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基于元胞自动机的井下人员逃逸仿真方法研究

作　者: 于丹丹
导　师: 黄光球
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 采矿工程
关键词: 地下矿人员逃逸元胞自动机火灾模糊元胞自动机
分类号: TD79
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 16次
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内容摘要

元胞自动机是一种有自组织行为的时间、空间和状态都离散的数学模型。作为实现复杂系统的离散模型,元胞自动机可以用来模拟和解决许多实际问题。地下矿人员逃逸本身就是一个复杂的动力系统,所以我们用元胞自动机来研究它。本文从系统工程的视角,把握现代行人运动的研究动向,以理论研究为经,以实证分析为纬,针对地下矿的实地环境和人员逃逸的关键问题:逃逸路线的选择和人员在巷道的逃逸运动,研究井下人员逃逸。本文的主要工作包括以下三个方面:首先用元胞自动机来构建在巷道中人员逃逸模型,用元胞来描述矿井空间。该模型更加注重对人员本身的研究,把人不再看称都是单一的粒子,考虑了人员个体差异性和从众心理。在该模型中,人员速度不再是一个定值,而是一个和周围密度相关的变量,除此之外,还将人员自组织现象很好的呈现出来。在解决冲突问题又运用了竞争规则,按照元胞状态值的不同来计算其竞争能力,竞争能力值大的就进入目标格点,不再按照传统的随机分配原则来解决冲突问题,使得结果更加准确。其次又引入了火灾场景,在上一章的基础上,构建了基于元胞自动机的井下火灾场景中人员逃逸模型。该模型中,研究火灾蔓延与衰减规律,及其对逃逸人员的影响因素分析。通过仿真程序,对不同模拟参数的设置,可求出不同火灾点下人员逃逸时间。为矿井发生火灾后人员逃逸提供了参考分析,更加真实的反映了矿难发生后人员逃逸现象。最后在以上模型的基础上又引入模糊元胞自动机来构建人员逃逸模型。该模型充分的考虑了实际逃逸过程中的众多模糊不确定的信息,考虑人员的不同反应特性,把元胞自动机模型的确定规则转换为模糊规则。一般的数学模型难于精确表达的复杂行人流现象,用模糊规则则能对其进行快速处理与归纳。在逃逸人员到达巷道交叉口时,运用模糊规则进行巷道选择。改进后的模型减少了模拟参数变量,使得模拟也更为简单,在一定程度上是对元胞自动机研究人员逃逸现象理论的丰富与扩充。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章引论  10-18
  1.1 课题研究的目的和意义  10-11
  1.2 国内外研究现状及存在的不足  11-15
    1.2.1 传统流体动力学模型  12
    1.2.2 "社会力"模型  12-13
    1.2.3 偏向随机行走格子气模型  13-14
    1.2.4 元胞自动机模型  14-15
  1.3 研究内容和目标及拟解决问题的办法  15-16
    1.3.1 研究内容和目标  15-16
    1.3.2 拟解决的关键问题及解决方法  16
  1.4 拟采取的研究方法、技术路线和创新点  16-18
    1.4.1 拟采取的研究方法和技术路线  16-17
    1.4.2 创新点  17-18
第二章基于元胞自动机的井下人员逃逸模型  18-30
  2.1 元胞自动机原理简介  18-20
  2.2 地下矿井人员逃逸的元胞描述方法  20-21
  2.3 元胞的邻域空间  21
  2.4 元胞移动时间步长  21
  2.5 逃逸人员速度的确定  21-22
  2.6 元胞的状态及其演变规则  22-25
    2.6.1 元胞状态及其转移规则  22
    2.6.2 目标格点的确定  22-23
    2.6.3 人员移动规则  23
    2.6.4 演化算法  23-25
  2.7 模拟参数设定  25-26
    2.7.1 D_((tunnel_(i),j))~t参数设计  25
    2.7.2 S_((tunnel_(i),j))~t参数设计  25-26
  2.8 仿真系统设计分析  26-28
  2.9 本章小结  28-30
第三章基于元胞自动机的井下火灾场景中人员逃逸模型  30-42
  3.1 矿井火灾场景下人员反映  31-32
    3.1.1 火灾对逃逸人员的心理影响  31-32
    3.1.2 火灾中人员逃逸行为  32
  3.2 元胞的状态及其演变规则  32-35
    3.2.1 元胞状态及其转移规则  32
    3.2.2 人员移动规则  32-33
    3.2.3 目标格点的确定  33
    3.2.4 演化算法  33-35
  3.3 火灾模拟参数设计  35-36
    3.3.1 火灾影响力参数的设计  35-36
    3.3.2 "烟雾承受力"参数的设计  36
  3.4 仿真系统设计分析  36-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章基于模糊元胞自动机的井下人员逃逸模型  42-52
  4.1 模糊元胞自动机工作原理  42-43
  4.2 模糊信息对人员逃逸的影响  43
  4.3 模糊输入变量与模糊输出变量  43-46
    4.3.1 模糊系统的输入变量  43-45
    4.3.2 模糊系统的输出变量  45-46
    4.3.3 输出变量的反模糊化  46
  4.4 模糊推理规则  46-48
  4.5 目标巷道选择规则及人员移动规则  48-49
  4.6 仿真系统设计与分析  49-51
  4.7 本章小结  51-52
第五章结论  52-54
  5.1 本文研究的主要工作  52
  5.2 有待进一步研究的工作  52-54
致谢  54-55
参考文献  55-59
作者读研期间发表论文  59

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