深入了解人群疏散仿真的发展，本文研究了目前国内外现有的常用的人群疏散模型，各个模型的优缺点，以及模型未来发展趋势。
1) 0 前言人群疏散仿真是研究发生突发事件时人群疏散的行为，可以为制定科学合理的疏散方案提供重要的知识，有助于帮助人群快速的疏散到安全区域，以减少突发事件中人员伤亡和财产损失。
随着计算机技术的迭代，计算机技术的高速发展，以及算力的增强，用计算机进行仿真模拟各种紧急疏散的因素和过程已经成为研究人员最常用的方法[1]。
但是，研究人员的侧重点并不相同，因此人群疏散的模型也大有不同。
现在大量的仿真模型大致分为两大类：宏观仿真模型和微观仿真模型。
随着算力的增强，微观仿真模型因为更加精确、拟真等优点逐渐替代了宏观模型。
2) 1 宏观仿真模型宏观模型是早期的一种疏散仿真的计算机工具，有动力学模型、流模型、排队网络模型等。
排队网络模型是将建筑物抽象为一个平面网络，由节点和连线组成。
该模型的优点是构造简单，所需计算能力不高。
但是有一些无法克服的不足[2]，例如大量的空间信息被省略；人群的行为受所处环境的影响很大，无法模拟人与环境的动态交互[3][4]。
单室人员疏散模型及仿真分析
单室人员疏散模型及仿真分析疏散是城市安全管理的重要方面之一，单室是现代城市建筑中常见的建筑形式之一。
在紧急情况下，单室的人员需要迅速有序地疏散，以确保人员的生命安全。
因此，研究单室人员疏散模型和仿真分析，对于加强城市安全管理具有重要意义。
一、研究现状随着社会的进步和科学技术的发展，单室的布局结构和安全管理措施得到了不断的完善和改进。
目前，关于单室人员疏散模型和仿真分析的研究已经成为了学术研究的热点之一。
研究者主要从以下几个方面进行了探讨。
1. 研究单室人员疏散的原理和机理研究单室人员疏散的原理和机理，是认识单室人员疏散规律和特点的重要手段。
研究者使用实验和数学模型等方法，在通道宽度、人群密度、人员行动方式等方面进行了研究，为单室人员疏散提供了可靠的理论基础。
2. 研究单室人员疏散的仿真模型和方法为了更好地研究单室人员疏散，研究者开展了大量的仿真模拟研究。
他们结合实际场景，建立了单室人员疏散的仿真模型和方法，从而可以实现对单室人员疏散过程的全面模拟和分析。
3. 研究单室人员疏散的优化方法针对单室人员疏散中可能存在的问题，研究者提出了一些相应的优化方法。
如增加通道宽度、设置应急出口、优化人员疏散路线等措施，都可以有效地提高单室人员疏散效率和安全性。
二、单室人员疏散模型及仿真分析1. 模型建立单室人员疏散模型是指在特定的场景中，对单室人员疏散过程进行数学模型和仿真模拟。
本模型的主要研究内容包括：单室人员密度、通道宽度、人员行动方式、出口数量、位置和容量等。
该模型可以分为以下几个步骤：（1）建立场景模型在实际场景中，需要细致地测量场景的尺寸和特征，建立起场景模型。
这个过程需要精确的制图技术和准确的测量工具。
（2）添加单室人员将经过人员分类的人群放进场景模型中，同时在该单室内设定几个随机出口。
这个过程需要考虑到单室人员的数量、年龄、性别、行动方式等因素。
（3）设置仿真模型参数本模型根据单室内人员的密度和通道宽度，设置仿真模型参数。
2022一级消防工程师《综合能力》教材知识点火灾疏散模拟
2022一级消防工程师《综合能力》教材知识点火灾疏散模拟一、火灾模拟(一)概述火灾数值模拟是火灾研究的重要内容之一，但由于火灾现象的复杂性，近几十年来才建立起描述火灾现象的实用数学模型。
火灾模型主要分为确定性模型和随机性模型。
火灾数值模型主要有专家系统(E某pertSytem)、区域模型(ZoneModel)、场模型(FieldModel)、网络模型(NetworkModel)和混合模型(HybridModel)。
场模型也即CFD(计算流体动力学)模型，主要是指利用计算流体动力学技术对火灾进行模拟的模型，由于CFD模型可以得到比较详细的物理量时空分布，能精细地体现火灾现象，加之高速、大容量计算机的发展，使得CFD模型得到了越来越广泛的应用。
目前用于火灾模拟的CFD模型主要有FDS、PHOENICS、FLUENT等。
FDS是专门针对火灾模拟而开发的CFD软件，简单易用。
因此，它在火灾模拟中的应用最为广泛。
而PHOENICS和FLUENT是计算流体力学的通用软件，将其用于火灾模拟需要有较强的流体力学背景，因此，应用较少。
目前，国内外对FDS的研究比较多，而对于PHOENICS和FLUENT在火灾模拟方面的应用研究较少，对各个软件的对比研究则更少。
(二)选取从软件易用性来看，火灾专用模拟软件相对简单，在应用中不需要作复杂设置，使用者只需掌握火灾基本知识即可得到合理的结果，而通用CFD软件对使用者要求较高，使用者需要对流体力学知识有深入了解，才能得到合理结果，因此，一般火灾模拟选择专用软件为宜。
利用火灾模型进行数值分析前，应着重考虑该模型对所模拟问题的适用性及预测能力，一般情况下，需要事先利用相关试验(已有其他人员进行的试验或自己进行相关试验)对模型进行确认研究。
从模拟结果的准确性来看，火灾专用模拟软件由于是专门针对火灾开发的，在概念模型层面相对于通用软件更接近于真实模型，其数学模型更能反映火灾过程，因此，一般情况下，建议选择火灾专用软件，除非在专用软件无法模拟的情况下才选择通用软件。
人员疏散分析模型
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——或者疏散到安全地点，或者被火灾所伤害。模型基于行为规则和个体属性， 每一个人的前进和行为由一系列启发性规则决定。行为子模型决定了人员对当 前环境的响应，并将其决定传递给移动子模型。行为子模型在两个层次起作用， 即全局行为和局部行为，全局行为假设人员采用最近的可用疏散出口或者最熟 悉的出口来逃生；局部行为可以模拟以下现象：决定人员对疏散警报的初始响 应、冲突的解决、超越以及选择可能的绕行路径等。这些都取决于人员的个体 属性。毒性子模型决定环境对人员的生理影响，考虑了毒性和物理危险，包括 升高的温度、热辐射、C0、C02 以及 02 含量等因素影响，并且估计了人员失 去行动能力的时间。它采用“毒性比例效果剂量”模型（FED），假设火灾危险 的影响由接受到的剂量而不是暴露的浓度决定，并且累计暴露期间的比例。 EXODUS 建模可以采用实验数据或者从其他模型得到数值数据,允许 CFAST 计算 数据导入到 EXODUS 中。EXODUS 模拟完毕后，可以使用数据分析工具来处理数 据输出文件。另外，提供了基于虚拟现实的后处理图形环境，提供疏散的三维 动画演示。
3.EXIT89 软件 EXIT89 由美国消防协会的 Rita F.Fahy 开发的一个用于大量人员从高层 建筑疏散而设计的疏散模型。该软件可用于模拟高密度人员的建筑的疏散。例 如高层建筑，它可以跟踪个体在建筑物内的行动轨迹。从消防安全的角度来评 估大型建筑设计时，该模型可以处理一些疏散场景中相关的因素，包括： （1）考虑各种不同行动能力的人员。包括限制行动能力的人员和儿童。 （2）延迟时间，既包括可以用来代替移动前的准备活动的时间（由用户 根据每个位置指定），也包括随机的额外时间，可以当作人员疏散开始时间。 （3）提供选择路径功能—使用模型计算出来的最短路径，可以用来模拟 经过良好训练的或者有工作人员协助的疏散过程；或者使用用户指定的路径，
室内人员疏散时间快速预测模型研究
第17卷第4期2021年4月中国安全生产科学技术Journal of Safety Science and TechnologyVol. 17 No. 4Apr. 2021doi ： 10. 11731/j. issn. 1673-193x. 2021. 04. 005室内人员疏散时间快速预测模型研究**收稿日期：2021 -01 - 18*基金项目：国家自然科学基金项目(72074196 )作者简介：江延立，硕士研究生，主要研究方向为公共安全与应急管理$ 通信作者：盖文妹，博士，副教授，主要研究方向为公共安全与应急管理江延立"，盖文妹"，李 群2(1•中国地质大学(北京)工程技术学院，北京100083 ； 2.中国安全生产科学研究院，北京100012)摘 要：为准确快速估算室内人员疏散时间，基于传统Togawa 模型，提出1种基于出口处人员流动速率的室内人员疏散时间快速预测模型，并利用Pathfinder 软件模拟某房间人员疏散过程，对比快速预测模型与传统Togawa 经验公式计算结果。
结果表明：快速预测模型计算量少，可获得更多更精确人员疏散信息$研究结果可为室内人员疏散提供理论支撑$关键词：应急管理；疏散时间；滞留时刻'Togawa 模型中图分类号：X956文献标志码:A 文章编号：1673 - 193X (2021) -04 -0030 -05Research on rapin prediction model of indoor personnel evacuation timeJIANG Yanli 1 , GAI WenmeO , LI Qun 2(1. School of Engineering and Technology , China University of Geosciences # Beijing 100083 # China ；2. China Academy of Safety Science and Technology # Beijing 100012 # China )Abstract : In order te xccurately and quickly estimate the indoor personnel evacuation time , based on the traditionxl Togawxmodel , x rapid prediction model of indoor personnel evacuation time based on the personnel Oow rate xt the exit wxs proposed.Compared with the traditionxl Togawx model , the rapid prediction model did not require the globxl calculation , and the calcu lation efficiency wxs higher. The Pathfinder software wxs used te simulate the personnel ewcuation process of x room , and tak ing the simulation results xs reference , the calculation results of the rapid prediction model and the traditionxl Togawx empiri cal formula were cempared. The results showed thxt the rapid prediction model had less calculation amount and ceuld obtainmore and more xccurate personnel ewcuation information. The research results can provide thearetical suppoS for the indoorpersonnel ewcuation.Key words : emeraency manaxement ； ewcuation time ； detention time ； togawx model0引言人员必需疏散时间由3部分构成：探测报警时间、人员预动作时间和人员疏散时间。
教学楼经济疏散数学模型
教学楼经济疏散数学模型摘要研究在险情发生时如何在最短时间内组织人员逃出某建筑物这类应急处理问题，是为了寻求到最佳的疏散方案，建立了人流疏散数学模型，该模型考虑到人流速度与人流密度之间的关系，以疏散时间最短为目标函数。
根据此模型求解得到了2号教学楼人员快速疏散的优化方案。
问题一：假设只有单行和双行两种方式。
而人流速度主要与人员密度有关，0.80v v ρ-=-。
通过分析知流量随人流密度的增加先增后减，单行流量小于双行的流量，故我们尽量使人流双行。
经分析得出：540.800.8110[([/1])/2]*/[(2[1/1])]([1/1])ij i j l t N l d c v d v d --==⎧⎫=+-+-+⎨⎬-+⎩⎭∑∑问题二：在问题一的基础上，给出符合实际情况的数据，经求解得出： 当V 0=4.0m/s 时，t=158.18s ；当V 0=3.0m/s 时，t=216.25s得出最佳撤离方案：即先撤出一楼单行的人员，再撤出一楼和二楼双行的人员，最后撤出三至五层楼的人员。
问题三：为方便紧急撤离，我们给出五个改进措施，并画出教学楼的设计图。
为使模型简化，给出了一些合理的假设，简化和数据，从而得出疏散时各楼层的模拟图。
最终列出模型方程：5440.80.810111'[()/3]/[2(1/1)]ij j i j j t N N c l v d --===⎧⎫=-*+-+⎨⎬⎩⎭∑∑∑代入问题二中的数据，得到：当V 0=4.0m/s 时，t=48.6059s ；当V 0=3.0m/s 时，t=65.3174s与问题二中所求的疏散时间相比较，显然我们改进的方案的疏散时间较短。
故我们的改进方案可行性较强。
关键词: 人员疏散 疏散方案 疏散模型 人流密度 人流速度1.问题的重述1.1问题的背景学校的教学楼是一种人员非常集中的场所，当发生地震、火灾等安全事故，或晚自习突发停电等突发事件时，师生需要尽快撤离事故现场，由于学校教学楼开放的安全通道有限，加上缺少合理的人员疏散方案，造成师生上下课时的楼道拥堵。
人群疏散的仿真研究
人群疏散的仿真研究当灾难或紧急事件发生时，人群疏散的效率和安全性至关重要。
为了更好地理解和改进人群疏散策略，研究者们利用仿真技术对人群疏散过程进行了深入探讨。
本文将详细介绍人群疏散的仿真研究方法、实验结果和分析，以及未来研究展望。
一、引言人群疏散是指人员在紧急情况下快速撤离现场的过程。
这个过程受到多种因素的影响，如人群密度、出口大小、指示标识等。
近年来，随着城市人口的不断增长和建筑密度的提高，人群疏散研究的重要性愈发凸显。
仿真研究作为实验科学的一种，可以为人群疏散提供一种安全、可控的环境，以便更好地理解逃生行为和疏散效率。
二、研究背景人群疏散的仿真研究发展迅速，它借助计算机、网络和多媒体等技术手段，通过模拟真实场景中的人群疏散过程，为研究者提供了大量实际数据。
根据仿真结果，可以深入探讨影响人群疏散效率的各种因素，并针对不同场景提出有效的疏散策略。
三、研究方法本研究采用计算机仿真技术，以某大型公共场所为研究对象。
首先，根据实际建筑结构，建立三维仿真模型；然后，通过模拟各种紧急情况，触发人群疏散过程；最后，利用高速相机和传感器等设备收集数据，并利用专业软件进行处理和分析。
四、实验结果和分析根据仿真实验结果，我们发现以下规律：1、人群密度对疏散时间具有显著影响。
随着人数的增加，疏散时间呈线性增长。
2、出口大小对疏散效率有重要影响。
出口过小会导致拥堵和滞留现象，而出口过大则可能导致人员分散和难以控制。
3、指示标识的设立对疏散过程具有积极作用。
合理设置指示标识有助于引导人员快速找到出口。
4、人的行为对疏散效率具有重要影响。
部分个体可能会在恐慌状态下做出不合理决策，从而影响整体疏散效率。
五、结论与展望本研究通过仿真实验发现，人群疏散过程受到多种因素的影响。
为了提高疏散效率，我们提出以下建议：1、根据实际需求合理规划出口大小，避免出口过小导致拥堵或出口过大导致人员分散。
2、在现场设置明显的指示标识，以便引导人员快速找到出口。
不同楼梯布局条件下行人疏散效果仿真研究
不同楼梯布局条件下行人疏散效果仿真研究李若菲;赵永翔;卢团团;刘旭光【摘要】为研究不同楼梯类型的行人疏散效果,改进传统社会力模型,模拟4种常见梯形中行人的疏散过程,并通过总疏散时间和平均疏散速度指标以及微观速度密度分布图分析其疏散效果中存在的内在物理机制.研究表明:从安全和高效疏散角度上看,在限定空间中,单跑无平台梯形布局有利于低密度人群下人员的快速疏散;在中、高密度人群中,双分梯形的分流特点更有利于人员安全、快速疏散.从微观密度、速度分布图可看到这4种梯形在人员疏散过程中均易造成人员聚集拥堵,但发生事故风险的位置不同.单跑有、无平台梯形在楼梯上端和下端均易发生拥堵,且此时速度值大,发生事故的风险高;双分与双跑梯形在楼梯与平台的转角处易发生拥堵.【期刊名称】《中国安全生产科学技术》【年(卷),期】2019(015)004【总页数】7页(P160-166)【关键词】社会力模型;三维建模;楼梯布局;安全疏散;建筑楼梯设计【作者】李若菲;赵永翔;卢团团;刘旭光【作者单位】福州大学经济与管理系,福建福州350116;福州大学经济与管理系,福建福州350116;福州大学经济与管理系,福建福州350116;福州大学经济与管理系,福建福州350116【正文语种】中文【中图分类】X928.30 引言近年来，建筑火灾造成的人员伤亡事件屡有发生，尤其对于人员密集、火灾荷载大的场所，一旦发生火灾极易造成重大人员伤亡和财产损失，甚至造成恶劣的社会影响[1]。
楼梯是各种建筑物中的主要疏散环节，特别是一些大型的人群聚集场所，如火车站、地铁站、商业广场、教学楼等。
在紧急事件发生时(如停电、火灾、地震等)，楼梯也是主要的逃生通道。
而楼梯疏散在疏散速度、步幅宽度、人员间相互影响等方面都不同于平面上的疏散[2]。
因此，针对楼梯区域人员疏散特征进行研究具有重要的现实意义。
对于人员疏散问题，常使用的行人模型主要是社会力模型[3]、元胞自动机模型[4]及格子气模型[5]等。
基于改进社会力模型对人群疏散过程的模拟
基于改进社会力模型对人群疏散过程的模拟在现实生活中，人群疏散是一项重要而常见的任务。
无论是火灾、地震、恐怖袭击等突发事件，还是大规模人群集会等日常活动，人群疏散过程的高效与安全至关重要。
为了更好地理解和改进人群疏散策略，我们可以利用社会力模型对人群疏散过程进行模拟，并通过改进这一模型来提高疏散效率和安全性。
社会力模型是一种以人群行为为基础的研究方法，用于模拟和分析人群在特定场景中的运动和互动。
它假设人群行为是由个体之间的相互作用和感知决定的，通过考虑个体之间的社会力和个体与环境之间的力的作用来进行模拟。
在人群疏散过程中，个体之间的相互作用和感知起着重要的作用。
改进社会力模型的一个关键点是加入个体之间的社交网络关系。
社交网络关系可以影响个体之间的认知和决策，从而影响疏散过程的流动性和效率。
通过考虑人群中人与人之间的关系，模型可以更准确地模拟现实中的疏散过程。
另一个可以改进社会力模型的方面是考虑地理环境对人群疏散的影响。
地理环境包括建筑物、道路、出口位置等因素。
这些因素会对人群疏散的流动性和效率产生重要影响。
通过在模型中加入这些地理因素，可以更准确地模拟人群在特定环境下的疏散过程。
例如，人群可能在狭窄的通道处产生拥堵，或者在缺乏明确出口标识的情况下迷失方向。
此外，改进社会力模型还可以考虑个体的差异性。
在现实生活中，人群中的个体有着不同的特点和行为习惯，这会在疏散过程中产生各种不同的行为。
通过在模型中引入个体差异性，可以更真实地模拟人群的行为，从而更好地理解和改进人群疏散策略。
通过改进社会力模型，我们可以进行针对性的优化和改进，以提高人群疏散过程的效率和安全性。
例如，在模型中加入出口疏散策略，可以更好地引导人群流动，避免拥堵和混乱。
又或者，在模型中加入虚拟现实技术，可以对疏散过程进行可视化和交互式分析，进一步优化疏散策略。
总之，基于改进社会力模型对人群疏散过程的模拟可以帮助我们更好地理解和改进人群疏散策略。
基于AnyLogic的地铁应急客流疏散方案的设计
20212科技创新DOI：10.19392/ki.1671-7341.202106002基于AnyLogic的地铁应急客流疏散方案的设计周伟陈礼美黄叶清张丹童长安大学陕西西安710064摘要：当前城市地铁已成为行人的重要出行方式，论文以某个地铁站为研究对象，通过基于社会力模型的AnyLogic软件对其进行仿真建模，针对地铁高峰期的应急状况，对现有疏散路线进行优化，设计更加高效的方案，仿真结果表明：优化后的方案节省了乘客疏散时间，提高了客流疏散的效率，为地铁应急客流疏散方案提供了合理的改进方向和措施。
关键词:地铁疏散;AnyLogic仿真；社会力模型；优化1绪论随着时代的发展,地铁作为一种大容量的公共交通工具,在缓解城市交通拥堵问题和可持续发展等方面发挥了重要的作用。
地铁属于客流高度密集的场所，空间较为狭小且相对封闭，随着地铁线路的增多,轨道交通网络趋于复杂,地铁站内的突发事故时有发生。
本文将以西安地铁行政中心站为例探讨紧急状况下的客流疏散方案的优化。
2研究对象2.1地理位置地铁行政中心站位于西安市未央区，具有换乘功能。
该站位于张家堡广场中央，西邻市政府，东邻市委会,周边是熙地港和大融城购物中心、王府井购物中心和城市运动公园，交通便利，人员活动密集。
2.2内部空间结构由地下一层的站厅层、地下二层和三层的站台层构成,地下二层为2号线出行的站台层，类型为三跨岛式车站;地下三层为4号线出行的站台层，类型为侧式车站，车站顶部采用了类似玻璃穹顶的结构。
3仿真分析3.1采集数据3.1.1行人平均速度通过前期调研，绘制了如下不同年龄阶段行人速度的分布列表：性别年龄段初始速度（m/s）男性老年 1.00中年 1.23青年 1.34儿童 1.05女性老年 1.00中年 1.22青年 1.30儿童 1.05将行人的初始速度设定为1.00—1.36m/s。
3.1.2站厅和车厢人数采样经过五次采样，统计站台人数在350—420人之间,列车人数在1400—1600人之间，我们决定以1900人作为仿真模型的疏散总人数。
anylogic介绍--(社会力)行人疏散方面
仿真软件建模方法AnyLogic®行人和运输库使你能够从详细的“物理空间”层次对行人和车辆进行建模：每个对象的大小，对象的加速和减速能力，对象的视野范围，墙壁，障碍物，楼梯，驾驶规则，优先次序等等，都得以计入考虑。
借助于这个库，你可以对被建模的系统有更深入的理解，能够更精确地对系统进行测量和优化，能够发现系统中的瓶颈所在，并预测可能出现的危险情况，而若没有这个库则很难发现这些危险；你也可以生成最为真实的动画。
AnyLogic®行人和运输库采用了流程图的方式来创建你的模型，你可以轻松的实现你想实现的任意的逻辑，只需要点击鼠标来连接模块并且对模块填入属性。
图1 Anylogic的行人建模方式：流程图社会力算法Anylogic的行人库底层采用社会力模型算法，精确的模拟了人的心理对行动的影响。
◆通过几个连续的拐角证明了行人不会单纯的取最短路径从而造成内弯拥挤而外弯几乎没有人的状况◆在一个狭窄的通道中有一处稍宽一点的地方，在宽的地方的时候行人间的排斥力会加大，并且行人会试图去超越其他行人◆通过两个相向而行的人流来观察行人之间的吸引力在例子当中我们会看到行人会形成一股一股的小的人流，后面的人会跟随前面而行通过两个出口来验证人群的半圆型拥挤，同时验证人群的从众性物理环境的模拟行人库除了算法上的优势以外，还有强大的物理环境的模拟功能，不管是电梯，楼梯，各种设备，甚至是电动门。
等等。
如上图示例中红圈所示，anylogic的行人库可以方便实现诸如楼梯（以一个乘数因子改变行人速度），电梯（在一定区域内拥有一定的速度加成），闸机（进行一定时间的延时后允许通过），以及ATM机，自动售票机等等的设备。
最重要的是，这些所有的活动都会对行人的速度有影响，就像真实的环境一样！通过行人库提供的模块，还可以实现诸如引导路径，这个在疏散中对于逃生路径的设置是非常方便的。
（如上图大红框所示）另外下面的红框展示了“吸引”这样的一种效果，现实中可能是某种引导标志或者领导者。
Crowd Simulation人群仿真.ppt
• Simulation parameters may be defined for each character -> yield complex heterogeneous motion.
Agent-Based Methods: Drawbacks
• Not easy to develop behavioral rules that consistently produce realistic motion.
• Agent-based methods • Continuum methods
Continuum Crowds, ACM Transactions on Graphics, Volume 25 Issue 3, July 2006, [Adrien Treuille etods
• Each individual character makes independent decisions.
• Capture each character’s unique situation: visibility, proximity of other pedestrians, and local factors.
• For example the Social Force Model describes a need for individuals to find a balance between social interaction and physical interaction.
基于元胞自动机的人群疏散模型
基于元胞自动机的人群疏散模型巩青歌;沈晓飞;王文骏【摘要】通过分析已有的元胞自动机理论基础，改进了从众吸引力算法，简化了复杂空间欧氏距离算法，真实反映了人员惊慌状态下的从众心理，并且提高了危险排斥力和出口吸引力的量化效率。
本文重点研究了疏散人群密度、出口宽度、从众心理对疏散时间的影响。
研究结果表明，行人疏散时间随行人数量呈线性增加；随安全出口宽度呈负指数性减少；盲目从众导致人群疏散效率降低形成局部拥堵。
%By analyzing the basic theory of CA and improving the algorithm of occupant psychology, we simplify the complex algorithm of Euclid space distance, which reflect the occupant psychology of crowds and improve the quality efficiency of the rejection of dangers and the appealing of the exits. This paper mainly studies the effect of the density of crowds, the width of the exits, the occupant psychology of the crowds. The results show that the evacuation time grows linearly with the amount of the crowds, and decreases in negative exponent with the width of the exits. Follow the crowds blindly will cause congestion because the low efficiency of evacuation.【期刊名称】《计算机系统应用》【年(卷),期】2013(000)011【总页数】5页(P105-109)【关键词】元胞自动机;从众吸引力;疏散;欧氏距离算法【作者】巩青歌;沈晓飞;王文骏【作者单位】武警工程大学装备与信息技术研究所，西安 710086;武警工程大学装备与信息技术研究所，西安 710086;武警工程大学装备与信息技术研究所，西安 710086【正文语种】中文近年来，公共场所人群安全疏散问题日益突出并越来越受到我国有关部门研究人员的重视，对该问题的研究方法计算机数值模拟仿真已取代了大规模的演习和调查统计等传统方法，成为最重要的一种研究方法.由著名的数学家J.Von-Neumann最早于1948年提出来的元胞自动机(Cellular Automaton，CA)模型就是其中一种模拟人员疏散过程的模型，其实质是定义在一个由具有离散、有限状态的元胞组成的元胞空间上，并按照一定的局部规则，在离散的时间维上演化的动力学系统[1，2].在基于元胞自动机的人员疏散模型研究方面，文献[3]基于“地场”重点研究建筑物的出口位置和出口宽度对行人疏散的影响.文献[4]在“地场”方法的基础上引入了“位置危险度”的概念来确定行人的运动规则.文献[5]提出了一个新的元胞自动机模型，考虑了人与人之间相互作用的基础上，通过量化吸引力、排斥力和摩擦力提高了运算效率，而且模拟结果与实际行人疏散情况符合较好.文献[6]采用元胞自动机模型模拟了不同房间结构下人员疏散，重点研究了人员密度和出口条件对疏散时间的影响.文献[7，8]结合行人的实际运动特点根据房间出口的位置来重新定义位置危险度，并且考虑了行人的并排成对、前后成对、混合成对(同时存在并排成对与前后成对)三种成对方式，提高了行人运动规则的合理性.紧急状况下的人员疏散是一个非常复杂的过程，涉及到环境、心理和生理等多方面因素的影响，本文改进了从众吸引力算法更加真实地反映人员的从众心理，简化了在复杂环境中的欧氏距离算法，提高了危险排斥力和出口吸引力的量化效率.通过计算机仿真，重点研究了出口宽度、从众心理对疏散时间的影响.1 模型建立1.1 从众吸引力当生命处于危急情况时，由于惊恐，人员会失去正常的判断能力，产生从众心理，不管有什么人跑动时，都会盲目地跟从其后，跟随大多数人进行疏散.因此CA模型必须引入从众吸引力这一因素来反映人员的从众心理，才可能真实再现疏散全过程.传统的疏散模型大多通过均值法和数值统计法模拟从众现象.均值法通过计算感知区域内所有人员位置坐标的均值来获得目标位置.此方法能够较好地拟合人群在慌乱状态的心理反应，但是在复杂的场景下人员的感知区域很难确定，障碍物的遮挡、人群密度及烟雾等因素都对感知区域有很大的影响，而且此方法具有较高的计算复杂度.数值统计法通过统计相邻元胞经过元胞的人数确定运动目标元胞.其从众吸引概率计算公式为:其中，P1(i，j)表示位置为(i，j)元胞的从众吸引概率，N ij表示位置为(i，j)元胞截止到当前时刻统计的经过元胞的人数，表示截止到当前时刻统计的相邻元胞经过人数之和.此公式表明经过元胞的人数越多，从众吸引力越大.统计经过元胞的人数只能反映人群容易聚集的位置，而不能反映真正感兴趣的人流运动的方向，因此只采用元胞数值统计法来确定元胞的从众吸引力时存在以下一些问题:问题一: 当人流从窄道向宽道疏散时，或者人流由单道向多个叉道疏散时，由于人群的分流，宽道处的元胞统计值比窄道处的小，叉道处的元胞统计值比单道处的小.因此连接口的元胞会存在与人流运动方向相反的吸引力.问题二: 当目标位置被其他人员占据时，需要沿着人流运动方向绕行，此时可能反方向的元胞统计值相对更大，因此做出不合理的绕行.为了解决以上问题，本文改进了传统的元胞数值统计模型，通过分别统计元胞向不同方向上的相邻元胞运动的人数，即在元胞的各个运动方向上分别设定一个计数器，当有人员由此元胞向某方向运动时，就触发相应的计数器，比较不同方向上经过的人数，能更好地反映人流运动的趋势.具体的从众吸引概率计算方法如下:式中: P1(i，j，t)为元胞在 t方向上的从众吸引概率;C [i][j][t ]为截止当前时刻元胞向t方向运动的人数;为截止当前时刻元胞向t个方向运动的总人数.此算法意义在于: 朝某方向运动的人越多，则从众吸引越大.较式(1)更能反映人流运动方向，使从众吸引力更加真实准确.1.2 出口吸引力在疏散过程中，疏散人员会尽量选择最近路径来向出口运动，距离出口越近的元胞吸引力越大，距离出口越远的元胞吸引力越小，障碍物没有吸引力.因此可以采用元胞位置与出口的欧氏距离衡量该位置的出口吸引力.出口宽度大于一个元胞空间时，取距出口内元胞最小的距离值.当疏散空间拥有多个出口时，在多个安全出口之间取距出口最小的距离值.具体的计算方法为:式中: Lij为元胞（i，j）距离出口最近距离; 为第m个出口中第n个元胞的位置坐标; M为一个大正数，说明障碍物几乎没有吸引力.图1 元胞空间欧氏距离在现实的疏散环境中，疏散空间内常常存在影响疏散的障碍物，行人不得不避让和绕行.存在障碍物的疏散空间计算出口吸引力就比较复杂，传统模型中大多采用Dijkstra算法来计算疏散空间内的元胞位置距安全出口的最短准欧氏距离.存在一个假想流从安全出口出发，在元胞位置与安全出口之间的距离在采用欧氏距离的基础上，以恒定速度逐渐向外沿任何可能的元胞方向扩散蔓延;当假想流遇到障碍物的时候，假想流将会改变方向后继续沿任何可能的元胞方向扩散和蔓延.在假想流扩散和蔓延的过程中，元胞与安全出口之间的距离采用欧氏距离，假想流的扩散采用相邻的四个元胞位置向外扩散.假想流首先到达的元胞位置与安全出口之间的准欧氏距离将是安全出口到元胞位置之间的最短距离.此算法精确度较高，但是计算复杂度太大，影响仿真效率.因此本文提出了切割法: 将疏散空间切割为多个独立的没有障碍物的疏散子空间，设立多级子出口，并且本级子出口位于上级子空间中，在子空间中计算元胞对应子出口的欧氏距离，根据上级子出口计算本级距父出口的欧氏距离，最终得到所有元胞的欧氏距离.显然在具有较浅空间层次和较大子空间的疏散空间上，切割法具有更高的计算效率，在一定和度上弥补了Dijkstra算法的不足.图2 疏散空间障碍物分图3 疏散空间分割图2为疏散空间的障碍物分布示意图，图3是对疏散空间分割后的示意图，其中◇表示父出口，△表示一级子出口，○表示三级子出口，从而将疏散空间分割为四个无障碍物的子空间.通过式3分别计算每个子空间中元胞空间到子出口的欧氏距离，最后通过加上相应子出口距父出口的欧氏距离，得到整个疏散空间距父出口的欧氏距离如图4.根据元胞空间距出口的欧氏距离计算元胞出口吸图4 障碍物疏散空间的欧氏距离引概率的具体公式为:式中: P'（i，j，t）为元胞（i，j）在t方向上的出口吸引概率; Lmax为相邻元胞中距出口的最远欧氏距离; Lmin为相邻元胞中距出口的最近欧氏距离; 为元胞在 t 方向上相邻元胞距出口的欧氏距离.此公式的意义在于: 距离出口越近的元胞，其出口吸引力越大，反之距离出口越远，其出口吸引力越小.1.3 危险排斥力危险排斥力主要表现为人员远离危险源的愿望.为了定量描述排斥力，根据 2.2节提出的分割法以及欧氏距离计算公式，计算元胞空间距危险源的欧氏距离，从而引入排斥力概率:式中: P''（i，j，t）为元胞（i，j）在 t方向上的排斥概率;Smax为相邻元胞中距危险源的最远欧氏距离; Smin为相邻元胞中距危险源的最近欧氏距离; 为元胞在 t 方向上相邻元胞距危险源的欧氏距离.此公式的意义在于: 距离危险源越远的元胞，向此元胞运动的概率越大，反之距离危险越近，向此元胞运动的概率越小.1.4 综合效益评估人员在理智状态时，会向远离危险靠近出口的最优元胞运动，即综合出口吸引概率及危险源排斥概率得到理智状态的最优选择概率 p2，从而选择效益最高的目标元胞.人员处于慌乱状态时的从众心理则会干扰人员判断，违反最高效益的原则而趋向人流方向.根据从众心理的干扰，可以得到综合选择概率的计算方法:式中: P为综合选择概率; P1为从众吸引概率; P2为最优选择概率; α(1≥α≥0)为从众干扰因子，由人员的慌乱程度、对疏散空间的熟悉度等因素决定.此公式的意义在于: 从众干扰因子α越大，对人员正确判断的干扰越大; 相反α越小，人员做出正确判断的概率越大.1.5 规则演化本模型采用并行更新机制，疏散人员都必须遵守如下运动规则:(1) 在每一时间步长t内，疏散人员只能向上、下、左、右四个方向移动一个元胞的长度或者选择原地等待，如图5所示.图5 疏散人员运动方向(2) 疏散人员通过计算综合选择概率 P(如图 6)，选择拥有最大选择概率的位置作为自己的下一步目标位置.当在多个运动方向上拥有相同的选择概率，且为最大选择概率时，在这些元胞中以相同的概率随机选择一个元胞作为自己的下一步目标位置.图6 综合选择概率(3) 当多个人员同时竞争一个空闲位置时，彼此之间会存在位置冲突.当行人之间存在位置冲突时，系统将会以综合选择概率最大的人员占据该位置，此人员进入该位置的意愿最强烈.其余人员选择向相对综合选择概率较高的位置运动.人员所有运动向上的位置都被其他人员占或者障碍物占据时，将留在原地等待.当两个疏散人员同时选择对方当前的位置作为自己下一步的目标位置时，彼此交换位置.(4) 当疏散人员移动到安全出口内时，在下一时间步长内，行人将移出系统.疏散空间内的所有疏散人员都移出系统后，仿真过程结束.2 仿真分析应用本文建立的元胞自动机人员疏散模型，按照每个元胞对应 0.4m*0.4m空间的网格划分，对一个超市火灾疏散模型进行模拟，如图7.程序运行编译环境:Windows XP SP3，Visual Studio2008，使用 C#.NET 开发语言.图7 仿真界面仿真实验中主要从以下几种情形进行分析: 一是建筑内出口宽度对疏散时间的影响;二是从众干扰因子权重设定对疏散时间的影响.表 1为不同的出口宽度疏散一定人群密度人员的所需时间步长表(设定从众干扰因子α＝0.2).表1 出口宽度对疏散时间影响的统计表人群密度出口宽度0.1 0.2 0.5 0.81 386 784 2106 34225 104 156 403 123710 96 123 245 551表 1的实验数据表明: 当人群密度在出口疏散能力范围内时，增大出口的宽度对疏散效率的提高作用并不明显; 相反当出口疏散负担超过其疏散能力时，疏散效率将大辐降低.行人疏散时间随行人数量呈线性增加，随安全出口宽度呈负指数性减少.并且当出口相对狭窄，人数相对较多且都疏散到出口附近时，出口旁的人大部分无法运动，后面的人绕行加剧，由于堵塞在瓶颈位置会出现明显的扇形结构.因此，建议根据建筑物的人流量大小，合理设置出口大小.表2为设定不同从众干扰因子权重时所用疏散时间步长对照表(人群密度K＝0.5，出口宽度L＝5).表2 从众干扰因子对疏散时间影响的统计表从众干扰因子权重（α）最优选择概率权重（1－α）疏散时间步长0 1 4260.2 0.8 4030.5 0.5 3920.7 0.3 4180.8 0.2 514表2的实验数据表明α＝0时，根据效益最优原则运动其疏散时间较长，通过增大从众行为权重α疏散时间减小，疏散效率提高，当α＝0.8时，由于大多数人员的盲目从众，导致人群分流效率降低，形成局部拥堵，疏散时间变长.试验结果表明从众行为在疏散仿真中是必须考虑的主要因素之一，合理设置从众干扰因子权重可真实再现人员疏散的全过程.通过仿真实验可知本模型能使疏散时间有效收敛，并且在对从众因子的对比分析中，所得数据能较好地耦合实际疏散规律且没有发现畸形数据，因此本文提出的从众吸引力算法正确有效，较好克服了传统从众吸引力算法的不足.3 结束语本文提出的基于元胞自动机的人员疏散模型，改进了从众吸引力算法，简化了存在障碍物的复杂空间欧氏距离计算方法，使得模型在人员疏散路径的选择上更具合理性和真实性，并且提高了仿真效率.但本模型没有考虑人与人之间、人与障碍物之间的摩擦拥挤排斥等因素，也没有考虑环境、心理和生理等多方面因素的影响，这些问题都需要更深层次的探讨和完善.研究结果表明: 出口宽度设置应与人流量相适应; 适当从众能提高疏散效率，盲目从众则降低疏散效率.此外，在行人疏散仿真过程中，能观察到在出口前形成拱形的行人拥挤状态，以及离危险源近或者从众心理强烈的人员移动意愿更强，表现出更强的位置竞争力.参考文献【相关文献】1 Chopard B，Droz M.祝玉学，赵学龙译，物理系统的元胞自动机模拟.北京:清华大学出版社.2003.2 肖双喜.拥挤人群疏散数学模型的研究现状探讨.中国安全生产科学技术，2007-4，3(2).3 Zhao DL，Yang LZ，Li J.Exit dynamics of occupant evacuation in an emergency.Physical A，2006，363: 501-511.4 杨立中，方伟峰，黄锐.基于元胞自动机的火灾中人员逃生的模型.科学通报，2002，47(12):896-901.5 宋卫国，于彦飞，范维澄，等.一种考虑摩擦与排斥的人员疏散元胞自动机模型.中国科学 E辑工程科学&材料科学，2005，35(7):725-736.6 朱艺.不同房间结构下人员疏散的 CA 模拟研究.火灾科学，2007.7，16(3).7 周金旺，邝华，刘慕仁，孔令江.成对行为对行人疏散动力学的影响研究.物理学报，2009，58(5):3001-3007.8 Chen RH，Qiu B，Zhang CY.A study on the evacuation of people in a hall using the cellular automaton model.International Journal of Modern Physics C，2007，18(3):359- 367.。
人群疏散中的恐慌传播与干预策略研究
人群疏散中的恐慌传播与干预策略研究谢科范;宋钰;梁本部【摘要】通过NW小世界网络刻画行人社会关系,运用Netlogo软件实现多主体仿真,基于改进社会力模型和恐慌传染模型,考虑无恐慌干预与恐慌干预情境下的应急疏散,模拟恐慌情绪传播与人群疏散过程,以探究恐慌情绪传播的影响因子与最优干预策略.研究表明:群体恐慌情绪的传播速度主要取决于网络密集性、恐慌源位置和恐慌情绪系数,网络平均度越大、恐慌源越远离出口、恐慌情绪系数越大,则疏散效率越低;并提出3种恐慌干预策略,包括动作干预、范围干预与群众干预策略.【期刊名称】《管理学报》【年(卷),期】2019(016)002【总页数】7页(P273-279)【关键词】人群疏散;复杂网络;恐慌传染;干预策略;多代理仿真【作者】谢科范;宋钰;梁本部【作者单位】武汉理工大学管理学院;武汉理工大学管理学院;武汉理工大学管理学院【正文语种】中文【中图分类】C93近年来，随着科技的发展和文娱聚集活动的增加，火灾、爆炸、恐怖袭击等突发事件频繁发生，造成了严重的经济损失和人群伤亡。
例如，2014年“12·31”上海踩踏事故造成了36人死亡，49人受伤[1]；2016年7月23日发生在德国慕尼黑的枪击事件，诱发了恐慌踩踏，导致10人死亡，35人受伤[2]。
人群系统是典型的复杂系统，包括个体行为、个体心理、个体交互、群体效应等要素。
人群集聚规模的增大与突发事件的多样性，都极大地增加了人群管理和应急管理的难度，个体间社会网络的连通性也增大了突发事件恐慌情绪传播的潜在威胁[3]。
如何在复杂的人群变化中把握个体运动规律，抓住关键问题，进行人群系统的异常识别与干预，不仅是管理中的重要问题，也涉及复杂网络、复杂系统等动态变化过程，采用单一的理论方法很难进行系统地分析。
徐绪松[4]最早提出的复杂科学管理理论，提供了一种复杂系统科学与洞察现实世界的新范式，依据新的思维模式来研究管理思想、理论和方法。
基于元胞自动机模型的人员疏散仿真研究
第26卷 第10期计 算 机 仿 真2009年10月 文章编号:1006-9348(2009)10-0319-04基于元胞自动机模型的人员疏散仿真研究陶 平,张小英,马恒亮(华南理工大学电力学院,广东广州510640)摘要:公共安全是经济发展和社会稳定的基础。
近年来由于火灾、地震、恐怖活动等突发因素诱发的公共场所人员安全事故屡见报道,在公共场所的安全设计中,安全疏散性能已成为至关重要的因素。
为解决上述问题,人员疏散的计算机仿真对提高公共场所的安全疏散性能具有重要意义。
对于出口距离最近的原则建立人员疏散的二维随机元胞自动机模型,其中考虑人员绕行的影响,并利用M atl ab软件编写了疏散过程的程序,对大空间疏散人群进了仿真,得到了人员疏散基本规律及疏散时间。
研究表明:考虑人员绕行的模型更能体现真实的疏散情景。
关键词:元胞自动机;人员疏散;疏散仿真中图分类号:TU972+.4 文献标识码:ASim ul ati on of Personnel E vacuati on Based onCellul ar A uto m aton M odelTAO P i n g,Z HANG X iao-ying,MA H eng-L iang(P o w er E lectr i c Coll ege,Sout h Ch i na U n i ve rs i ty o f T echno logy,G uang z hou G uangdong510640,Ch i na) AB STRACT:Publi c sa fety i s the f oundati on o f econo m i c deve l op m ent and so cial stab ility.Se ri ous acc i dents w it h enor m ous pe rsonne l cas ua lty caused by fire,earthquake,terror is m etc.,have been repo rted frequen tly i n recent years.A s a result,eva l uation of the safety evacuation property i n design of a pub lic bu ildi ng has becom e one o f t he key procedures.P ersonne l evacuati on si m ulation is o f g rea t si gn ifi cance for i m prov i ng sa fety evacuation properties o f publi cbuildings.F or that purpose,t he pape r se ts up a random t wo-d i m ensi ona l ce ll u l a r au t om aton model based on thepr i nciple of nea rest d istance to w ards t he ex it.On that bas i s,the paper considers a de tour facto r t o i m prove th i s m ode,l and dev elops an evacua tion prog ram i n M atlab t o si m ulate t he persona l evacuati on process of a huge space,andge ts t he basi c la w and ti m e o f ev acuati on.It i s shown t ha t a m ode l consi der i ng detour factor w ill g i ve be tter results.K EY W ORDS:Cell u l ar auto m aton;Personne l evacua ti on;Evacua ti on si m u lati on1 引言近年来,公共场所的安全疏散问题日益突出并逐步受到重视。
[精品]人员疏散速度模型综述47862
![[精品]人员疏散速度模型综述47862](https://img.taocdn.com/s3/m/a1c303d109a1284ac850ad02de80d4d8d15a017a.png)
人员疏散速度模型综述陈曦中国人民武装警察部队学院，河北廊坊，０６５０００【摘要】【关键词】基于人员疏散速度的影响因素，对典型的疏散速度模型进行了比较分析，并对特殊人群的疏散速度进行阐述，得出人员疏散速度的总体规律。
为进一步研究人群疏散问题提供科学依据。
人员疏散疏散速度疏散模型一、前言人员密集的公共场所具有极大的危险性，容易造成重大的群死群伤事故。
例如：２０００年１２月２５日发生在洛阳市东都大厦的火灾事故，造成３０９人死亡；２００１年，美国“９１１”事件发生在人群聚集的高层建筑内，造成２．５万人紧急疏散，死亡２０００多人，失踪６３４７人；２００３年，韩国大丘地铁纵火案发生在人群积聚的地铁内，至少造成１３４人死亡，１３６人受伤；２００４年元宵演出期间发生在北京密云的人群拥挤事故，造成１７人死亡。
所以，研究公共场所的安全疏散具有极大的现实意义和社会安全价值，而疏散速度是影响人群疏散的一个重要因素。
目前，对疏散速度模型的研究比较典型的有：前苏联的Ｐｒｅｄｔｅｃｈｅｎｓｋｉ和Ｍｉｌｉｎｓｋｉｉ，日本的Ｔｏｇａｗａ，Ａｎｄｏ等，武汉大学与中国香港城市大学发展的空间网格疏散模型ＳＧＭ，以及武汉大学的建筑物人员疏散逃生速度的数学模型。
比较以上人群的疏散速度模型，可以对不同情况针对性的做好安全措施，改善防火设计，对人群疏散问题的研究具有指导意义。
［１］［２－６］二、影响人员疏散速度的因素１、人群密度对速度的影响２、人与人之间的距离对速度的影响人群密度反映了一个空间内人员的稠密程度，通常用单位面积上分布的人员的数目表示，即：人群密度＝全部人数／全部面积（人／ｍ）或者用人均占有面积表示（ｍ／人）。
由于建筑物各空间的功能不同，所以其人群密度也不相同，而各空间的人群密度，决定了每层楼所需安全疏散的人数、人员移动速度等。
在通常情况下，当疏散通道空间中人均占有面积Ｓ＝０．２８ｍ／人时，则该通道空间就可能出现人流迁移流动的危险事故：当人均占有面积Ｓ＝０．２５ｍ／人时，则会出现人体前后紧贴相互推挤。
基于Unity 3D的一种高校人员疏散模型
基于Unity 3D的一种高校人员疏散模型随着现代科技的不断发展，疏散模型已经成为现如今人们关注的话题之一。
特别是在一些聚集人群较多的场所，如商场、电影院、火车站等场所，一旦发生突发状况，疏散安全显得特别重要。
因此，基于Unity 3D的高校人员疏散模型显得尤为重要。
1.疏散模型的必要性在大型院校中，存在着大量的学生、教师和其他工作人员。
因此，一旦发生火灾、地震、疫情等突发状况，如何有效地疏散人群成为了高校安全的重中之重。
因此，基于Unity 3D的高校人员疏散模型能够有效地预测和分析人员疏散过程，相对于传统的实地疏散模拟，具有更高的安全性和可操作性。
2. 实现过程2.1 疏散区域建模首先，需要在Unity 3D中建模高校中的疏散区域，例如楼道、走廊、楼梯等。
建模时需保证模型的真实性和准确性，以保证实验数据的可靠性。
2.2 人员模拟人员模拟是疏散模型中最重要的一环，需要在疏散区域中添加大量的人员模型。
在人员模型建立中，需要考虑到人员的行走速度、行走路径选择、避让和闪避等情况，以尽可能真实地模拟人员的行为过程。
此外，还需要考虑到人员的年龄、性别、残疾等因素，确保疏散过程公平、人性化、科学化。
2.3 疏散流程模拟在人员模型构建完成后，需要根据疏散模型的目标与方法，设置相应的疏散流程，如开启紧急广播，启动疏散措施等。
根据紧急疏散的环境条件和现场实际情况，可通过改变路线、加速移动、闪避障碍或见缝插针等方式设计相应的应急操作，以确保疏散过程的快捷、稳定、安全。
2.4 数据分析与优化通过对疏散模型的实验数据进行收集、分析和统计，可以挖掘模型中存在的问题和瓶颈，并改进模型的设计和优化，从而提高疏散模型的准确性和实用性。
数据分析工具可以使用Unity3D内置的数据分析器或第三方插件进行实现。
3.实验结果通过实验结果可以得出，基于Unity 3D的高校人员疏散模型具有高度的逼真度和可操作性。
在不同的场景下，疏散模型的疏散效果与安全性均得到了有效保障。
基于Pathfinder高校宿舍人员疏散模拟研究
Industry Observation产业观察DCW47数字通信世界2021.050 引言高校多属于人员密集场所，发生火灾因素复杂，是消防安全重点管理单位。
我国高校规模逐年扩大，火灾事故频发，极大地威胁了广大师生的人身和财产安全[1]。
尤其是老旧院校宿舍，消防设施不健全，维保不到位，造成人员安全疏散难度较大。
安全疏散是指人员在火灾发生时通过疏散门、疏散走道等快速撤离到安全区域[2]。
目前，人员安全疏散技术的研究，主要包括人员疏散行为研究，计算机仿真技术研究，安全疏散应用研究[3]。
本文通过Pathfinder 仿真软件对河南某学院老旧宿舍楼进行疏散模拟，定量对比优化后人员疏散的有效时间，提出规划逃生路径，二楼设置室外楼梯等措施可以有效缩短疏散时间，满足安全疏散要求。
1 P athfinder 仿真工程软件简介Pathfinder 仿真工程软件是美国Thunderhead Engineering 公司研发的智能人员紧急疏散逃生评估系统[4]，可以直接在Pathfinder 3D 图形界面中，建立人员疏散模拟场景，也可以通过导入建筑CAD 图纸建立人员疏散模拟场景。
2 宿舍建筑仿真模型建立2.1 建筑物工程概况本文选取河南某学院7号楼学生宿舍为研究对象。
该7号楼宿舍共6层，建筑高度18.3 m ，每层层高3 m 。
总建筑面积约为4 498.12 m 2。
一层23个宿舍，2~6层均为24个宿舍，共有143个宿舍，每个宿舍6人，1层的宿管中心为2人。
宿舍南侧和东侧各有一个敞开疏散楼梯间，楼梯净宽度1.45 m 。
房间疏散门净宽度为1 m ，疏散走道通行无障碍物。
2.2 安全疏散模拟参数的设定7号楼宿舍疏散模拟的假设参数如下：（1）7号楼每间住6人，1楼宿管中心住2人，按照最大居住人数854人设定。
（2）假定发生火灾时，学生都是远离着火点，选择最近的路径疏散出去。
（3）模拟选择随机模式，设定的学生平均疏散速度为1.1 m/s 。
anylogic介绍--(社会力)行人疏散方面
仿真软件建模方法AnyLogic®行人和运输库使你能够从详细的“物理空间”层次对行人和车辆进行建模：每个对象的大小，对象的加速和减速能力，对象的视野范围，墙壁，障碍物，楼梯，驾驶规则，优先次序等等，都得以计入考虑。
借助于这个库，你可以对被建模的系统有更深入的理解，能够更精确地对系统进行测量和优化，能够发现系统中的瓶颈所在，并预测可能出现的危险情况，而若没有这个库则很难发现这些危险；你也可以生成最为真实的动画。
AnyLogic®行人和运输库采用了流程图的方式来创建你的模型，你可以轻松的实现你想实现的任意的逻辑，只需要点击鼠标来连接模块并且对模块填入属性。
图1 Anylogic的行人建模方式：流程图社会力算法Anylogic的行人库底层采用社会力模型算法，精确的模拟了人的心理对行动的影响。
◆通过几个连续的拐角证明了行人不会单纯的取最短路径从而造成内弯拥挤而外弯几乎没有人的状况◆在一个狭窄的通道中有一处稍宽一点的地方，在宽的地方的时候行人间的排斥力会加大，并且行人会试图去超越其他行人◆通过两个相向而行的人流来观察行人之间的吸引力在例子当中我们会看到行人会形成一股一股的小的人流，后面的人会跟随前面而行通过两个出口来验证人群的半圆型拥挤，同时验证人群的从众性物理环境的模拟行人库除了算法上的优势以外，还有强大的物理环境的模拟功能，不管是电梯，楼梯，各种设备，甚至是电动门。
等等。
如上图示例中红圈所示，anylogic的行人库可以方便实现诸如楼梯（以一个乘数因子改变行人速度），电梯（在一定区域内拥有一定的速度加成），闸机（进行一定时间的延时后允许通过），以及ATM机，自动售票机等等的设备。
最重要的是，这些所有的活动都会对行人的速度有影响，就像真实的环境一样！通过行人库提供的模块，还可以实现诸如引导路径，这个在疏散中对于逃生路径的设置是非常方便的。
（如上图大红框所示）另外下面的红框展示了“吸引”这样的一种效果，现实中可能是某种引导标志或者领导者。
基于元胞自动机人员疏散模型的分析研究
基于元胞自动机人员疏散模型的分析研究作者：孙敏王中华来源：《科技视界》 2014年第4期孙敏王中华(安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南 232001)【摘要】元胞自动机广泛应用于社会和自然科学的各个领域，是一种动态模型和通用型的建模方法。
将元胞自动机原理运用在建筑物火灾时期人员安全疏散环节中，采用二维元胞法，确定元胞空间和元胞状态，分析研究了具体情况下人员移动行为规则以及危险物扩散对人员行为的影响。
设计出了一套基于元胞自动机的人员疏散模型。
【关键词】元胞自动机；人员疏散；行为规则；模型０引言现代社会中，公共安全以已经纳入了人们议事日程，是人类可持续发展的重要支柱。
国家中长期科学和技术发展规划（2006—2020）将公共安全确定为11个科学研究的重点领域之一。
其中建筑火灾人员疏散已经成为了近年来急需解决的课题。
据悉，每年大部分的公共死伤人数都是由于建筑火灾造成的人员死伤数。
为了更多的减少建筑火灾时期人员的伤亡，就要清楚的了解各种因素的相互作用对人员疏散的影响。
为了探究建筑火灾时期的影响人员疏散效率各要素的作用机理，采用基于元胞自动机的人员疏散模型进行分析。
结果表明元胞自动机疏散模型具有一定的真实性和指导性。
１元胞自动机模型理论简介元胞自动机(cellularautomata，CA)模型是最具代表性的微观离散模型，最早由VonNeumann 和 Ulam 提出。
元胞自动机作为一个时间、空间、状态都离散的数学模型框架，通过单元间的相互作用来构造动态演化系统，具有较强模拟各种物理系统和自然现象的能力。
这是元胞自动机广泛应用于社会、经济、环境、地学、生物等领域的原因。
目前，人们已经将元胞自动机应用到在交通流和行人流模型中，再现了真实交通流中各种现象的发展规律过程。
元胞自动机最基本的组成包括元胞(Cell)，元胞空间(Lattice)，邻域(Neighbor)，规则(Rule)。
元胞自动机可以视为由一个元胞空间和定义在该空间的变换函数所组成，可以用一个四元组表示:A= ( d,S,N,f )(1)式(1)代表一个元胞自动机系统；d是一个正整数，表示元胞自动机的维数；S是元胞的有限的离散的状态集合；N表示空间邻域内元胞的组合，即包含各个不同元胞状态的空间矢量，记为：N = (S1,S2,S3,…Sn )，n是邻域内元胞的个数；si属于Z ( 整数集合)，i= (1,2,…, n)；f是变化规则，为将Sn映射到S上的一个局部转换函数。
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,
1
当网格点 , 不为出口网格点时 当网格点 , 为出口网格点时
, 是一个常量值，为距离出口最远点 , 到出口网格点
的距离， , 为网格点 , 到出口的最近值。 , 表示的是出
口 网 格 点 的 坐 标 ，由 于 出 口 所 占 的 网 格 点 可 能 会 有 多 个 ，假 设
有 个，网格点 , 到离它最近的出口网格点距离为
2 基于力的人群疏散仿真模型
, 的意义为比较所有网格点 , 到离它最近的出口网 格点的距离 , ，找到其中的最大值即是距离出口网格点最远 的网格点 , 到出口的距离。 2.3 排 斥 力 的 量 化
一 般 情 况 下 ，人 的 心 理 总 是 要 与 他 人 或 障 碍 物 尽 可 能 保
持 一 定 的 距 离 ，将 这 个 最 小 心 理 距 离 定 为 一 个 网 格 。 疏 散 人
统的反应，采用人工神经网络中的 Sigmoid 函数[9]，将 定义为
1 =
( ∈[0,∞])
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(7)
1+
V 为相对速度，图 2 为多个疏散人员同时运动，V=2*v；对
于图 3，V=v；对于图 4，V=v。其中 为硬度系数，反映的是人、
障 碍 物 、墙 对 人 的 可 能 伤 害 程 度 。
将图 2、图 3、图 4 这 3 种情况进行归纳，排斥概率为
移动方向。
图 1 模型中人员移动方向
2.2 吸 引 力 的 量 化
疏 散 人 员 会 选 择 最 近 路 径 来 向 出 口 运 动 ，距 离 出 口 越 近
的网格吸引力越大，距离出口越远的网格吸引力越小。( , )(
为网格点的横坐标，为网格点的纵坐标)对人员的吸引概率根
据下面公式来计算
｛, =
,
,
2. 广东女子职业技术学院 信息技术系，广东 广州 511450)
摘 要：在分 析现有 的考虑摩擦 与排斥的人群疏 散元胞自动机模 型的基础上，研究人群疏散问题，建立了基于力的人群疏散 仿真 模型。该模型量 化了摩擦力、排斥力和吸引 力，因而可以 描述拥挤、堵 塞产生的人与人 、人与环境之 间的社会心理 和物 理作 用。该模 型采用的是元胞 自动机，因而规 则简单，运算速度 快。仿真 实验结果反映 了出口处设置障 碍物对逃生的影 响， 对应急疏散预案和建筑物结构设计有一定的参考作用。 关键 词：人群疏散; 吸引力; 摩擦力 ; 排斥力; 人群 仿真 中图 法分类号：TN945.13 文献标识码：A 文章编号 ：1000-7024 (2010) 13-3070-04
Simulating model of crowd evacuation based on force
JIANG Gui-mei1,2, JI Qing-ge1 (1. Department of Computer Science, School of Information Science and Technology, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, China; 2. Department of Information Technology, Guangdong Women’s Polytechnic College,
0引言
近年来，国内外的研究者对人群疏散进行了深入研究，已 开发出一些具有实际意义的安全疏散模型。美国 Francis 开发 了网络模型 EVACNET+，可以预测最小理论疏散时间；爱丁堡 大 学 的 Thompson 等 人 成 功 地 开 发 了 如 Exodus、Simulex、 EGRESS、GRIPS、EXIT89 等，利用各种网络模型实现对人群疏 散行为或疏散行动过程的模拟；火灾行为模型 BFIRES-II 由 Stahl 开发研制；具有实际疏散指导意义的疏散与救援模型 BGRAF 由 Alvord 开发；英国格林威治大学开发了 Gales；澳大 利 亚国 家研 究局 (CSIRO) 开 发了 WAYOUT 模 型等 ， 其中 EVACNET+、EXIT89、EGRESS、Simulex、GRIPS 等已受到较多 关注。有些模型是针对建筑类型开发的，适应性较强，如 EXIT89 适用于高层建筑的人群疏散，BFIRES 适用于医院等 类型建筑的人群疏散。
近几年，Kirchner 等人提出一种考虑人与人之间作用力的 元 胞 自 动 机 模 型 ，在 模 型 中 考 虑 了 人 与 人 间 因 同 时 想 向 同 一 格 点 运 动 而 受 到 抑 制 ，但 未 考 虑 人 与 人 之 间 的 摩 擦 力 及 人 与 建筑之间的作 用力。基于 此，中国科学技术 大学火灾科学 国 家重点实验室的宋卫国等人提出了一种新的元胞自动机模 型[8]，该 模 型 是 在 经 典 元 胞 自 动 机 模 型 中 同 时 加 入 了 摩 擦 力 和 排 斥 力 的 规 则 和 参 数 ，并 且 也 考 虑 了 人 与 环 境 之 间 的 相 互 作 用 力 ，可 望 在 速 度 与 准 确 性 间 取 得 平 衡 ，且 可 以 模 拟 人 与 人 、 人与环境之间社会心理和物理作用。
蒋桂梅，纪庆革：基于力的人群疏散仿真模型
2010,31 (13) 3071
1 相关工作
目前进行人群疏散仿真主要用到离散型模型和连续型模 型 两 种 ，两 种 模 型 有 着 各 自 的 优 缺 点 。 经 典 的 离 散 型 模 型 规 则 简 单 ，运 算 速 度 快 ，资 源 耗 费 小 ，适 合 用 于 人 群 密 度 小 的 情 况 下 ，但 不 能 描 述 人 与 人 、人 与 环 境 之 间 的 排 斥 力 和 摩 擦 力 。
(8≥ ≥2, 1∈[0,1])
(4)
, 表示疏散人员以 1概率保持不动，以1 1概率运动，每
一个人的运动概率相等。
图 2 2 至 8 人同时运动的情形
如图 3，疏散人员以 2的概率保持不动，以1 2的概率运动。
, =1 2 ( 2 [0,1] )
(5)
2.1 移 动 方 向 模型采用 Moore 型邻域，疏散人员有如图 1 所示的可能
收稿日期：2009-07-23；修订日期：2009-10-09。 基金项目：国家自然科学基金项目 (60473109)；广东省自然科学博士启动基金项目 (04300602)。 作者简介：蒋桂梅 (1977－)，女，江西新余人，硕士，讲师，研究方向为计算机仿真及计算机应用； 纪庆革 (1966－)，男，博士，副教授，研 究方向为计算机图形学。E-mail：gmjianggdfs@
,=1 /
(8≥ ≥1, [0,1])
(8)
其中：m 为有 m 个人同时向空格 , 运动，如为图 3、图 4 的情
本文在新元胞自动机模型的基础上建立了基于力的疏散 仿真模型：疏散人员的行走方向扩展为 8 个方向，符合真实逃 生情景；考虑了摩擦力、排斥力、吸引力对逃生的影响概率；对 同 一 人 员 可 能 会 同 时 受 到 几 个 力 影 响 的 情 况 进 行 了 分 析 ；将 吸 引 力 、摩 擦 力 、排 斥 力 概 率 公 式 进 行 综 合 ，推 导 出 一 个 基 于 力 的 概 率 公 式 。 利 用 该 模 型 进 行 了 仿 真 实 验 ，对 一 些 人 群 疏 散 现 象 进 行 分 析 ，得 出 出 口 瓶 颈 处 的 疏 散 规 律 。
3070 2010,31 (13)
仿真技术
计 算 机计工算机程工与程设与计设计ComCpoumtepruEtenrgEinegeinrienegrianngdaDndesDigensign
基于力的人群疏散仿真模型
蒋桂梅 ， 1,2 纪庆革 1 (1. 中山大学 信息科学与技术学院计算机科学系，广东 广州 510275；
, = min (
2+
2)
(2)
1
, 的最大值表示为
, = max ( , )
(3)
(a) 直线行走
(b) 斜线行走
图 3 前进方向有一静止人员的情形
图 4 的情况类似于图 3 的情况
, = 1 3 ( 3 [0,1] )
(6)
(a) 直线行走
(b) 斜线行走
图 4 前进方向有墙或障碍物的情形
式(4)~式(6)的确定关键是 ，人的排斥反应是一种神经系
员 会 不 断 调 整 自 己 的 行 为 和 决 策 ，以 最 有 效 的 方 式 与 其 他 疏
散 人 员 或 障 碍 物 保 持 恰 当 的 距 离 ，避 免 与 领 域 范 围 内 的 他 人
或障碍物碰撞。具体分析为以下几种情况：
如图 2，疏散人员向网格 , 运动概率为[8]
, = 1 1/
Guangzhou 511450, China)
Abstract：Based on the cellular automata evacuation model considering friction and repulsion, the simulating model of crowd evacuation based on force is put forward for studying crowd evacuating. The model quantizes the friction, repulsion and attraction, so can better describe the interpersonal and bioenvironmental social mental and physical responses under the conditions of hustle and congestion; the simulating model is based on the cellular automata model, so it is simple in regulations and fast in computing. The influence of placing obstacles by the exit to the evacuators is reflected by the results of simulation experiments, it will be helpful to the design of emergency evacuation scheme and the building exit. Key words：crowd evacuating; attraction; friction; repulsion; crowd simulation