WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

По предложенной методике было проведено моделирование эвакуации 100 человек в уличной одежде (площадь горизонтальной проекции человека выбиралась случайным образом из диапазона 0,112-0,125 м/м), находящихся в потоке с плотностью 0,4 в начале сорокаметрового коридора шириной 2 м, разделенного посередине стеной с проемом шириной 1 м. Эмоциональное состояние людей в потоке - комфортное, которому соответствуют следующие диапазоны скоростей свободного движения : 49-66 м/мин (для горизонтальных путей, лестниц вниз) и 27-38 м/мин (для лестниц вверх). Изменение разметки сети осуществлялось через промежутки времени = 0,5 с. На основе моделирования было определено время эвакуации и время существования скопления перед стеной с проемом. Сравнительные результаты моделирования приведены в табл. 1.

Таблица 1

Сравнительная таблица результатов расчета времени эвакуации

и времени существования скопления в коридоре длиной 100 м

Метод расчета

Расчетное время

эвакуации, мин

Время существования скопления, мин

По формулам ГОСТ 12.1.004-91

2,18

1,84

Графоаналитический метод А.И. Милинского

2,31

2,00

Модель ADLP

1,90

1,25

Моделирование при помощи сетей Петри

1,82

1,07

Основной целью оптимизации эвакуации является определение такого порядка и путей эвакуации людей, при которых общее время эвакуации будет минимальным. Целевая функция оптимизации зависит от множества параметров и имеет следующий вид

, (7)

где расчетное время эвакуации людей через й выход. Основным критерием оптимизации является минимизация общего времени эвакуации, т.е при оптимизации необходимо стремиться к минимизации функции.

При вычислении функции (7) расчетное время эвакуации через й выход определяется как сумма времен движения людского потока по отдельным участкам пути по формуле

, (8)

где время движения людского потока на начальном участке;время движения людского потока на каждом из следующих после начального участка пути.

Рассмотрим оптимизацию эвакуации на примере здания, аналогичного по планировке зданию корпуса ФЭТиП Саратовского государственного технического университета. Здание имеет 5 этажей, 2 лестничных марша и 2 выхода. Большинство внутренних помещений здания представляет собой учебные аудитории, лаборатории и классы.

Данную задачу принципиально можно решить методом полного перебора, сформировав набор всех возможных планов эвакуации и выбрав из них наилучший. Но в этом случае можно столкнуться с тем, что пространство поиска оптимального решения окажется достаточно большим. Величину пространства поиска будут определять такие факторы, как размер и конфигурация здания. При сложной конфигурации здания и определенном расписании занятий поиск оптимального решения для каждой конфигурации может занять неоправданно большое время. В данном случае эффективной методикой оптимизации являются эволюционные алгоритмы, одной из разновидностей которых является генетический алгоритм.

Оптимизация генетическим алгоритмом для рассматриваемого здания состоит из следующих этапов:

Этап 1. Представление всех возможных планов эвакуации при текущем распределении людей по помещениям в виде битовых последовательностей. Каждый разряд битовой последовательности соответствует определенному помещению внутри здания. Значение каждого бита соответствует определенному выходу из здания. Нулевое значение соответствует первому выходу, ненулевое – второму. При формировании отбрасываются планы эвакуации, не реализуемые на практике из-за возникновения при эвакуации людей противотоков.

Этап 2. Из сформированных планов эвакуации делается выборка из 500 битовых последовательностей, называемая популяцией.

2.1. Для каждого варианта плана вычисляется функция оптимизации (7). Значение величин определяем по методике ГОСТ 12.1.00491:

2.1.1. Расчетное время эвакуации через первый и второй выходы определяется как сумма времен движения людского потока по отдельным участкам пути по формуле (8).

2.1.2. Время движения людского потока на каждом из участков вычисляется как

, (9)

где длина участка пути, соответствующего й позиции; скорость движения людского потока на участке пути, соответствующего й позиции.

2.1.3. Среди участков пути выделяются участки, с которых начинается эвакуация, т.е. первоначальные участки. На таких участках не происходит слияния и изменений параметра потока. Скорость движения на подобных участках определяется в зависимости от плотности людского потока

, (10)

где число людей на м первоначальном участке пути; средняя площадь горизонтальной проекции человека; и соответственно длина и ширина го первоначального участка пути.

2.1.4. Скорость людского потока на участках, следующих за первоначальными, определяется в зависимости от интенсивности людского потока на каждом из этих участков, рассчитываемой следующим образом

, (11)

где, ширина рассматриваемого го и предшествующего ему участка;, значения интенсивности движения людского потока по рассматриваемому му и предшествующему участкам пути.

Если, где максимально возможная интенсивность людского потока на м участке пути, на котором из-за образования скоплений будут задержки, то ко времени эвакуации через й выход прибавляется время задержки, определяемое по формуле В.М. Предтеченского

, (12)

где время задержки на м участке; количество эвакуирующихся; средняя площадь горизонтальной проекции человека; предельное значение интенсивности; интенсивность движения на предыдущем участке; ширина предыдущего и последующего участков.

2.2. Отбираются битовые последовательности для проведения скрещивания. Операция скрещивания заключается в выборе двух битовых последовательностей (именуемых родителями), разрыве двух этих последовательностей в некоторой точке и конкатенации получившихся частей с образованием двух новых последовательностей, называемых потомками. Отбор осуществляется следующим образом. Из группы битовых последовательностей случайным образом выбираются 20 особей. Среди них определяется та, для которой функция (7) имеет наименьшее значение. Эта битовая последовательность будет одним из родителей. Второй родитель определяется аналогично первому.

2.3. Определяются точки разрыва битовых последовательностей. Битовую последовательность можно условно разбить на последовательно расположенных групп. Каждая группа соответствует плану эвакуации на одном из этажей. Во избежание образования в результате скрещивания битовой последовательности, соответствующего плану эвакуации с противотоками, точка разрыва должна разбивать последовательность таким образом, чтобы группы, соответствующие планам эвакуации одного этажа, передавались потомкам целиком. Соответственно для каждой битовой последовательности возможны всего точки разрыва. Для каждой пары родителей точка разрыва определяется из возможных случайным образом.

Производится скрещивание. Получившиеся потомки помещаются в новую группу битовых последовательностей. Шаг 2.3 выполняется 250 раз. Для получившейся группы вновь выполняются шаги с 2.1 по 2.3.

Условием останова генетического алгоритма является прекращение изменения значения функции (7) на новой итерации алгоритма.

Третья глава диссертации посвящена разработке методики моделирования эвакуации из здания учебного заведения с учетом специфики протекающих в нем процессов. В рассматриваемой задаче возможно возникновение ситуации, когда трудно точно определить расположение и количество людей в здании. Такие ситуации могут возникнуть в двух случаях:

1. Во время перемены, когда учащиеся могут как находиться в одной из учебных аудиторий, так и перемещаться между аудиториями, либо находиться вне здания.

2. Здание учебного корпуса является также общежитием, где проживают учащиеся. В этом случае трудно судить о количестве и расположении людей, которые не находятся на занятиях.

Для моделирования подобных ситуаций можно ввести нечеткую меру отсутствия или наличия людей в некотором помещении или на некотором участке пути. В данном случае сеть Петри преобразовывается в одну из разновидностей нечетких сетей Петри (НСП), такую как сеть Петри с нечеткой начальной разметкой, где – структура НСП, в которой: – конечное множество позиций; – конечное множество переходов; – входная функция переходов; – выходная функция переходов; – матрица начальной маркировки. Каждый элемент этой матрицы равен значению функции принадлежности наличия 1 числа маркеров в позиции НСП на момент начала ее запуска. По определению функции принадлежности элементы матрицы начальной маркировки должны удовлетворять следующему условию:

. (13)

– множество натуральных чисел и ноль. Множество определяется как, т.е. как некоторое конечное подмножество, состоящее из первых натуральных чисел. При этом общее количество столбцов матрицы начальной маркировки определяется максимальным количеством вводимых в рассмотрение маркеров в позициях НСП, которое в общем случае принимается равным.

Количество людей на каждом участке определяется следующим образом

. (14)

Таким образом, количество людей на м участке пути соответствует индексу минимальной степени принадлежности нечеткого наличия маркеров в й позиции сети Петри.

Плотность потока на участке пути, которому будет соответствовать я позиция, определяется по формуле (10). Скорость движения человека, которому соответствует й маркер, определяется как скорость движения людского потока с учетом уровня психологической напряженности ситуации по формуле (5). Время задержки маркера в сети определяется по формуле (9).

Новая разметка сети определяется по формулам:

для каждой из входных позиций, для которых

; (15)

для каждой из выходных позиций, такой что

(16)

, (17)

где – степень принадлежности или мера возможности нечеткого срабатывания (запуска) перехода, рассчитываемая по формуле

. (18)

Четвертая глава посвящена созданию системы моделирования и оптимизации движения людских потоков внутри здания учебного заведения, позволяющей находить близкие к оптимальным планы эвакуации для конкретного состояния системы, а также оценивать учебное расписание с точки зрения обеспечения беспрепятственности движения людей.

Она включает в себя следующие составляющие:

модуль формирования структуры сети Петри;

база данных;

модуль моделирования и оптимизации распределения людских потоков внутри здания учебного заведения.

Основное назначение модуля формирования структуры сети Петри ввод данных о внутренней структуре здания, размере и взаимном положении внутренних конструктивных элементов здания, возможном направлении движения людских потоков на каждом отдельном участке пути. Модуль разработан в программной среде Borland Delphi 6.0.

База данных хранит информацию о расписании занятий в здании учебного заведения и включает в себя данные о количестве групп учащихся, их численности, размещении по учебным аудиториям в различные моменты времени. База данных разработана при помощи приложения MS Access 2003.

Модуль моделирования и оптимизации распределения людских потоков внутри здания учебного заведения реализует на основе данных, полученных от модуля, формирующего структуру сети, и базы данных алгоритмы моделирования и оптимизации распределения людских потоков. В зависимости от расположения людей по помещениям здания моделирование осуществляется как четкое (для случая эвакуации людей, во время занятий) или как нечеткое (для случая, когда эвакуация происходит во время перемены или нельзя явно задать распределение людей по помещениям). Модуль представляет собой программное приложение, разработанное в среде Visual Studio 2005 при помощи языка C#.

При помощи разработанной системы было промоделировано множество вариантов эвакуации из пятиэтажного здания учебного заведения, прототипом которого послужило здание корпуса СГТУ, а также из здания лицея-интерната СГТУ. График зависимости полного времени эвакуации от плотности людского потока на начальных участках пути приведен на рис.2. Результаты моделирования эвакуации 1980 человек из первого здания через два выхода приведены в табл. 2.

Рис. 2 График зависимости полного времени эвакуации от плотности людского потока на начальных участках пути:

I – здание, аналогичное зданию корпуса СГТУ; II – здание лицея-интерната СГТУ

Сравнение полученного при моделировании распределения плотностей людского потока с вероятностью плотности людского потока в зданиях учебных заведений, полученной экспериментальным путем, приведено на рис. 3.

Таблица 2

Время эвакуации через первый и второй выходы при моделировании без оптимизации, при оптимизации генетическим алгоритмом и методом полного перебора

Лестница

Время эвакуации, с

Без оптимизации

Оптимизация генетическим алгоритмом

Оптимизация методом полного перебора

Первый выход

739

709

707,5

Второй выход

358,5

399,5

399

Рис. 3. Вероятность плотности людского потока ( м/ м) в зданиях учебных заведений

Pages:     ||
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.