面向应急管理的个体宏观出行及微观运动行为模拟研究

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人是社会中自主行为的个体,对突发事件的发生、发展具有重要影响作用,同时由个体组成的群体是突发事件的承灾载体,因此使用仿真建模手段探索突发事件发生、发展中人在其中的作用以及突发事件的发生对个体产生的影响,并为突发事件发生时的应急处置措施提供决策支撑时,对个体行为的建模仿真显得尤其重要。本文重点研究了个体行为的两个方面,个体宏观出行行为和个体微观运动行为。这两种个体行为都会对社会经济生活产生重要影响,如宏观出行行为对大范围内的流行病传播影响巨大,而微观运动行为在人群紧急疏散过程中发挥着重要作用。本文分别对此两种个体的典型行为进行了建模研究,用以支持相应领域的人工社会的构建。主要研究工作和成果如下:(1)建立了个体宏观出行行为模型。首先设计了层次化的个体行为模式配置机制,为使用更加精细的环境人口数据对个体出行规律进行建模提供了便利,进而能够提高模型的真实性。然后提出了时空约束下个体活动链的生成算法,经实例验证,生成的个体活动链具有良好的异质性。最后以通用离散事件仿真引擎为原型,设计了在仿真应用层面的事件撤销方法,解决了应急管理领域对仿真执行中个体活动事件撤销的应用需求。(2)以长沙火车站为具体应用案例,建立了人工车站。以实地调查的火车站广场环境与人流数据为基础,建立了人工车站的环境模型与正常情形下的个体微观运动模型。环境建模中重点关注了出入口建模,使用排队论模型对出入口的人流进行描述,在保证模型准确度的同时提高了模型执行效率。人群建模方面,设计了分块人群初始化方法,并考虑了热点区域对人群密度的影响,使用OD矩阵描述个体进入广场的目的地选择过程,使用社会力模型模拟个体的局部运动,并对人群中的群组进行了模拟。在个体的路径规划方面,设计了一种基于扩展影响力的静态路径规划方法,能够考虑动态人群密度及其它动态影响个体移动的因素对个体路径规划的影响,从而提出了一套普适的基于网格的个体动态环境感知方法。(3)以沙林毒气攻击为应急背景,基于BDI框架,对个体紧急疏散过程进行建模。首先使用高斯烟团模型对沙林毒气的扩散进行模拟,并建立了有害气体对个体的伤害模型,提出了健康指数的概念。基于沙林毒气对个体影响时效性的考虑,建立了个体对其危害感知的三种模型,使用恐慌度对个体的心理恐慌程度进行了量化,并基于恐慌度的变化建立了个体的愿望转变模型。紧急疏散情景下个体的局部移动建模使用恐慌情形下的社会力模型,个体的逃生出口选择决策行为考虑了个体的记忆能力以及从众倾向。(4)以建立的人工社会为基础,对沙林袭击位置、沙林释放量、沙林释放持续时间因素对人群的伤害效果进行了计算实验。首先从宏观和微观两个角度采用定性与定量相结合的方法,对模型的合理性做出了说明。然后建立了人群健康状态评估指标,包括健康指数期望,健康指数0.95分位点,以及沙林毒气影响总人数,重伤人数和致死人数。以这些指标为依托,对沙林毒气袭击背景下人群健康状态进行了综合评价,建立了综合指标?。通过实验发现,沙林释放速度和释放处人群密度和沙林对人群健康状态的影响密切相关,提出了应对沙林毒气攻击的相关应对措施。
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