细胞自动机(CA)模型来模拟提出了行人的疏散,同时气体有害物质正在蔓延。运动的对流与源项用于描述气体传播的有害物质。这是纳入CA模型。导航领域在我们的模型是由程函方程的解决方案。行人的状态转换依赖于细胞摩尔附近的到达时间。数值试验研究了有多个出口的在一个房间里,和他们的结果。
在最近几十年,对行人流量的研究已经成为一个有趣的和重要的问题来研究。大量的来自不同研究领域的科学家们注意到研究和建模在疏散行人的运动。行人模型可以帮助规划者和设计者构建安全的公共场所,了解行人动力学提供重要信息。
目前,研究行人疏散的主要方法是基于实验和仿真建模。许多行人疏散模型一直在调查人员不同层次的描述,例如在宏观模型和微观模型。宏观模型通常适用于大群的情况下,包括平均量,特别是密度,速度,和精力。宏观模型用于行人流量模型的例子可以发现在
一些气体的传播有害物质(如烟雾,气云)是最重要的因素之一,对疏散有很大的影响。相当多的研究集中在烟雾和火灾条件下行人疏散。赵和高提出延长floor-field模型来研究行人疏散的影响下烟雾扩散。避免吸烟和放牧行为在他们的模型中观察到的行人(
在这项工作中,我们有兴趣在行人的疏散一些气态有害物质的扩散。细胞自动机模型是用来模拟行人运动。这是运动结合对流方程,应用于气体有害物质密度。这个方程在许多应用程序中用于科学与工程流体运动,传热和流动的气体或污染物(
本文的主要目的是运动包括对流方程(
本文的框架是有组织的如下。节
我们考虑行人疏散问题的多个退出房间,有一个房间内的气体危害物质来源。我们假设烟密度对行人的可见性和没有影响他们的健康。所有行人都有全球知识的物理设置房间的。房间分为均匀矩形网格的单元格。大小的细胞被认为是<我nline-formula>
在文献中有各种数值方法求解运动的对流方程的问题,例如,有限差分法、有限元法、有限体积方法,sprectral法和直线法。对于我们的目的,我们采用算子分裂法,通常解决多维问题的效率。在二维空间中,它分为两个部分。的<我t一个lic>
x我t一个lic>方向和<我t一个lic>
y我t一个lic>方向分别在两次处理步骤。首先,我们生成一个网格和使用相同的大小和行人CA的细胞,也就是说,
我们假设边界上的危险气体密度为零。因此,应用狄利克雷边界条件:
给出初始条件
几种方法求解程函方程,例如,快速行进法(
主要的算法更新行人的位置在每个时间步如下:
步骤0
离散化仿真域为一个矩形网格的大小<我nline-formula>
步骤1:每个行人保持在一个当前位置<我nline-formula>
步骤2:运动求解对流方程应用算子分裂法与晶格间距的大小相同的行人细胞CA模型。域上的每个细胞的危害密度。
步骤3:计算每个单元的行人密度的域。
第四步:求解程函方程使用快速行进法与晶格间距的大小相同的行人细胞CA模型。<我nline-formula>
第五步:每个行人随机选择一个细胞在摩尔附近,更少,比他的当前单元格或等于剩余的旅行时间,时间步长<我nline-formula>
步骤6(并行更新):出现冲突时两个或两个以上的行人尝试移动到相同的细胞。与其他行人,没有冲突,搬到他们选择的细胞。行人的冲突,选择细胞随机分配到其中一个有相等的概率。选中的行人移动到相关的细胞,没有被选中的行人留在原来的<我nline-formula>
第七步:所有行人更新他们<我nline-formula>
第八步:更新域中的每一个细胞的状态。细胞状态分配给1,如果它是被一个主人。否则它是0。
第九步:设置<我nline-formula>
在步骤4中,我们设置阈值烟尘浓度<我nline-formula>
我们执行以下数值实验。房间里的行人随机分布的初始时间模拟和必须撤离房间如果有一些气态有害物质的来源(例如,烟雾或气体云)。建模领域是一个矩形<我nline-formula>
给一个印象的气态有害物质扩散,我们假设风险在源点密度相当高的初始时间和限制我们的研究只有一个来源。此外,危险气体粒子应该生成以恒定速率从源,也就是说,
速度场<我nline-formula>
首先,我们开始探索一个球的半径的影响<我t一个lic>
R我t一个lic>,用于计算行人密度方程( 阴谋球的半径<我t一个lic>
R我t一个lic>与平均疏散时间。
然后,我们检查风险的影响源的位置对疏散过程。危害源的位置被认为是两种情况:中间的房间里的场景<我nline-formula>
平均疏散时间和行人的比例通过退出1搬出去。中间的来源是房间的场景<我nline-formula>
以外行人的场景(i)和场景(ii)。行人的总数是300。(a)源附近的中产和(b)退出1。
行人的数量 疏散时间<我nline-formula>
出口1<我nline-formula>
场景<我nline-formula>
场景<我nline-formula>
场景<我nline-formula>
场景<我nline-formula>
One hundred.
45.70 2.6
300年
47.60 1.7
500年
47.14 2.32
表 十个试验场景的计算时间<我nline-formula>
行人的数量 CPU时间(10轮)
场景<我nline-formula>
场景<我nline-formula>
One hundred.
300年
500年
数据 300年的运动行人在烟雾蔓延,在源是中间的房间。速度场<我nline-formula>
行人的运动在烟雾蔓延,在源在退出1。速度场<我nline-formula>
从场景的结果<我nline-formula>
300年的运动行人在图中演示了烟雾蔓延 300年的运动行人在烟雾蔓延,运动的速度场对流<我nline-formula>
估计的剩余的等高线旅行时间(到达时间)300年的行人中的示例场景<我nline-formula>
轮廓图的动态潜力(旅行时间估计的剩余)300行人的场景<我nline-formula>
在这篇文章中,我们将传播的危险物质到细胞自动机模型的行人疏散有多个出口的在一个房间里。程函方程应用于确定到达时间的每个单元格摩尔附近,和疏散人员选择一个细胞在接下来的时间根据这个到达时间。通过这个简单的尝试,现实的行人的运动,而危害物质正在蔓延,。拱起和堵塞的影响,行人集体现象发生在出口行人人群,观察模型中(
在这个研究中,我们限制我们的研究假设,所有的行人都知道房间的物理环境,危害气体密度对行人的可见性和没有影响他们的健康。为未来的工作,其中可能包括在建模的影响。
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
作者宣称没有利益冲突。
作者非常感谢提供的工作环境Kasetsart大学数学系,泰国。作者要感谢马库斯·古思和评论家有价值的和鼓舞人心的评论。