發(fā)布時間：2017-12-20 10:36

  本文關鍵詞：室內(nèi)場景下人群疏散的若干關鍵技術研究　出處：《吉林大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：在群聚場所中,一旦產(chǎn)生火災等突發(fā)性安全危機事件時,如果不能采取合理的、有效的措施,會釀成嚴重人員和經(jīng)濟損失。即使在人群匯集的密集區(qū)域內(nèi)未發(fā)生公共安全危機事件,能夠科學的、高效地、合理地對設施內(nèi)人群的疏散預案進行設計、評估和優(yōu)化也具有重大意義。本文深入研究室內(nèi)場景下人群疏散的幾項關鍵技術,包括人群疏散行人行為控制、路徑風險評估機制和疏散方案優(yōu)化。具體的研究工作可以分為如下幾個部分:(1)、本文對人群疏散中疏散者的行為進行研究分析,通過分析疏散者的心理因素、運動行為和符合中國國情的疏散者身材標準,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、疏散者與場景之間的交互行為,并模擬緊急事故中的人群疏散過程。根據(jù)模擬仿真結(jié)果分析疏散中存在的微觀問題來研究人群疏散的應急救險方案和疏散中存在的瓶頸問題。(2)、人群疏散尋路方法一般都是采用迪杰斯特拉和A*算法,通過構建疏散場景的拓撲圖來獲取逃生軌跡。拓撲圖可以抽象疏散場景的結(jié)構,并根據(jù)節(jié)點間關系和權值計算最短路徑。本文提出一種基于改進的節(jié)點關系結(jié)構(node-relation structure——NRS)模型的全局與局部疏散尋路方法。改進的NRS模型為層次網(wǎng)絡結(jié)構(Hierarchical network structure——HNS),通過圖論簡化、抽象化復雜建筑物的拓撲關系形成超圖結(jié)構,其優(yōu)勢是可以簡化問題并支持對3D空間對象信息的查詢與分析。(3)、本文在粒子群的基礎上,提出結(jié)合填充函數(shù)來解決疏散路徑優(yōu)化問題。該算法的整個過程分為三個階段。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,通過優(yōu)化粒子群權重系數(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間,利用具有隨機性的改進粒子群優(yōu)化算法模擬人群疏散。在第三階段,結(jié)合改進NRS模型針對疏散過程中位置沖突問題提出三個優(yōu)化方法,通過優(yōu)化方法提高沖突時疏散的效率。(4)、本文在疏散模擬平臺基礎上分析了人群疏散的瓶頸問題,制定了疏散路徑長度、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險評估數(shù)學模型。該模型通過提出路徑擁堵度、十字路口擁堵度和出口擁堵度三個指標充分考慮擁堵因素對疏散的影響。模型中的擁堵程度以時間作為衡量單位,通過結(jié)合其他因素獲取總評估疏散時間,再通過與傷害時間的比值作為風險值來管理、評估路徑選擇問題和擁堵問題。(5)、疏散優(yōu)化技術主要是處理最小化疏散者的疏散時間用以做到最有效率的逃生。隨著建筑物復雜度的增加,群體性事件發(fā)生率的增多,在緊急事故疏散領域里疏散路徑優(yōu)化問題已經(jīng)變成一個熱點的研究方向。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,在出口或疏散路徑上可能會產(chǎn)生擁堵,擁堵則會延緩疏散時間影響疏散效率,此時最短路徑有可能并不是最佳的選擇。本文提出一個基于博弈論的結(jié)合蒙特卡洛風險評估機制的多出口疏散模型(Multiple exits evacuation model——MEEM),該模型通過最大熵準則(Maximum entropy criteria——MEC)求取博弈論的納什均衡點來獲取最優(yōu)疏散方案。相比較其他疏散模型,MEEM模型將每個出口視作博弈論中的一個參與者,而不是將疏散者作為參與者,其優(yōu)勢是可以優(yōu)化更多的Agent路徑選擇問題。同時,MEEM模型引入了風險評估機制(內(nèi)容(3)),充分考慮了多出口情況下影響疏散的因素,并對競爭對象進行博弈獲取最優(yōu)的疏散方案。綜上所述,四個方面都是研究發(fā)生緊急災害時如何疏散更有效率,通過相關技術手段去管理風險、控制風險。四個方面相輔相成,構成一個完整的疏散仿真平臺。本文采用Visual C++與Visual Studio 2010作為開發(fā)語言與試驗平臺,利用Ogre引擎庫渲染疏散模型。通過實驗證明,本文所述的方法能夠有效的解決擁堵問題和路徑選擇問題,減少了疏散時間、提高了疏散效率、達到了優(yōu)化疏散方案的目的,可以在緊急事故中分析、評估、管理風險。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU998.1;TP18
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本文編號：1311794