本文關(guān)鍵詞：室內(nèi)場(chǎng)景下人群疏散的若干關(guān)鍵技術(shù)研究　出處：《吉林大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：在群聚場(chǎng)所中,一旦產(chǎn)生火災(zāi)等突發(fā)性安全危機(jī)事件時(shí),如果不能采取合理的、有效的措施,會(huì)釀成嚴(yán)重人員和經(jīng)濟(jì)損失。即使在人群匯集的密集區(qū)域內(nèi)未發(fā)生公共安全危機(jī)事件,能夠科學(xué)的、高效地、合理地對(duì)設(shè)施內(nèi)人群的疏散預(yù)案進(jìn)行設(shè)計(jì)、評(píng)估和優(yōu)化也具有重大意義。本文深入研究室內(nèi)場(chǎng)景下人群疏散的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),包括人群疏散行人行為控制、路徑風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估機(jī)制和疏散方案優(yōu)化。具體的研究工作可以分為如下幾個(gè)部分:(1)、本文對(duì)人群疏散中疏散者的行為進(jìn)行研究分析,通過(guò)分析疏散者的心理因素、運(yùn)動(dòng)行為和符合中國(guó)國(guó)情的疏散者身材標(biāo)準(zhǔn),建立了基于Agent方法的疏散者行為控制模型。模型利用物理引擎控制疏散者之間、疏散者與場(chǎng)景之間的交互行為,并模擬緊急事故中的人群疏散過(guò)程。根據(jù)模擬仿真結(jié)果分析疏散中存在的微觀問(wèn)題來(lái)研究人群疏散的應(yīng)急救險(xiǎn)方案和疏散中存在的瓶頸問(wèn)題。(2)、人群疏散尋路方法一般都是采用迪杰斯特拉和A*算法,通過(guò)構(gòu)建疏散場(chǎng)景的拓?fù)鋱D來(lái)獲取逃生軌跡。拓?fù)鋱D可以抽象疏散場(chǎng)景的結(jié)構(gòu),并根據(jù)節(jié)點(diǎn)間關(guān)系和權(quán)值計(jì)算最短路徑。本文提出一種基于改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)關(guān)系結(jié)構(gòu)(node-relation structure——NRS)模型的全局與局部疏散尋路方法。改進(jìn)的NRS模型為層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(Hierarchical network structure——HNS),通過(guò)圖論簡(jiǎn)化、抽象化復(fù)雜建筑物的拓?fù)潢P(guān)系形成超圖結(jié)構(gòu),其優(yōu)勢(shì)是可以簡(jiǎn)化問(wèn)題并支持對(duì)3D空間對(duì)象信息的查詢與分析。(3)、本文在粒子群的基礎(chǔ)上,提出結(jié)合填充函數(shù)來(lái)解決疏散路徑優(yōu)化問(wèn)題。該算法的整個(gè)過(guò)程分為三個(gè)階段。在第一階段中,我們利用填充函數(shù)的全局優(yōu)化特性獲得逃生目的地。在第二階段,通過(guò)優(yōu)化粒子群權(quán)重系數(shù)、局部加速系數(shù)和全局加速系數(shù),提高粒子群搜索最優(yōu)解的效率,減少疏散人員逃生時(shí)間,利用具有隨機(jī)性的改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法模擬人群疏散。在第三階段,結(jié)合改進(jìn)NRS模型針對(duì)疏散過(guò)程中位置沖突問(wèn)題提出三個(gè)優(yōu)化方法,通過(guò)優(yōu)化方法提高沖突時(shí)疏散的效率。(4)、本文在疏散模擬平臺(tái)基礎(chǔ)上分析了人群疏散的瓶頸問(wèn)題,制定了疏散路徑長(zhǎng)度、疏散者速度、出口與走廊的疏散率、疏散人員位置分布和疏散擁堵程度這五個(gè)影響疏散的重要因素,并建立了基于蒙特卡洛方法的人群疏散路徑定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)學(xué)模型。該模型通過(guò)提出路徑擁堵度、十字路口擁堵度和出口擁堵度三個(gè)指標(biāo)充分考慮擁堵因素對(duì)疏散的影響。模型中的擁堵程度以時(shí)間作為衡量單位,通過(guò)結(jié)合其他因素獲取總評(píng)估疏散時(shí)間,再通過(guò)與傷害時(shí)間的比值作為風(fēng)險(xiǎn)值來(lái)管理、評(píng)估路徑選擇問(wèn)題和擁堵問(wèn)題。(5)、疏散優(yōu)化技術(shù)主要是處理最小化疏散者的疏散時(shí)間用以做到最有效率的逃生。隨著建筑物復(fù)雜度的增加,群體性事件發(fā)生率的增多,在緊急事故疏散領(lǐng)域里疏散路徑優(yōu)化問(wèn)題已經(jīng)變成一個(gè)熱點(diǎn)的研究方向。正常情況下,疏散者以最短路徑作為最佳逃生路徑,如果疏散人員和疏散出口數(shù)量增多時(shí),在出口或疏散路徑上可能會(huì)產(chǎn)生擁堵,擁堵則會(huì)延緩疏散時(shí)間影響疏散效率,此時(shí)最短路徑有可能并不是最佳的選擇。本文提出一個(gè)基于博弈論的結(jié)合蒙特卡洛風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估機(jī)制的多出口疏散模型(Multiple exits evacuation model——MEEM),該模型通過(guò)最大熵準(zhǔn)則(Maximum entropy criteria——MEC)求取博弈論的納什均衡點(diǎn)來(lái)獲取最優(yōu)疏散方案。相比較其他疏散模型,MEEM模型將每個(gè)出口視作博弈論中的一個(gè)參與者,而不是將疏散者作為參與者,其優(yōu)勢(shì)是可以優(yōu)化更多的Agent路徑選擇問(wèn)題。同時(shí),MEEM模型引入了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估機(jī)制(內(nèi)容(3)),充分考慮了多出口情況下影響疏散的因素,并對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)象進(jìn)行博弈獲取最優(yōu)的疏散方案。綜上所述,四個(gè)方面都是研究發(fā)生緊急災(zāi)害時(shí)如何疏散更有效率,通過(guò)相關(guān)技術(shù)手段去管理風(fēng)險(xiǎn)、控制風(fēng)險(xiǎn)。四個(gè)方面相輔相成,構(gòu)成一個(gè)完整的疏散仿真平臺(tái)。本文采用Visual C++與Visual Studio 2010作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言與試驗(yàn)平臺(tái),利用Ogre引擎庫(kù)渲染疏散模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明,本文所述的方法能夠有效的解決擁堵問(wèn)題和路徑選擇問(wèn)題,減少了疏散時(shí)間、提高了疏散效率、達(dá)到了優(yōu)化疏散方案的目的,可以在緊急事故中分析、評(píng)估、管理風(fēng)險(xiǎn)。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TU998.1;TP18
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本文編號(hào)：1311794