元胞自动机

第27卷　第3期

广西师范大学学报:自然科学版V27　No.3　　　　　　　　　　2009年9月Sept.2009JournalofGuangxiNormalUniversity:NaturalScienceEdition

多房间中人员在走廊疏散的元胞自动机模拟研究

薛　鹏,周金旺,白克钊,孔令江,刘慕仁

(广西师范大学物理科学与技术学院,广西桂林541004)

摘　要:引入格点吸引度的概念建立了人员疏散元胞自动机模型,对走廊内的人员疏散过程进行了模拟研究。

研究表明各房间内的行人疏散时间有明显的差异,越靠近走廊出口方向的房间平均疏散时间越短。房间出口

宽度对整个疏散的影响较小,而房间出口位置、走廊宽度对疏散的影响较大,且疏散时间Tc与走廊宽度W之

间的关系满足Tc∝W-0.872。

关键词:元胞自动机;格点吸引度;人员疏散;计算机模拟

中图分类号:O415.3　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-6600(2009)03-0001-04

随着人口的增长,公共场所成为了人群聚集的高密集区。一旦紧急事件发生,由于人群的拥挤踩踏极有可能造成人员的伤亡,因此人们越来越重视对人员安全问题的研究。邱冰等人用随机行走格子气模型研究了楼道内行人流的疏散过程,讨论了楼道宽度与偏向强度对疏散时间的影响。周金旺等人[3]根据场地结构特点定义位置危险度,建立了房间内人员疏散的元胞自动机模型,模拟研究了紧急情况下的人员逃生过程。本文采用元胞自动机模型对多房间内人员通过走廊疏散的计算机模拟和数值分析,研究各房间人员疏散情况的差异、房间出口宽度、位置及走廊宽度对整个疏散过程的影响。[1～7][2]

1　走廊疏散元胞自动机模型

本文模型建立在二维元胞自动机上,将建筑物平面划分成大小相等的0.4m×0.4m正方形网格[4],每个格点相当于一个元胞,格点被行人(墙壁)占据或为空。采用扩展的Von-Neumann邻居,假设走廊出口在正东方向,行人可以向5个方向运动,如图1所示。

一般情况下,行人的平均速度为1.0～1.5m/s[5],取行人移动一格的时步

为 t=0.4s,当行人往1、4、5三个方向运动时对应的速度v=1.0m/s,往2、3

两个方向运动时,对应的速度为v=2m/s,即本文中行人具有两种不同的运

动速度。行人根据5个方向的格点吸引度来确定运动。在每一时步,行人邻域内

各格点的吸引度大小取决于该格点与行人所在格点的位置。

本文所研究的建筑物结构如图2所示,走廊长为L,宽为W,走廊仅有一个

出口位于东侧,走廊右侧有5个大小相同的房间,其长度为l,各房间的出口位图1　行人运动方向示意图于中间,出口宽度为d,房间出口与该房间西面墙的距离为f(以下简记为出口Fig.1　Schematicillustra-距离)。行人运动规则如下:

在每一时步,各房间内的人员如在出口处不受阻碍就从房间进入走廊。tionofpedestrian′smovements

对走廊中的人员进行随机编号,行人按照编号的大小确定运动的先后顺序。

确定行人邻域内各格点的吸引度:将行人邻域内5个方向为空的格点标记为该行人的可选格点,走廊出口方向为行人的运动目标方向,格点吸引度的大小取决于行人往可选格点运动时的速度方向与运动目标方向的偏角 , 越小,格点吸引度越大, 越大,格点吸引度越小。

收稿日期:2009-06-10

基金项目:国家自然科学基金资助项目(10562001,10762005):,.