文摘

格子气自动机是一个数学模型,用来模拟水平均匀的疏散行为的一群。然而,扩展格子气自动机模型提出了研究海洋疏散行为,这是甲板倾斜。距离的应用积累算法和转换概率主要扩展的模型,而方法处理最复杂的船撤离。此外,建议的模型预计将提高疏散的安全性和效率。距离累积格子气自动机模型考虑多个运动行为,流密度、甲板倾斜,逆流和拥堵。甲板倾斜过程中运动行为将严重影响人们正常行走,边走边弯腰或爬行。为了验证该模型,11个测试场景和几个紧急疏散场景。仿真结果解释另一个实验模型的有效性。的人数在逆流,甲板倾斜,和不同的运动直接影响疏散,这是讨论的结果。本文的研究提供了一个简短的研究船舶设计和机组人员,以防事故/事故响应行为。

1。介绍

船只有复杂的内部结构,狭窄的空间和有限的视线,这是相同的在高层建筑条件1,2]。然而,火灾发生在机舱人们疏散步行,弯腰或爬行,避免有毒烟雾(3,4]。人们疏散的过程可以在不同姿势根据个人因素成为可能。这个发生在框架的高跟鞋在一个非常大的角。例如,在8:48 4月16日,2014年,马达船(MV) Sewol紧跟急转弯,在8:52,倾侧角估计30°到左舷。疏散时,机组的大多数人现在通常抓住附近的物品而通过弯腰搬出去,散步,和爬行5- - - - - -7]。此外,提到运动被认为是常见的疏散行为的船只。

国际海事组织发展要求旅游时间,开始时间,启动时间新建和现有的船只8,9]。国际海事组织需要验证的必需品新建和现有的船只。仿真工具是用于甲板倾斜条件下撤离的人。海上疏散软件中使用了2000年代早期,如增强型植被指数和《出埃及记》。以关注整体疏散,每个代理都必须有相同的速度和变弱流密度(7]。

《出埃及记》软件也可以用于疏散仿真分析,认为距离变化量。此外,当代理从起点到达点需要疏散时间10]。最常见的疏散模拟软件对土地是探路者,由美国消防技术社会。使用这种方法有助于防火工程师模拟人建筑的疏散。因此,此类疏散软件降低了速度和增加船体倾斜的情况下。行为,如弯腰,散步,和爬行不能模拟疏散行为,但相比正常走路,人碰撞问题。

DMS-series船用机舱模拟器是一个商业设备,广泛用于海洋事故和培训(11,12]。然而,脚本是用Java编写的算法,模拟疏散的事故,操作,和驾驶的船用设备培训。而统一的引擎在整个生产过程中是非常有用的(13,14]。本文研究的主要贡献点下面给出。距离累积格子气自动机模型设计。疏散模拟如果dms - 2013是用于海洋机舱。不同的疏散行为研究各种甲板倾斜场景。IMO-based几种疏散方法被认为是在实验中。结果是制定从dms - 2013船用机舱模拟器。

最后,MV前几个场景Sewol倾覆了,相比其他疏散软件。船体倾斜增加疏散时间,建议为了拯救生命,和属性。

2。模型

2.1。更新规则积累格子气自动机模型的距离

格子气自动机是细胞自动机的具体形式,在网格点之间有一个粒子移动单独与网格线在同一时间。1973年,哈代等人提出了水电格子气自动机模型(15]。然后在1987年,雷诺利用第二种模型,使最优疏散行为的结果(16]。如今,不同的小说版本的格子气自动机模型广泛用于疏散。

距离收购格子气自动机模型是一种相似的方法但完全改变了与格子气自动机模型。然而,更新规则允许细胞在合适的流动模式。因此,3 d网格单位长度d与nine-dimensional数组 代表节点的状态,可以占领在甲板上,那里x,y,z代表节点的坐标b代表了被占领的国家坐标位置: 。没有电池, ,它指定细胞在站立状态, 表示一个人弯下腰,散步,或爬行 指定一个人弯下腰,散步,或爬行,也代表着树干。然而,是细胞的瞬时速度的坐标年代在细胞的距离。移动节点的初始值为零,和n是一个个体的数量(细胞 和 ,在相同的n代表了同一个人的头部和躯干)。这种机制位置单个单元格的肩宽d的长度,两个网格说明了一个人的前后的距离。好的,散步,或者爬行需要很容易计算。然而,h是上面的天花板的高度协调节点。此外,c疏散行为代码( 意味着走路, 意味着好的走, 意味着爬)。因此,该方法使用方便,使用不同的颜色来表示不同的疏散行为。

此外,不同于前一个格子气自动机模型,这种方法尝试使用离散时间t的距离积累作为参数模拟。这种方法没有任何固定值在一定范围内随机值使用。然而,每一个细胞都是不正确的在每一个离散时间。但在一些间隔,消灭时间设置为 到nth。此外,后余下的路程k一步是作为 。

余下的路程的价值年代所有细胞更新相应的离散时间。此外,与距离相关的值年代需要电池b= 1,2和单元网格长度d进行了比较。如果 ,那么细胞无权在任何方向移动。但让我们假设 ,的价值年代是细胞的重新分配。因此,在这种方法中,细胞正确的一步。

然而,每个单元格移动一步,离散时间的地方t被选中是因为距离积累最快的细胞在每个离散时间不高于一个网格长度d。这将确保 ;因此,离散时间的范围t应该是 。

2.2。运动规则的距离累积格子气自动机模型

同样的,一般的格子气自动机方法有个人存在于网格点的距离和自由移动,左移或右移。特别是在领域范围被认为是标准的冯诺依曼附近,遵循nonbackwards运动规律(17]。运动规则检查的主要区别好的走路和爬。图1显示了x中心位置的坐标,这是象征x₀和细胞左边满足 。−细胞不能后退x向上方向,因此,正确的路线被认为是主要的出口附近的网关。左方向了旁路在细胞接受到左的概率是由 。细胞向上移动给出的概率 ,细胞向右移动的概率被指定为在哪里 。的人 和2有八个可能的条件,讨论了图1。运动规则适用于这些情况如下:

上述运动规则是用于更新每个单元格的位置 2以随机的顺序。当细胞 移动时,坐标相同的标签n和 成为无人驾驶。头单元的坐标 被分配的价值 。树干细胞的新职位是制定正确地移动。然而,头部细胞的位置 随着时间的推移更新。距离的运动规律图积累格子气自动机模型在图表示1。

3所示。方法和算法

距离累积格子气自动机模型可以模拟多个行为模式在水平地面上。为了处理复杂海洋环境像dms - 2013,船用机舱模拟器结合了模型与疏散方向,甲板倾斜角度,拥堵,逆流算法在小屋做疏散乘客的行为。

3.1。选择疏散方向

当dms - 2013船用机舱模拟器建模开始,x设在中心轴平行于船体的指向船首和船尾。的y设在指出港口和右舷的船体xy平面平行于甲板上。的z设在垂直于xy飞机,并指出在船体之上。dms - 2013船用机舱模拟器使用迪杰斯特拉算法来计算最短的为乘客逃生路径。逃生路径确定后,每一步的乘客主要是沿着路径。类似的原则随机偏差不动向后节中描述2.2方向,而在垂直于主要被认为是绕过行为。如图2,拥堵和逆流并不认为是乘客的主要方向一个这是积极的方向吗y设在,积极的和消极的方向沿x设在绕过方向。如果绕过双方的总概率表示D,在那里 ,因此运动规则对应的距离累积格子气自动机模型如下:

3.2。甲板倾斜算法

考虑自然环境的影响在疏散,甲板倾斜的影响乘客的速度走在甲板上在楼上和楼下应该评估。图3显示所有可能的疏散场景船体倾斜。第一步是用来确定乘客疏散在平地,楼上或楼下。然而,国家决定倾侧上坡或下坡行走。乘客的节点k由坐标吗 在离散时间n。然后,确定乘客疏散在平地或者楼上或楼下如下:

当一艘船时,首当其冲的是将跟港口或右舷在大多数情况下。此外,船体高跟鞋右舷的正方向y设在分港口对面倾侧角的甲板上。而 意味着乘客向上移动, 意味着乘客横向移动, 传达了旅客向下运动。

因为摩擦力太小,正常人不能沿着斜坡角度大于35°(9,18]。因此,减少乘客的移动速度并不是拿着附近的一个对象在不同横倾角为0°-35°。而横倾角为0°,降低的程度是1,倾侧角必须大于35°,和程度的减少被认为是0。所有疏散场景船体倾斜如图3。

疏散速度变化很大,因为不同的因素,如性别和疏散行为。然而,差异直接代表速度的变化趋势,这是由横倾角的增加引起的。同时,不同性别组的横倾角很小或疏散行为18,19]。因此,介绍了速度换算系数近似倾侧角的疏散速度的影响。研究表明减少移动速度与横倾角的增加。因此,最小的角度通常是线性变化是5°(19,20.]。倾侧角范围是5°-25°,而值设置为每5的速度减少。然而,线性插值是用来确定速度变化量减少5°的倾侧角间隔内。默认值减少的速度图所示4。本研究讨论了实验数据利用从赵18]。用户手动输入或修改的减少值模拟与自己的实验数据。减少移动速度和横倾角之间的关系的甲板如图4。

3.3。旁路和拥塞算法

交通拥堵不仅在现实生活中,也发生在软件仿真(21]。然而,在基于事件的环境交通拥堵经常使用旁路的主要路径。因此,对于流密度高,使用旁路算法的疏散人民(7]。距离累积格子气自动机模型考虑方向,垂直于主要流。然而,绕过使用占据概率路径上的节点数量,直接建立关系解决问题。图2代表了乘客一个从出口和选择退出k当时t疏散。因此,需要计算路径的迪杰斯特拉算法,在入住率的节点路径吗t。但是,通过使用而不是绕过概率D,这个更新规则(d) - (h)。积累格子气自动机模型的距离保持不变。此外,更新规则(一)——(c)和下面,以确保与主方向移动的概率。

默认值指定路径上所有节点的入住率,可以手动设置的节点入住率在预定的路径n乘客的步骤。

3.4。拥挤疏散速度的影响

乘客的移动速度增加周围流密度减少(22]。当流密度是6.0人/ m²或者更多,那么移动速度变得0.1 m / s, 1/12正常速度的计算23),同时,在这项研究中,投影是用来反映流密度的影响在移动速度与乘客24]。虽然面积占用法具体投影算法从模拟环境,占用面积可获得从乘客使用所提到的算法。表1提出了默认周围节点的入住率和速度之间的关系换算系数。此外,数据处理可以从实验获得Togawa [23与二项)。减少用户手动输入或修改值模拟使用自己的实验数据。

3.5。逆流对疏散的影响方向

逆流非常普遍使用在现实中,疏散人员时尽量选择不同的出口和救援人员与不同的目标来克服逆流(25,26]。道路交通必须有行人路径建立适当的规则避免逆流和拥堵。然而,最常见的朝着一个方向在一边。因此,采用类似规定疏散仿真解决逆流。系统默认走右侧逆流。用户可以手动选择走左边。

一般来说,如果一个节点是忙于对面的旅行到其他节点,逆流行为建议(27]。在图1,节点主要方向是在(d)、(f) (g),和(h),这可能导致逆流。当个人我疏散时,节点与主要方向是被个人吗j。是单位向量以及主要方向的个人旅行吗我,是主要的单位向量方向的个人旅行吗j。因此,逆流决定如下:

两个人的逆流案例讨论的规则走在右边,这适用于旅行的主要方向。正方向的y设在必须应用运动规则图1。然而,转换规则如下:

两个人的逆流方法应该改变方向的地方,背后的乘客行为是一样的,会发现一个人避免逆流。

4所示。实验和仿真

疏散功能dms - 2013船用机舱模拟器是用于实现大约11场景在MSC /中国保监会1238年国际海事组织提出的。相关实验进行一些场景,在仿真结果必须相比其它模型。然而,一些场景2014尝试倾覆的MVSewol这也是模拟。所有仿真参数设置默认值不同的仿真软件。

4.1。国际海事组织测试

11个场景直接取自1238年MSC /保监会附件3,它在桌子上2。

测试6包括增加疏散周围的角落。然而,模拟行走疏散实验执行六个额外的场景,包括组合好的,散步,和爬行,比较实验结果来验证的可靠性反映疏散与散步,走位和爬行。以前,大约20个本科生近18岁至29岁的检测速度步行疏散,好的,爬行。此外,表3介绍了大约20个实验的数据被导入到dms - 2013船用机舱模拟器模拟三种不同的场景。因此,在每一个实验,大约20个科目是正确地安排在5×4数组。图5显示了乘客的模拟场景和分布。此外,模拟(a), 20主题走正常;在实验(b), 20个科目走位。虽然在模拟(c),大约20个主题爬行。同时,在仿真结束时,(a)必须需要需要测试6。

仿真结果如图所示6。护栏构建测试6场景用于实验。同时,利用红外计时器在出口处。然而,总疏散时间必须记录至少三个实验。表4仿真和实验结果进行比较。

测试8个场景是用于验证逆流条件。在两个房间的尺寸10×10 10×2通道相连。然而,一百人在小屋1需要移动舱2,和逆流小屋2室1直接设置为0,10、50、100人。测试结果如图7。表5伊维斯的模拟结果相比,赵,DMS。

图8代表所需的场景,需要测试10;至少23人被分配到12个小屋,乘客在机舱1 - 4和7 - 10需要逃离的主要出口。因此,在其他小屋应该有需要逃离二级出口。在图9,仿真结果正确。

4.2。MVSewol疏散仿真

反过来,乘客安全直接相关的大小MV Sewol跟引爆端口。准时8:48在4月16日,2014年,事故发生在船载有大约476人。然而,17 Nav甲板上(5),336甲板(4日),和123 B甲板上(3)。此外,8点:50,倾侧角在急剧10:30°09年船沉没在倾侧角为74°。显然,乘客需要感知倾侧角为30°,事故发生在白天。乘客必须需要董事会救助艇123船中间区附近Nav甲板左舷,甲板,甲板。然而,在模拟环境中,乘客走中间的舷梯逃跑了的区域。每个在登机前甲板左舷救生艇需要使用。在不同的情况下,乘客需要疏散,没有特定的比例需要疏散时使用。除了所有可能的场景甲板倾斜是步行,走位和爬行。 Also, mixed mode is presented as 1 : 1:1.

然而,大部分乘客MV Sewol有30岁。用于不同的速度行走,走位,爬行一定规则为男性和女性乘客。因此,1.11 - -1.85米/秒(男性)和0.93 - -1.55米/秒(女性)是用于行走。此外,好的速度值也完成0.73 - -1.53米/秒(男性)和0.77 - -1.39米/秒(女),而爬行速度设置为0.74 - -0.89米/秒(男性)和0.64 - -0.83米/秒(女)乘客。因为好的走路和爬楼梯将是非常困难的。乘客被认为只有爬楼梯步行。楼上的行走速度设置为0.5 - -0.84 m / s男性和0.47 - -0.79 m / s女性。楼下的行走速度设置为0.76 - -1.26 m / s为男性和女乘客的0.56 - -0.94 m / s。图10显示乘客疏散的分布混合行为模式。其他场景坐标相同但是不同的疏散行为。

图11甲板上显示了乘客的疏散条件的60年代后走在0°和30°的倾斜角度。更多的乘客到达出口时甲板没有横倾。图12行走的场景在60年代相比,好的走路,爬,混合疏散倾侧角为30°。结合图11 (b)结果表明,走疏散效率最高,而爬行效率最低28- - - - - -31日]。

表6MV疏散仿真结果进行了比较Sewol。疏散乘客的数量,速度范围,收集点的位置是相同的。但仿真模型是完全不同的。距离累积格子气自动机模型用于增加乘客的疏散条件恒定甲板横倾角。在仿真执行velocity的精细网络模型,需要考虑倾侧角动态变化。

4.3。分析的结果

表5提出了以软件和索尔仿真时间逆流密度,而逆流直接影响疏散乘客从小屋1舱2。尤其是对于测试结果的一致性已观察到6 1238年MSC /中国保监会。

图11和表6描述是否与甲板横倾角增加疏散。总疏散时间必须大于与甲板倾侧角为30°。这些分析结果中观察到的仿真距离积累格子气自动机模型和velocity的网络模型。甲板上倾侧角直接影响乘客的疏散速度,确定疏散效率和总疏散时间。

数据11 (b),12和表6显示行走疏散效率最高,爬行是最低效率而甲板横倾角几乎是30°。因此,好的走路和爬的速度低于步行和更大的碰撞体积,导致交通堵塞。虽然好的走路和爬有相同的碰撞体积和低速度,由于疏散效率估计最低。

4.4。讨论

仿真结果给洞察概述距离累积格子气自动机模型准确。各种常见的海洋疏散场景与不同甲板倾斜角度和行为进行了讨论。积累格子气自动机模型的距离增加疏散行为应区分之间的速度,碰撞体积,和高度的代理。此外,延长地板领域也是一个具体形式的元胞自动机模型。基于单元的仿真模型需要划分为0.4米×0.4米的地区。所有代理速度为0.8米/秒,时间步长是0.5秒,但不能区分一个代理的速度。尽管velocity的网络模型歧视代理速度改进网格,它不能增加疏散模式除了走路,走位和爬行。因此,距离累积格子气自动机模型优势增加不同的乘客疏散行为。

距离累积格子气自动机模型使用冯诺依曼,代理商主要向上移动,下,左,右。少移动方向与摩尔附近由于此举左上,右上,左下角和右下角。客舱通道垂直或平行于船的中心轴。由于这种方法,冯·诺依曼被认为是更合适的。然而,缺点可以修改改变方格网成等边三角形。此外,疏散可以使用的功能增加了dms - 2013船用机舱模拟和修复甲板横倾角。同时,恐慌的影响因素和社会排斥的力量帮助疏散行为。

5。结论

距离累积格子气自动机模型试图增加11个测试处理国际海事组织。疏散场景是基于倾覆的MV Sewol可靠性模型需要验证。然而,仿真结果给出以下意识:(1)增加逆流扩展疏散时间,必须提供在小屋迹象指示疏散方向。(2)减少疏散速度直接影响疏散效率。因此,教学时应发出船首当其冲。(3)走路的速度高于好的走路,爬,和混合行为。因此,摩擦力的地面材料应该增加。然而,护栏两侧应提供重要疏散通道增加行走的可能性减少疏散时间。

模拟海洋疏散行为是一个复杂的过程。的场景被认为在这项研究中相对复杂。在未来的工作中,动态变化在疏散环境和心理因素对疏散需要考虑的影响。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究得到了国家自然科学基金(批准号51479017)和基础研究基金为中央大学、中国(批准号3132016316)。