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基于元胞自动机模型的学生群体疏散研究

作　者: 孙凯
导　师: 李兴莉
学　校: 太原科技大学
专　业: 固体力学
关键词: 学生群体 紧急疏散 元胞自动机 疏散时间
分类号: G474
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


近年来，随着国家对教育的投入不断增加，越来越多的孩子可以接受教育，但是他们在校的安全问题也逐渐显现出来。尤其是由地震、火灾、暴力等突发事件引起的校园踩踏事故不断发生，造成了大量人员伤亡。如何在突发事件中令学生及时合理疏散，减小群死群伤事故发生，成为相关科研机构和行政部门的一个重要研究课题。本文在现有行人流元胞自动机模型的基础上，考虑学生群体的实际行为特征、心理因素及校园建筑物的结构特点，合理设置学生的运动规则，建立了改进的学生疏散元胞自动机模型。数值模拟研究了学生群体在不同建筑物内的疏散过程，探讨了各种因素对学生疏散效率的影响。此外，还在定性上为校园设施的规划、行人流的管理和控制提出了相关建议。全文的主要工作如下：（1）考虑学生紧急疏散时的特殊心理行为特征，如：超越他人、智能选择、恐慌行为、前排先走、个体差异等，建立了教室场景内的学生疏散元胞自动机模型，分析了教室出口位置、课桌分布、运动能力强的学生比例和位置的不同等因素对疏散时间的影响。数值结果表明：两出口只有距离某一平衡点时才最有利于疏散，相距太远或太近都不利于疏散；一般情况下,教室内桌椅与出口墙之间留有一定距离，且桌椅分布稀疏时，疏散时间较短；运动能力强的学生占总学生的比例约25%且处于距离出口较远的位置，疏散效率最高。（2）将上述单个教室的疏散模型扩展至整栋教学楼的学生疏散，数值模拟研究了太原科技大学16号教学楼的疏散过程，探讨了各楼层密度、楼梯宽度、楼梯结构的不同等因素对学生疏散时间的影响。此外，针对该楼在课间出现的严重拥堵现象，探讨了行人对流对疏散的影响，并得出了相对最优疏散方案。数值结果表明：学生平均分配于各楼层或者学生较多分布在低层时，疏散时间较短；楼梯宽度达到一定值时，疏散效果较好，此时再增加宽度疏散时间无较大变化；楼梯结构的不同对16号教学楼整体疏散时间影响不大，但是疏散前期单楼梯疏散速度快于双楼梯，疏散后期，单楼梯疏散速度慢于双楼梯；课间出现学生对流现象时，上楼学生应等至下楼学生基本到达教学楼底层时再上楼或者尽量避开拥挤时段，才能获取较高的疏散效率。（3）以太原科技大学学生第1食堂为场景，研究在停电等紧急事件下学生视线受限时的疏散过程。通过合理设置学生群体在可见区和盲区的运动规则，建立了学生视野受限时的元胞自动机模型，分析了侧门位置、人员密度和疏散指示标志对疏散的影响。数值结果表明：侧门距离正门较远时有利于人员疏散；食堂内学生人数越少，疏散时间越短，随着学生总数的降低，疏散时间的改变量逐渐减少；当学生视野受限时，疏散标志可大大降低疏散时间，提高疏散速度。最后，对全文的工作进行了总结和概括，并指出一些有待研究的问题。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章 绪论  12-22
  1.1 研究背景及意义  12-14
  1.2 行人流研究概述  14-20
    1.2.1 社会力模型  15-17
    1.2.2 格子气模型  17-18
    1.2.3 元胞自动机模型  18-20
  1.3 本文的主要工作  20-22
第2章 教室内学生群体疏散动力学研究  22-34
  2.1 引言  22
  2.2 模型  22-24
  2.3 模拟结果与讨论  24-32
    2.3.1 出口位置及楼梯口的影响  24-27
    2.3.2 教室内桌椅布局的影响  27-28
    2.3.3 运动能力强的学生比例和位置影响  28-32
  2.4 本章小结  32-34
第3章 教学楼内学生群体疏散研究  34-46
  3.1 引言  34
  3.2 模型  34-36
  3.3 模拟结果与讨论  36-44
    3.3.1 教学楼各层人员密度对疏散的影响  37-39
    3.3.2 楼梯宽度对疏散的影响  39-41
    3.3.3 楼梯结构对疏散的影响  41-42
    3.3.4 行人对流对疏散的影响  42-44
  3.4 本章小结  44-46
第4章 学生食堂内人员疏散动力学研究  46-58
  4.1 引言  46
  4.2 模型  46-50
  4.3 模拟结果与讨论  50-55
    4.3.1 视野不受限时侧门出口位置的影响  50-52
    4.3.2 视野不受限时食堂人员密度的影响  52-54
    4.3.3 视野受限时疏散标志的影响  54-55
  4.4 本章小结  55-58
第5章 结论与展望  58-60
  5.1 工作总结  58-59
  5.2 研究展望  59-60
参考文献  60-64
致谢  64-66
攻读学位期间发表的学术论文目录  66-67

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中图分类: > 文化、科学、教育、体育 > 教育 > 学校管理 > 总务工作
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