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基于Swarm的地震灾后救援系统仿真

赵爱华  
【摘要】: 复杂系统与复杂适应性系统科学是一门新兴的科学,其研究方法是21世纪来科学方法论的又一场革新。目前,对于自然现象、社会、军事、经济管理、生物以及工程等领域复杂系统与复杂性系统的研究,已经出现新的建模与仿真方法--基于Swarm的建模与仿真,其已经成为建模与仿真领域的研究热点。地震灾后救援过程是一个复杂系统,面对它所具有的大规模、复杂结构、非线性等特点,研究人员发现仍使用数学方法已经很难对这些复杂性进行描述和分析,而系统建模和仿真的方法则可以解决传统方法所面临的难题。论文以复杂适应性系统理论为研究基础和背景,以地震灾后救援过程的建模与仿真为立题背景,开展基于Swarm的仿真方法学的相关问题研究,并将其应用到地震灾后救援过程的建模与仿真中,以期能够对其他方面复杂适应系统的建模与仿真研究起到借鉴作用。 分析和总结了复杂适应系统有关的理论与方法,具体介绍了复杂适应系统的基本思想并定义了地震灾后救援系统,理清复杂适应系统与地震灾后救援系统的基本概念和现状。而后从复杂适应系统特征和机制两大方向,也就是聚集、非线性、流及多样性、标识、内部模型和积木机制等七方面论述了地震灾后救援系统的复杂适应性。 Swarm是复杂系统仿真平台,同时也是复杂系统仿真思想概述和方法论。论文详细阐述了Swarm仿真平台的基本思想、特点和应用领域,在此框架下,给出了Swarm平台下地震灾后救援系统包括主体、消息、复杂系统以及基于主体的仿真的形式化描述。对比Swarm模型的主要构成模块以及之间的关系和连接,构建了地震灾后救援系统的各主体模型。 在Swarm的概念化框架的支持下,提出了一种包含救援主体和受灾主体仿真模型在内的基于Swarm的建模与分布仿真软件框架,阐述了其中各主体的关键功能组件及相关的属性和行为。基于此框架,利用面向对象的思想,采用Java语言实现了一个基于主体的地震灾后救援仿真系统。 通过两组不同的仿真系统参数以及主体参数的设定,得出了在受灾主体数量和环境参数发生变动的情况下,地震灾后救援过程的受灾主体数量随时间的变化趋势图,以及受灾主体随救援行为的进行所展现的变化情况。 综上所述,本文应用经济管理复杂适应系统理论建立了地震灾后救援的仿真模型,在SWARM平台上进行了仿真试验,采用基于Swarm平台的建模与仿真方法对地震灾后救援系统进行建模分析,研究该系统中微观行为与宏观行为之间的关系,从而达到理解和控制地震灾后救援系统行为的目的,从试验结果来看,仿真模型的实验结果与地震灾后救援的实际情况基本吻合。表明用复杂自适应方法和Swarm仿真研究地震灾后救援管理过程是有效可行的。


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