本文關(guān)鍵詞： 集群動力學(xué) 自組織現(xiàn)象 Vicsek模型 權(quán)重模型 疏散動力學(xué) 格子氣模型 SIS模型　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：系統(tǒng)科學(xué)的研究已經(jīng)有很多年的歷史了。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,系統(tǒng)科學(xué)尤其是復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)理論的發(fā)展日趨完善。集群動力學(xué)和行人流問題是復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)中兩個(gè)重要的研究課題。集群運(yùn)動是自然界普遍存在的多個(gè)體運(yùn)動現(xiàn)象,集群動力學(xué)是研究集群運(yùn)動的一門科學(xué),是通過對自然界生物群體運(yùn)動的規(guī)律總結(jié),用數(shù)學(xué)和物理的一些方法對集群運(yùn)動進(jìn)行分析和預(yù)測的科學(xué)。集群動力學(xué)一方面可以用來解釋生物運(yùn)動中集體行為的涌現(xiàn),另一方面還可以運(yùn)用到人造多個(gè)體系統(tǒng)中。行人流問題人類社會的集群運(yùn)動問題。相比于動物,人類具有更高的智力,人類運(yùn)動的驅(qū)動性和相互作用方式更加復(fù)雜。研究行人流問題,可以幫助我們緩解在日益增長的人口壓力下城市的行人的交通問題�？只湃巳菏枭栴}是行人流中的一個(gè)重要課題。通過對疏散動力學(xué)的完善,我們希望可以對緊急情況下行人的疏散提供更好的疏散方案。本文中,我們主要研究了兩個(gè)問題,一是集群運(yùn)動中運(yùn)動同步問題；另一個(gè)是恐慌行人疏散問題。具體內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：研究集群動力學(xué)問題,我們首先回顧了集群動力學(xué)研究過程中的經(jīng)典成果。其中Boid模型,Vicsek模型和Leader-follower模型是三個(gè)重要的模型,它們從不同的角度模擬了集群運(yùn)動。集群運(yùn)動中個(gè)體運(yùn)動速度的同步是一個(gè)重要現(xiàn)象,我們分析了影響Vicsek模型同步的因素。為了完善Vicsek模型,我們建立了一個(gè)權(quán)重模型,使得模型更加的貼近實(shí)際生物運(yùn)動。在我們的新模型中,鄰居個(gè)體對中心個(gè)體的影響與他們所在位置到中心個(gè)體的連線與中心個(gè)體的運(yùn)動方向的夾角有關(guān),這個(gè)夾角越小,影響力越大。我們設(shè)定了一個(gè)含調(diào)節(jié)參數(shù)α的權(quán)重函數(shù),并發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)最優(yōu)的調(diào)節(jié)參數(shù)α。pt使得系統(tǒng)可以最快達(dá)到同步。并且這個(gè)最優(yōu)的調(diào)節(jié)參數(shù)具有很強(qiáng)的魯棒性,在不同的條件下都有αopt≌1。這個(gè)新模型使得集群運(yùn)動更快達(dá)到同步,可以更好的模擬生物的實(shí)際運(yùn)動情況,穩(wěn)定的最優(yōu)參數(shù)也使得這個(gè)模型可能在其他領(lǐng)域有更多的運(yùn)用。研究疏散問題,首先得研究行人流問題。本文中,我們對行人流的三個(gè)經(jīng)典研究方法：流體力學(xué)方法,社會力模型,格子氣模型進(jìn)行了介紹。在研究恐慌行人疏散問題時(shí),大家多使用其中社會力模型和格子氣模型這樣的微觀模型,因?yàn)槲⒂^模型不但也可以展現(xiàn)出整體的運(yùn)動趨勢而且可以更好的體現(xiàn)個(gè)人的運(yùn)動模式和行人之間的相互作用。以往的工作大多研究集體恐慌已經(jīng)形成之后的行人動力學(xué)特點(diǎn),而我們從集體恐慌的形成角度對疏散問題做了新的討論。在格子氣模型的基礎(chǔ)上,行人的運(yùn)動模式被分成了兩類。一般行人只選擇向空位移動；而另一類恐慌的行人會選擇已經(jīng)被占據(jù)的格點(diǎn),并強(qiáng)迫原來占據(jù)這個(gè)格點(diǎn)的行人與自己交換位置。我們發(fā)現(xiàn),恐慌行人的行為是造成疏散過程中效率低下的原因,同時(shí)也是形成傷亡的原因。進(jìn)一步我們認(rèn)為恐慌的情緒具有傳染性,可能導(dǎo)致正常的行人也變得恐慌。我們用SIS模型模擬了恐慌傳播的過程,我們發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)模糊的傳播閾值,當(dāng)傳播概率大于這個(gè)閾值之后,系統(tǒng)可能變成“高混亂狀態(tài)”。從這些結(jié)果中,我們認(rèn)為這種類似謠言傳播的過程就是疏散過程中集體恐慌產(chǎn)生的潛在機(jī)制。此外我們還發(fā)現(xiàn),在疏散過程中,無論行人的運(yùn)動模式是否固定,行人受到最多的區(qū)域相對固定,并不會由于行人中恐慌行人的比例或傳播概率大小的改變而改變。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：N941.4

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