1.云南大学 建筑与规划学院；云南昆明 650091；2.云南大学 建筑与规划学院；云南昆明 650091
摘要：利用matlab建立了基于元胞自动机的地震疏散模型，模拟了地震人员疏散的过程，并分析了各种情况对地震人员疏散的影响。结果表明，元胞自动机网格分化越精细，疏散效率越高。在此基础上，考虑了疏散路径对疏散时间的影响。并且改变疏散路径对疏散时间影响显著。
关键词：元胞自动机；地震疏散；疏散仿真
1、介绍
由于地震的不确定性和强破坏性，减少人员伤亡人数是一个很关键的问题。为了减少人员伤亡，各国学者建立了很多人群疏散模型，比如元胞自动机，它是离散型模型，核心是元胞，分布在网格上。每个元胞都是同步更新的，他们的空间叫做元胞空间。通常采用圆形代表二维元胞空间。演化规则是元宝自动机的重要组成部分，根据演化规则可以确定元胞的行进规则，从而来模拟行人的运动，并且有人提出了场地的概念，场地取决于行人对环境的感知。随着对研究的深入，元胞自动机模型有了更多的发展，比如和社会力模型的结合。
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2、元胞自动机模型介绍
元胞自动机是由元胞空间组成的，这个空间被一些很有规则的网格分割成一系列的元胞，每个元胞都是离散的，他们的演化规则也是不定的，根据这些演化规则，元胞可以每时每刻更新自己离散的状态，经过这一系列更新自己的过程，元胞自动机就可以完美地模拟行人模拟。和一般意义上的动力模型不一样，CA将物理方程替换成为了演化规则。
很多软件都可以用来模拟元胞自动机，比如MatLab和Swarm。Matlab软件可以做很多，，在行人模拟和图形交互方面都有很大的作用。人们可以用Matlab建立元胞自动机模型，用来模拟地震人群疏散，并且还可以设计界面。Maltab主要由矩阵构成，可以以此进行演化规则的定义，还可以用函数来定义一些障碍物或者行人之间的碰撞，这导致Matlab可以很好地用来进行仿真模拟，用来编写元胞自动机非常合适。元胞自动机也有很多种类型，比如离散型连续型，离散与连续混合型，宏观型，微观型等等。本论文用到的元胞自动机添加了地震力的作用，是一次很突破的操作。
3、地震人群疏散
在真实紧急状况下，疏散人员所表现出来的行为、应急心理、决策各不相同，并贯穿整个突发事件，很多特征和因素都难以量化和模拟。因此，如何综合考虑各种因素，设计出呈现人员疏散过程的计算机仿真软件是各国学者致力研究开发的对象，而建立一个贴近实际场景下的人员疏散模型是评价一个仿真软件是否合理的重要指标。多智能体模型用于模拟个体行为，能有效的将复杂环境中个体的相关特性呈现出来，与其他模型相比能更好的模拟显示疏散。
1986 年，Min Sky 首先提出了智能体（Agent）概念，他认为利用具有智能特征的个体 Agent，通过 Agent 之间的相互作用和信息交流可以解决一些问题。随着计算机仿真技术的推广，智能体模型被人工智能、通信网络等领域的研究者所重视，而智能体模型也逐渐运用到疏散仿真中，抽象出疏散中的主体（人员）进行建模，称作“Multi-Agent 模型”。
各国学者虽然之前对遗传算法做了很深入的研究，但是如今他们都察觉到，遗传算法对于很多复杂的情景的运动依然很不理想，传统的遗传算法问题很大，为了能够提高遗传算法的运算效率和性能，为了能够更好地解决实际问题，各国学者对传统的遗传算法进行了很多的改进，通过不同的遗传基因表达方式,不同的交叉和变异算子的选择,特殊算子的引用,以及不同的再生和选择方法产生了很多新的算法，比如粒子群算法PSO算法、蚂蚁算法等等。
通过这些改进，遗传算法的效率有了很大提升，加上与深度学习和神经网络的结合，给很多优化问题带来了新的解决。提出了基于 Multi-Agent 的地震疏散模型，体现了疏散个体的差异性，论文抽象出人员的相关属性并对行人行为进行分析。通过将这些属性特征作为每个 Agent 特有的信息，在疏散过程中影响其路径决策等。
改进遗传算法作为城中村人员疏散的路径决策算法，提高了疏散效率。另一方面算法考虑了行人在行走过程中周围环境的拥挤度和障碍物（墙壁、其他行人）对其速度的影响，使算法更符合实际疏散中行人的运动特点。本文建立的地震疏散模型可替代人员演习制定更高效的疏散方式，以最短的时间安全疏散，节省了人力物力，对于帮助地震来临时身处城中村的行人尽快撤离、减少人员伤亡有着重大的指导意义。
4、结论
元胞自动机是非常重要的离散动力系统，也是行人模拟仿真的一个重要疏散模型，它对于推动行人疏散，解决人员伤亡，为全社会提供更好的幸福生活有很重要的影响意义。本文根据Matlab提出了基于元胞自动机的地震疏散模型，模拟了地震人员疏散的过程，并分析了各种情况对地震人员疏散的影响。
当然，还有很多问题亟待解决，比如元胞自动机每个元胞都是同步更新的，不能体验差异性，还有演化规则还需要更加深化，以体现地震动来临时每个元胞的不同，总之，还有很多问题值得探讨，在之后的研究中，会着重根据这些问题进行深入的研究。
参考文献：
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[3] 孙凯. 基于元胞自动机模型的学生群体疏散研究[D]. 太原科技大学, 2014.
[4] 王丹青, 巩青歌. 改进的元胞自动机人员疏散仿真模型研究[J]. 软件导刊, 2014(1):34-36.
论文作者:李天贝1,陈彦昇2
论文发表刊物:《防护工程》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/21
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