基于主体建模方法的多分辨率城市人口紧急疏散仿真研究

【摘要】： 在控制人群聚集风险管理中,研究人员针对城市公共场所紧急状态下人群聚集风险特征采取有效的控制,以消除风险因素来减少事故,降低损失。通过避免、预防以及分散的方式达到对风险进行控制和疏导的目的。由于城市中人群构成和公共场所环境十分复杂,同时它们之间的千丝万缕的联系更为复杂,研究人员必须研究城市公共场所紧急状态下人群的之间相互作用的机理、发展和演化规律,从人群的构成结构、心理因素、管理因素以及城市公共场所的空间结构等因素考虑,提出避免、预防以及分散的人员疏散方案,使人群承担的风险减少,降低其潜在灾难性。 本论文研究内容基于分布式思想,采用自底向上的方法,利用多分辨率智能模型来模拟整个复杂疏散过程,解决了当前各类疏散模型模型求解问题单一的现状。通过在高分辨率微观层面中真实模拟人员智能体实体行为,再将实间相互作用的集合来反映整个复杂过程的中观和宏观规律,实现由简单元素互相作用而复杂现象形成的过程,将将人工智能、计算机仿真技术与地理信息系统有效结合,建立城市大规模人员疏散应急仿真模拟。本文研究的工作为： (1)从理论技术的角度来说,目前研究疏散仿真模型的内容呈现出各自单一发展,或模型构造简单,仿真粒度要求相对低,建模考虑较为片面；或不考虑计算代价,进行微观行为建模上的算法优化,以求更为逼真的模型仿真出现；或从管理层面上考虑的角度出发,评估粗样参数,为制定、优化、评估疏散策略做技术研究。这些单一的发展忽略了许多复杂关系的关联性,已不能满足于现有的应用要求。本文通过建立多分辨率城市人口疏散模型仿真体系,采用高分辨率、中分辨率与低分辨率三个层次一体化的方式进行微观行为研究、中观群体行为分析以及宏观决策问题研究。一体化的方式保证了整个研究呈整体一致性,不再忽略各层次间的关联。 (2)应用智能体技术于复杂系统的建模。早期采用基于机理分析的数学推导方法并未对系统内部各层次的运动规律以及各层次之间的相互关系进行深刻全面的了解。主体建模方法(Agent-based Modeling, ABM)作为研究社会科学提的一种新的智能方法,通过主体智能自治行为及主体间复杂交互作用的建模,自底向上的呈现事态的发生、发展、演变的状态变化过程,符合了从不同层次、不同角度全面地认识城市应急疏散过程的需求。 (3)本文研究的人员个体行为模型区别于现有的元胞自动机、社会力模型等典型微观代表性模型,强调个体的智能性和学习能力,建立个体与个体之间、个体与环境之间的复杂联系。目前,现有模型多侧重于基于对疏散人员体情绪因子进行研究来说明人员的智能性,但针对疏散人员的经验交流和学习的智能性工作不多,本文正是开展了这方面的研究。 (4)应用仿真的实现。国内外现有的人群疏散仿真软件,大多为建筑师设计的建筑物设计与性能分析功能仿真模拟软件。本文开展的内容研究将疏散环境从室内过渡到室外,区别于建筑物内部局部环境,室外的时空环境更为复杂。本文的研究内容将ABM与GIS技术结合,拟反映高分辨率、中分辨率以及低分辨率呈现出来的人群大规模城市疏散模拟。 鉴于国内外疏散研究已取得了一些成果,仍缺乏完整的理论体系和成熟的产品问世,本文开展多分辨率城市疏散研究提供了一个新的研究思路,具有理论和应用的双重意义。