人員疏散能力模擬軟件中的新尋路技術(shù)和支持研究

關(guān)鍵詞：人員疏散能力模擬軟件，Pathfinder人員疏散能力模擬分析軟件，消防安全評(píng)估軟件，結(jié)構(gòu)安全計(jì)算分析軟件

Pathfinder中的新尋路技術(shù)和支持研究

Charles Thornton,  Richard O'Konski , Bryan Klein , Brian Hardeman, Daniel Swenson 

Thunderhead Engineering ,403 Poyntz Ave STE B, Manhattan , KS,66503 ,USA

{thornton , okonski , klein , swenson}@thunderheadeng.com

摘要，本文介紹了路徑查找器出口模擬器所使用的尋路算法和門(mén)選擇算法。我們將Pathfinder局部UI快算法的發(fā)展，以及不可預(yù)見(jiàn)的后果的初步嘗試。給出了新模型的驗(yàn)證，以及使模型漆驗(yàn)證成為可能的第三方研究的特點(diǎn)。消防安全評(píng)估設(shè)備軟件

Pathfinder是一個(gè)基于商業(yè)代理的緊急出口的模擬器。該軟件包括用戶(hù)界面、模擬器和三維可視化系統(tǒng)。本文所討論的尋路方法是模擬器的一個(gè)方面。

模擬agent或居住者，從他們的其實(shí)位置移動(dòng)到出口時(shí)，必須選擇一條在向他們選擇的出口步行時(shí)要遵循的路線(xiàn)。此路線(xiàn)選擇過(guò)程（路徑查找）顯著影響總體模擬結(jié)果，因?yàn)榕抨?duì)等待的時(shí)間控制了agent實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)所需的時(shí)間。

以前，Pathfinder使用一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程來(lái)執(zhí)行這個(gè)尋路任務(wù)。使用AStar（A*）搜索算法，Pathfinder將為每個(gè)agent計(jì)算agent退出模型時(shí)可能采用的平均較短的路徑。由于此AP-Proach不考慮門(mén)口的隊(duì)列形成，選擇路由沿線(xiàn)的瓶頸以及等效的替代路徑，因此有必要使用各種工作回合來(lái)使agent走幾個(gè)額外的步驟以避免較長(zhǎng)的排隊(duì)時(shí)間。圖1 顯示了這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)例子。

圖1 、僅平均較短的路徑agent無(wú)法利用分隔門(mén)的全寬度

圖1顯示了一個(gè)案例，其中模擬的代理程序視圖使用一個(gè)獨(dú)立的門(mén)退出一個(gè)房間。起初，agents被安置在房間的較低部分。在這種情況下，只有一個(gè)agent是用了分隔門(mén)的上部。這是因?yàn)榛谄骄^短的路徑的尋路算法只依賴(lài)于agent的初始起始位置和靠近預(yù)定出口路徑之間的距離。該計(jì)算沒(méi)有考慮到擁堵對(duì)總路程時(shí)間的影響。

在任何時(shí)候，當(dāng)agents需要通過(guò)多個(gè)出口（例如，一個(gè)走廊桐鄉(xiāng)包含一排出口門(mén)的入口區(qū)域）的瓶頸時(shí)，都會(huì)發(fā)生類(lèi)似的問(wèn)題。在這種情況下，路徑規(guī)劃算法在到達(dá)一個(gè)公共點(diǎn)后對(duì)每個(gè)agent執(zhí)行相同的計(jì)算。這導(dǎo)致agents都只會(huì)去尋找許多可用門(mén)中靠近路徑的一扇門(mén)。

2、Locally算法

本地快速算法旨在克服上一節(jié)中提到的問(wèn)題。Locally Quickest算法不是在模擬開(kāi)始時(shí)計(jì)算出口的完整路徑，而是選擇一個(gè)同鄉(xiāng)當(dāng)前房間的門(mén)。每次代理agent進(jìn)入新房間是都會(huì)重復(fù)此過(guò)程，直到agent退出此模擬。在評(píng)估當(dāng)前房間的路線(xiàn)是，agent會(huì)計(jì)算好每條路線(xiàn)（即門(mén)）的時(shí)間估算值。該估計(jì)考慮以下參數(shù)：

• 估計(jì)到達(dá)并通過(guò)當(dāng)?shù)亻T(mén)需要多長(zhǎng)時(shí)間

• 估計(jì)到達(dá)當(dāng)?shù)亻T(mén)后到達(dá)有效出口需要都長(zhǎng)時(shí)間 

選擇本地門(mén)時(shí)，agent將通過(guò)平均路徑較短的時(shí)間到門(mén)的時(shí)間與通過(guò)門(mén)上形成的隊(duì)列所需的時(shí)間進(jìn)行比較。

進(jìn)入房門(mén)意外所需的時(shí)間被假定為這兩個(gè)值中較大的一個(gè)。為了計(jì)算達(dá)到本地門(mén)外的出口的時(shí)間，Pathfinder基于A(yíng)*路徑搜索執(zhí)行距離計(jì)算。agent使用距離計(jì)算的結(jié)果及平均速度偏大的數(shù)值來(lái)估算時(shí)間。

次計(jì)算假設(shè)agent不了解其他房間中的隊(duì)列，因此結(jié)果表示agent當(dāng)前房間之外較快的時(shí)間。在估計(jì)當(dāng)?shù)芈烦虝r(shí)間和當(dāng)前房間之外的時(shí)間之后，agent選擇提供總時(shí)間較快的門(mén)。如果多個(gè)本地門(mén)似乎提供非常相似的路程時(shí)間，agent將選擇通過(guò)靠近等效門(mén)的路徑。http://www.zhihuixf.cn/

2.1、本地移動(dòng)時(shí)間

本地移動(dòng)時(shí)間對(duì)于確保智能地利用當(dāng)前房間內(nèi)的可用出口門(mén)非常重要。ALGO-RIM的一元素為agent提供了一種方法，以便在路徑比較短的Availa-ble擁塞時(shí)間決定使用較長(zhǎng)的路徑。

計(jì)算空房間中的本地移動(dòng)時(shí)間是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程，可以使用A*搜索確定到下一個(gè)門(mén)道的距離，并且可以使用agent的速度從該距離移動(dòng)時(shí)間。然而，其他agent的優(yōu)先級(jí)使得這個(gè)過(guò)程更具有挑戰(zhàn)性。agents有必要估計(jì)在排隊(duì)等候時(shí)到達(dá)門(mén)口需要多長(zhǎng)時(shí)間。早期的算法基于這樣的假設(shè)，即擁堵主要發(fā)生在門(mén)周?chē)ɡ?，在代理等待通過(guò)門(mén)的區(qū)域），并且細(xì)粒度密度計(jì)算可以指示擁堵區(qū)域。這種方法的一個(gè)例子如圖2和圖3所示。

圖2. 一個(gè)Pathfinder模擬，其中一個(gè)大組轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)拐角，然后通過(guò)一系列旋轉(zhuǎn)門(mén)退出。

圖3. 在圖2所示的模擬中用于確定密度的基于Voronoi圖的細(xì)粒度密度計(jì)算的可視化。

圖二中所示的模型是具有十二個(gè)出口門(mén)的L形房間。出口門(mén)的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于0.5米深的分裂的十字轉(zhuǎn)門(mén)。agent初期都裝在模型的左上部分，使得頂部出口接近大多數(shù)agent。圖3是當(dāng)agent開(kāi)始到達(dá)出口門(mén)時(shí)基于Voronoi圖的細(xì)粒度密度計(jì)算的可視化。使用細(xì)粒度密度信息實(shí)現(xiàn)的本地快速方法比原始較短路徑算法產(chǎn)生更好的門(mén)道利用率，但它有嚴(yán)重的缺點(diǎn)。

由于該算法在直線(xiàn)路徑上集成了密度，因此對(duì)另一扇門(mén)隊(duì)列遠(yuǎn)端的門(mén)的估計(jì)將接收組合多個(gè)門(mén)的時(shí)間估計(jì)。

此外，密度計(jì)算的計(jì)算速度不夠快，無(wú)法擴(kuò)展到體育場(chǎng)大小的模型。

2.2 Door隊(duì)列近似

由于基于密度估計(jì)方法的困難，提出了一種基于門(mén)隊(duì)列估計(jì)的局部路程時(shí)間計(jì)算方法。要估計(jì)到達(dá)門(mén)的等待時(shí)間，座席只能使用兩個(gè)值：

• 基于相對(duì)較小旅行距離和代理速度的簡(jiǎn)單估計(jì)

• 估計(jì)在該門(mén)的隊(duì)列中等待的時(shí)間

要估計(jì)在門(mén)的隊(duì)列中等待的時(shí)間，Pathfinder需要一種估計(jì)隊(duì)列大小的方法，這由于每個(gè)agent進(jìn)行門(mén)選擇的不同時(shí)間而變的復(fù)雜。在隊(duì)列排列良好之前（即當(dāng)其他agent仍在靠近其選定的門(mén)時(shí)），agent必須選擇一扇門(mén)。

所選擇的方法是村相互每個(gè)房間內(nèi)那些agent正在使用每個(gè)門(mén)的記錄。然后agent需要測(cè)量門(mén)的隊(duì)列大小時(shí)，可以通過(guò)計(jì)算等待agent并比agent離門(mén)更近的agent來(lái)決定該值。一旦確定了此計(jì)數(shù)，Pathfinder就可以使用SFPE手冊(cè)[2]中較大特定流量估計(jì)值來(lái)計(jì)算門(mén)處的等待時(shí)間。此計(jì)算中較大部分和純移動(dòng)時(shí)間隨后被用作到達(dá)的本地時(shí)間估計(jì)。對(duì)于每個(gè)agent，定期重復(fù)此計(jì)算，以說(shuō)明其他代理所做的不斷變化的門(mén)決定。

3、Backtrack預(yù)防

agent只知道當(dāng)前房間中的隊(duì)列大小。當(dāng)他們進(jìn)入一個(gè)新房間時(shí)，靠里的一個(gè)房間的信息被當(dāng)前房間的信息所取代。在沒(méi)有任何類(lèi)型的回溯防止的情況下，大型隊(duì)列可能導(dǎo)致agent在兩個(gè)房間之間來(lái)回移動(dòng)，直到隊(duì)列狀況發(fā)生改變。

為了防止這些變化，當(dāng)選擇允許在考慮退出計(jì)劃時(shí)評(píng)估的門(mén)時(shí)，本地快速算法使用以下規(guī)則：

可用的本地本必須具有到agent目的的較短路徑，而不是agent進(jìn)入當(dāng)前房間的門(mén)。

本地門(mén)可能無(wú)法返回agent之前占用的房間。

如果先前的標(biāo)準(zhǔn)消除了可用的門(mén)（例如，已經(jīng)推動(dòng)了agent進(jìn)入一個(gè)壁櫥）或者agent被人推進(jìn)了一個(gè)非預(yù)期的門(mén)，回溯預(yù)防被禁用。當(dāng)?shù)亻T(mén)都可用。

4個(gè)下游隊(duì)列某些平面圖發(fā)生的另一個(gè)問(wèn)題是未能在下游應(yīng)用排隊(duì)知識(shí)。以前，從本地門(mén)道目的地的時(shí)間一直是作為優(yōu)化值討論。但是，因?yàn)樗惴ǚ胖昧诉@么多強(qiáng)調(diào)當(dāng)前房間，當(dāng)前房間也是隨后的情況房間要求將當(dāng)前房間的信息應(yīng)用于任何時(shí)間估計(jì)當(dāng)?shù)亻T(mén)通過(guò)當(dāng)前房間后的路段。圖4顯示了一個(gè)包含較小房間和兩個(gè)門(mén)的房間。agent表示通過(guò)字母“A”必須在三個(gè)可用門(mén)之間進(jìn)行選擇。倆扇門(mén)屬于小房間包含在較大房間的左上象限。第三道門(mén)是右邊的目標(biāo)門(mén)。

當(dāng)快速算法的當(dāng)前表明，評(píng)估超出小房間門(mén)的時(shí)間是一個(gè)相對(duì)較小的，基于距離的時(shí)間計(jì)算使用。但是在這種情況下，這將導(dǎo)致agent通過(guò)消防架，相信一旦出現(xiàn)右邊的大排隊(duì)就會(huì)消散。如果您在此配置中初始化模擬，則會(huì)有許多agent從隊(duì)列后面剝離，然后排隊(duì)等待通過(guò)這個(gè)小房間在“真正的”門(mén)后面再出現(xiàn)并排隊(duì)。

Pathfinder通過(guò)存儲(chǔ)出每個(gè)路線(xiàn)的數(shù)據(jù)來(lái)解決。如果路徑通過(guò)agent的當(dāng)前房間，則agent替換基于的更準(zhǔn)確版本的路線(xiàn)段的時(shí)間估計(jì)agent對(duì)當(dāng)前房間的了解。估計(jì)是完全準(zhǔn)確的與初始門(mén)排隊(duì)時(shí)間近似相同，通過(guò)比較他的時(shí)間將段距離移動(dòng)到等待隊(duì)列和保持所花費(fèi)的時(shí)間較大值。

5、門(mén)選擇案例研究

為了測(cè)試本地快速移動(dòng)算法agent選擇門(mén)的影響，來(lái)自VTTResearch Notes2562[3]的門(mén)選擇案例研究被使用。在這研究中心，大學(xué)生在從一個(gè)集結(jié)地區(qū)搬到地方受到監(jiān)控走廊和演講廳。演講廳有兩個(gè)入口門(mén)連續(xù)沿著同一堵墻。將Pathfinder與進(jìn)行的研究人員的一般觀(guān)察結(jié)果進(jìn)行了比較測(cè)試，“......人們?cè)谟疫叄ㄏ鄬?duì)于運(yùn)動(dòng)方向）上的啟動(dòng)網(wǎng)格選擇[第二門(mén)]。網(wǎng)格左側(cè)或中心的人前排選擇了一門(mén)：門(mén)1.在后排，有一種傾向使用門(mén)2.”圖5顯示了案例研究的平面圖

圖5 中的平面圖顯示了Pathfinder的起始位置和移動(dòng)路徑該測(cè)試用例的仿真模型

模擬結(jié)果如圖6所示

在圖6 中，一號(hào)門(mén)表示為“”，第二扇門(mén)表示為“底部”向左、向右和向后的人表示為“Right（red）”、“Left（藍(lán)色）”和“背面（黑色）”。這些結(jié)果表明Pathfinder中的結(jié)果與一般觀(guān)察結(jié)果一致。有Rinne，Tillander和Grnberg提供。此案例研究的成功代表了。對(duì)于Pathfinder來(lái)說(shuō)，這是向前邁出的重要一步。在情況下都會(huì)對(duì)一扇門(mén)產(chǎn)生明顯差異。

標(biāo)簽：

智淼消防評(píng)估設(shè)備廠(chǎng)家：消防評(píng)估軟件,消防評(píng)估儀器,煙氣分析儀,煙密度儀,輻射熱通量計(jì),人員疏散模擬軟件,煙氣流動(dòng)模擬軟件,結(jié)構(gòu)安全計(jì)算軟件，消防安全評(píng)估設(shè)備軟件網(wǎng)站：http://ksqjpw.com/；消防評(píng)估設(shè)備軟件熱線(xiàn)：4006-598-119