本发明专利技术涉及火灾疏散领域，特别涉及一种基于元胞自动机的隧道群火灾人员疏散分析方法。其包括步骤：S1.根据隧道群的实际结构和尺寸，构建隧道群数字模型；S2.划分网格，建立二维元胞自动机模型；S3.设置疏散人员参数；S4.用FDS对火灾场景进行模拟；S5.计算相对距离场、动态场；S6.生成人员运动模型；S7.人员完成移动并对空间内人员数量进行判定；S8.输出疏散人员的疏散时间与疏散成功率。本发明专利技术利用元胞自动机模型，能够模拟隧道群内人员在火灾发生时的疏散过程。通过构建隧道群数字模型，将隧道群数字模型空间分割为离散的大小相等的元胞，并基于火灾数据计算人员的移动方向，从而能够更真实地反映疏散人员的实际行为。
1、隧道结构纵向狭长，横向空间小，通风条件差，发生火灾后很难及时扑灭，并且一旦发生火灾，后果非常严重。与单洞隧道相比，隧道群由于截面突变、分叉、收缩、渐扩等特殊几何边界，隧道内烟气流动尤为复杂，进而导致火灾发生时人员疏散的线路选择面临诸多的不确定性。因此，在模拟隧道群火灾人员疏散时，应该充分考虑到火灾发展对人员逃生路线、出口选择的影响，这将有助于隧道群火灾疏散场景的精准判断和隧道群火灾疏散预案的科学制定。
2、现有的火灾疏散分析方法多基于流体动力学或连续介质模型，但在处理大规模、离散个体的疏散问题时，这些方法往往难以准确模拟个体的行为和决策过程。元胞自动机作为一种离散事件模拟工具，以其简单、高效和易于实现的特点，在交通流模拟、城市规划等领域得到了广泛应用。近年来，元胞自动机模型也被引入到疏散模拟和烟气扩散模型中，特别是在处理大空间尺度的疏散问题时显示出其独特的优势。
3、但是，目前的疏散模拟大多是分别建立火灾烟气模型和人员疏散模型，火灾对人员疏散的影响考虑不足，模拟中人员不能对火灾发展做出反应，并且难以体现出火灾对人员逃生路线、出口选择的影响。
>3、s1.根据隧道群的实际结构和尺寸，构建隧道群数字模型；4、s2.划分网格，建立二维元胞自动机模型；
5、s3.设置疏散人员参数，根据隧道群的特点和火灾的实际情况，设定可移动网络选择规则、环境因素以及冲突避让原则，将人员布置在可移动元胞内；
6、s4.用fds对火灾场景进行模拟，将得到的数据通过matlab进行处理，并以与疏散更新相同的时间间隔加载到元胞自动机模型中，得到随时间步变化的温度场、烟气场，模拟火灾产物对人员疏散的影响；
7、s5.计算相对距离场、动态场，通过dijkstra算法算得有障碍物存在的相对距离场，动态场表示人员留下的虚拟轨迹对其它人员的吸引与排斥作用，并实时更新；
8、s6.生成人员运动模型，计算t时刻人员各邻域元胞的移动概率与人员的健康指数，将移动概率排序，人员前往最大移动概率或原地不动；
9、s7.人员完成移动并对空间内人员数量进行判定，如果存在人员，则疏散继续，时间步+1，并更新场景信息，重复步骤s4、s5、s6；如果人员全部到达出口，可移动空间内不存在人员或剩余人员健康指数小于0，则疏散终止；
10、s8.输出疏散人员的疏散时间与疏散成功率。
11、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤s1构建的隧道群数字模型中，通过不同数字对墙、障碍物、可移动空间、出口进行区分，通过不同颜色对数字进行区分。
12、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤s2具体包括：
13、二维元胞自动机模型根据元胞自动机理论以及人员的平均肩宽，将所述隧道群数字模型空间在横向和纵向上分别分割为离散的大小相等的元胞；每个疏散人员至少占领一个元胞，且除出口外的每个所述元胞均处于空闲、被人员占据、被障碍物占据三种状态中的一种，当所述元胞被障碍物占据时，人员不能移动至该元胞，当所述元胞被人员占据时，其他人员不可移动至该元胞，且人员与人员之间保持一个以上元胞的间距，每个人员逐个元胞地寻找路径向出口移动。
14、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤s3中，所述可移动网络选择规则包括通过使用moore邻域，规定所有疏散人员至少每一个时间步仅可以移动一个元胞，且仅可选择其领域元胞，领域元胞为该元胞的下方、左下方、左方、左上方、上方、右上方、右方、右下方的相邻元胞；
15、所述环境因素包括隧道出口对疏散人员的吸引、人员留下的虚拟轨迹对其它人员的吸引与排斥以及人员对火灾产生的高温与烟气的排斥；
16、冲突避让原则包括若两名以上人员同时选择向同一元胞移动，随机选择一个人员向该元胞移动，其他人员竞争失败，选择向次优元胞方向移动或保持原地不动。
17、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤s5中，通过dijkstra算法算得有障碍物存在的相对距离场中，相对距离场是多出口形成的全局相对距离场，表示各点距离出口的最短距离，通过将着火点附近的元胞设置为虚拟障碍物，当火势增长到指定程度时，人员选择远离着火点附近的其他路线进行逃生，并更新人员对火场周围的绕行和逃生路径。
18、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤s5中，动态场的计算及实时更新过程为：
19、当有人员通过元胞空间(
i,
j)时，动态场
d增加1：
20、，
21、，
22、归一化处理：，
23、式中
δ为动态场扩散系数，代表在下一步长扩散到相邻元胞的比例；
λ为衰减系数，代表动态场在下一步长衰减的比例；表示元胞(
i,j)在时间步
t时的动态场值。
24、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤s6中，人员各方向的移动概率，用概率计算人员移动的方向，则人员质心向各相邻元胞(
i,j)的移动概率可表示为：
25、，
26、，
27、式中，
p
i,j表示元胞(
i,j)处人员移动概率；
k为归一化参数，确保元胞移动概率总和为1；
s
i,j表示元胞(
i,j)的相对距离场值，
d
i,j表示元胞(
i,j)的动态场值，
t
i,j表示元胞(
i,j)的温度场值，
v
i,j表示元胞(
i,j)的能见度场值，
g
i,j表示元胞(
i,j)的引导场值；
c
s和
c
d分别表示相对距离场参数和动态场参数；
c
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【技术保护点】
1.一种基于元胞自动机的隧道群火灾人员疏散分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于元胞自动机的隧道群火灾人员疏散分析方法，其特征在于，所述步骤S1构建的隧道群数字模型中，通过不同数字对墙、障碍物、可移动空间、出口进行区分，通过不同颜色对数字进行区分。
3.根据权利要求1所述基于元胞自动机的隧道群火灾人员疏散分析方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
4.根据权利要求1所述基于元胞自动机的隧道群火灾人员疏散分析方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述可移动网络选择规则包括通过使用Moore邻域，规定所有疏散人员至少每一个时间步仅移动一个元胞，且仅可选择其领域元胞，领域元胞为该元胞的下方、左下方、左方、左上方、上方、右上方、右方、右下方的相邻元胞；
5.根据权利要求1所述基于元胞自动机的隧道群火灾人员疏散分析方法，其特征在于，所述步骤S5中，通过Dijkstra算法算得有障碍物存在的相对距离场中，相对距离场是多出口形成的全局相对距离场，表示各点距离出口的最短距离，通过将着火点附近的元胞设置为虚拟障碍物，当火势增长到指定程度时，人员选择远离着火点附近的其他路线进行逃生，并更新人员对火场周围的绕行和逃生路径。
6.根据权利要求1所述基于元胞自动机的隧道群火灾人员疏散分析方法，其特征在于，所述步骤S5中，动态场的计算及实时更新过程为：
7.根据权利要求1所述基于元胞自动机的隧道群火灾人员疏散分析方法，其特征在于，所述步骤S6中，人员各方向的移动概率，用概率计算人员移动的方向，则人员质心向各相邻元胞(i,j)的移动概率表示为：
8.根据权利要求1所述基于元胞自动机的隧道群火灾人员疏散分析方法，其特征在于，所述步骤S6中，HA表示人员的健康指数，H0表示健康指数初始值，每个时间步减去受温度及CO浓度影响的损失值，当HA降到0时，表示人员已死亡，不再移动到周围元胞单元，人员的健康指数HA计算公式为：
9.根据权利要求1所述基于元胞自动机的隧道群火灾人员疏散分析方法，其特征在于，所述步骤S7具体包括：
10.根据权利要求1所述基于元胞自动机的隧道群火灾人员疏散分析方法，其特征在于，所述步骤S8中，疏散人员的疏散时间为最后一个人离开出口的时间，其中，最后一个人是指隧道中所有人中用时最长的人，或者若还有剩余人员被困在隧道，则是最后成功逃生者的用时；疏散成功率为成功逃离出口的人数占总人数的百分比。
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【技术特征摘要】
1.一种基于元胞自动机的隧道群火灾人员疏散分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于元胞自动机的隧道群火灾人员疏散分析方法，其特征在于，所述步骤s1构建的隧道群数字模型中，通过不同数字对墙、障碍物、可移动空间、出口进行区分，通过不同颜色对数字进行区分。
3.根据权利要求1所述基于元胞自动机的隧道群火灾人员疏散分析方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括：
4.根据权利要求1所述基于元胞自动机的隧道群火灾人员疏散分析方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述可移动网络选择规则包括通过使用moore邻域，规定所有疏散人员至少每一个时间步仅移动一个元胞，且仅可选择其领域元胞，领域元胞为该元胞的下方、左下方、左方、左上方、上方、右上方、右方、右下方的相邻元胞；
5.根据权利要求1所述基于元胞自动机的隧道群火灾人员疏散分析方法，其特征在于，所述步骤s5中，通过dijkstra算法算得有障碍物存在的相对距离场中，相对距离场是多出口形成的全局相对距离场，表示各点距离出口的最短距离，通过将着火点附近的元胞设置为虚拟障碍物，当火势增长到指定程度时，人员选择远离着火点附近的其他路线进行逃生，并更新人员对火场周围...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟庚，周平，杨磊，董婉悦，黄应州，蔡理平，吴仲伦，方泽，
申请(专利权)人：中国铁路广州局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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