基于元胞自动机的学校疏散模拟研究

"疏散问题元胞自动机仿真方法.pdf" 本文主要探讨了基于元胞自动机(Cellular Automata, CA)的人员疏散仿真方法，利用MATLAB进行实现。元胞自动机是一种离散模型，适用于复杂系统的行为模拟，如人群疏散等。在本研究中，作者张雪蕾、崔星宇和王佳颖针对学校教学楼内的疏散问题进行了模拟分析。 首先，研究者定义了教室和走廊的具体规格，并将空间划分为相同大小的正方形网格，每个网格代表一个元胞，可以被学生或障碍物占据。教室和走廊的疏散过程被分别建模。在教室部分，每个元胞依据与门口的距离被赋予不同的危险度，形成位置危险度矩阵。Moore邻域的规则被采用，即每个元胞与其周围8个相邻元胞相互影响。当多个学生试图进入同一元胞时，通过随机数生成来决定前进概率，概率最高的学生能够占据该位置。这一过程模拟了实际疏散中的人群行为，确保了疏散效率。以一个90人的教室为例，大约需要26.25秒即可完成疏散。 走廊部分的建模考虑了最多三排学生并行行走的情况，采用扩展的Von-Neumann邻域规则，每个元胞受到其周围5个邻元的影响。同样，随机数方法用于解决多个学生竞争同一元胞的情况。每个时间步最多有三人能离开走廊。 最后，将教室和走廊的模型整合，得到完整的疏散模型。在设定每一时间步为0.25秒的情况下，经过333次时间步更新（即83.25秒），四间共容纳360人的教室内的所有学生都能成功疏散，与实际场景相符。 关键词涉及的人员疏散、元胞自动机、位置危险度和随机数法，是理解这一仿真模型的关键概念。人员疏散涉及人群行为、安全策略等方面；元胞自动机是模拟疏散过程的核心工具，通过定义简单的规则来描述复杂系统；位置危险度反映了环境对疏散速度的影响；而随机数法则是解决竞争冲突、模拟不确定性的重要手段。 总结来说，这篇论文提供了一种利用MATLAB实现的基于元胞自动机的疏散模型，通过对学校教学楼疏散情景的仿真，展示了模型的有效性和适用性，对于理解和优化人群疏散策略具有一定的理论和实践价值。