Abstrakt
Cel: Celem artykułu jest zaprezentowanie autorskiego oprogramowania CrowdSim służącego do modelowania dynamiki pieszych. W oprogramowaniu zaimplementowano algorytmy bazujące na dwuwymiarowym modelu automatu komórkowego Cellular Automata (CA). Uwzględniono w nich strategiczne możliwości pieszych dotyczące wyboru wyjścia (model CA-A) oraz możliwości powstawania zakłóceń płynności ruchu i blokad (model CA-B). Zaimplementowanie różnych pod względem złożoności modeli dało możliwości porównania ich efektywności, funkcjonowania oraz stopnia realizmu otrzymywanych wyników.
Metodologia: W celu lepszego i bardziej wiarygodnego wyznaczania ścieżek poruszania się pieszych zaproponowano dwie modyfikacje usprawniające działanie algorytmów symulacyjnych. Pierwszą z nich było wprowadzenie zaawansowanych algorytmów rankingujących komórki: SRA (Simple Ranking Algorithm), BFS-RA (Breadth First Search Ranking Algorithm) i ARA (Advanced Ranking Algorithm). Wartość rankingu danej komórki w procesie symulacji jest dla każdego z aktorów wyznacznikiem drogi, po której się porusza. Kolejnym autorskim usprawnieniem było wprowadzenie do definicji automatu komórkowego pojęcia pamięci aktora, dzięki czemu piesi podczas symulacji, pamiętając swoje ostatnie ruchy, poruszają się bardziej płynnie i realistycznie.
Wyniki: Na potrzeby porównania modeli przygotowana została specjalna mapa budynku o wymiarach kontygnacji 40 na 22,5 metra (900 m2) zdolnego pomieścić maksymalnie 3000 osób. Przeprowadzone symulacje wykazały, że w przypadku modelu CA aktorzy gromadzą się przy jednym z wyjść, podczas gdy pozostałe zostają w większości nieużywane. Wynika to z faktu, że w modelu CA brakuje funkcji kosztu, zatem aktor zawsze wybiera wyjście najbliższe. Inaczej sprawa ma się w przypadku modelu CA-A. Tu aktorzy w miarę równo obciążają każde z wyjść; są oni w stanie podjąć decyzje odnośnie do wyboru wyjścia nie tylko na podstawie odległości, ale również zagęszczenia osób przy danym wyjściu. W przypadku porównania modeli CA-A i CA-B praktycznie niezauważalne są różnice w otrzymanych statystykach obciążenia wyjść. Dopiero po bliższym przyjrzeniu się ruchowi aktorów podczas symulacji widać, że jeśli w przypadku czystego modelu CA-A ludzie poruszają według idealnego porządku, o tyle w modelu CA-B zauważalne są chwilowe blokady i zakleszczenia aktorów.
Wnioski: Stworzone i zaprezentowane w niniejszej pracy oprogramowanie CrowdSim może posłużyć zarówno projektantom, architektom lub konstruktorom, jak i służbom porządkowym, ochronie danego obiektu lub organizatorom imprez masowych. Symulacje wykonane wielokrotnie dla jednego scenariusza przy różnych parametrach wejściowych uwidoczniają problemy i wąskie gardła mogące pojawić się w trakcie ewakuacji z zagrożonego obiektu. Przeprowadzanie takich symulacji na etapie projektowym może bardzo pozytywnie wpłynąć na bezpieczeństwo osób użytkujących dany obiekt, jak również poprawić jego funkcjonalność.
Słowa kluczowe: ewakuacja, modelowanie, automat komórkowy
Typ artykułu: oryginalny artykuł naukowy