Abstract
met behulp van de cellulaire automatentheorie zouden veel ernstige problemen in de praktijk kunnen worden gesimuleerd. Er waren veel branden op openbare plaatsen die veel mensen doden. De voorgestelde methode, genoemd cellulaire Automata evaluatie (CAEva in het kort), gebruikt cellulaire Automata theorie en zou kunnen worden gebruikt voor het controleren van gebouwen voorwaarden voor brand ongeval. De tests die bij een echt ongeval zijn uitgevoerd, hebben aangetoond dat een op de juiste wijze geconfigureerd programma een realistische simulatie van menselijke evacuatie mogelijk maakt. De auteurs analyseren enkele echte ongevallen en beweerden dat de CAEva-methode een veelbelovende oplossing is, vooral in het geval van renovaties van gebouwen of tijdelijke onbeschikbaarheid van vluchtroutes.
1. Inleiding
cellulaire automaten worden gebruikt door sommige it-takken, waaronder het gebied van kunstmatige intelligentie. Ze bestaan uit een netwerk van cellen, die elk onderscheiden worden door een specifieke toestand en een reeks regels. De verandering van de huidige toestand van een bepaalde cel is het resultaat van de bovengenoemde eigenschappen en interrelaties met de naburige cellen . De theorie van cellulaire automaten werd voor het eerst geïntroduceerd door een Amerikaanse wetenschapper van Hongaarse afkomst, John von Neumann. Hij toonde onder andere aan dat zelfs eenvoudige machines een vermogen tot reproduceren vertonen, wat tot die tijd werd beschouwd als een fundamenteel kenmerk van levende organismen . Voor vele jaren cellulaire automaten waren onderworpen aan theoretische studies alleen. Met de ontwikkeling van computers en software zijn optimalisatiemethoden op basis van deze aanpak steeds vaker bestudeerd en in de praktijk geïmplementeerd . Vanwege hun veelzijdigheid, worden cellulaire automaten toegepast in vele real-life gebieden, zoals biologie, natuurkunde, en wiskunde en op diverse gebieden van het, zoals cryptografie of computergrafiek .
1.1. De toepassing van cellulaire automaten
cellulaire automaten is in de praktijk toegepast, bijvoorbeeld bij simulatie van het straatverkeer, waarbij specifiek gedefinieerde cellulaire automaten het verkeer regelen . De voertuigstroom wordt in principe beheerd op het specifieke segment van een bepaalde verkeersintensiteit . Dit geldt bijvoorbeeld voor de regeling van de verkeersintensiteit op de snelwegen van het Ruhrgebied in Duitsland. De controlecentra die uitsluitend voor dat doel zijn ontworpen, verzamelen de gegevens van geselecteerde delen van de snelwegen . De aldus verkregen informatie wordt geanalyseerd en gebruikt voor het voorbereiden van simulaties van de verkeersintensiteit met behulp van cellulaire automaten. De websites van de projecten publiceren de statistische informatie over de uitgevoerde studies naar het gedrag van bestuurders die vooraf werden gewaarschuwd over mogelijke verkeersproblemen die zich kunnen voordoen gedurende enkele volgende uren . Een ander voorbeeld van cellulaire automata-toepassing is demografische simulaties voor een bepaald gebied. Het doel van dergelijke simulaties is het genereren van een model dat de omvang van de bevolking in een bepaald gebied toont in de vorm van een kaart van de voorspelde bevolkingsdichtheid. Dergelijke simulaties kunnen worden gebaseerd op het bekende “spel van het leven” . Door enige wijziging aan het algoritme te introduceren, is het mogelijk om het gedrag van de omringende cellen te controleren . Andere voorbeelden van cellulaire automata implementaties zijn beeldverwerking, het genereren van texturen, simulatie van golven, wind, en mensen evacuatie proces evenals een simulatie programma, ontwikkeld voor het doel van deze studie . Het doel van het voorgestelde algoritme is het genereren van simulaties van patronen van menselijke ontsnapping uit het gebouw in brand met een bepaald aantal uitgangen en brandbronnen .
1.2. Het raster van cellulaire automaten
een raster of een discrete ruimte, waar de evolutie van cellulaire automaten plaatsvindt, bestaat uit een verzameling identieke cellen . Elk van de cellen is omgeven door hetzelfde aantal buren en kan hetzelfde aantal staten aannemen . Er zijn drie structurele factoren die de rastervorm en, als gevolg daarvan, het gedrag van de gehele cellulaire automaton aanzienlijk beïnvloeden :(i)de grootte van de ruimte die afhangt van de grootte van het bestudeerde probleem, waarvan de voorbeelden worden weergegeven in Figuur 1 (rasters 1D, 2D en 3D);(ii)de voorziening van regelmaat, die vereist dat het raster volledig wordt gevuld met identieke cellen;(iii)het aantal buren (afhankelijk van beide bovengenoemde factoren).
In dit artikel presenteren de auteurs de mogelijkheid om echte brandongevallen te simuleren om grote brandongevallen te voorkomen. Hiervoor gebruikten auteurs cellulaire Automata evaluatiemethode, CAEva in het kort. Deze krant heeft volgende organisatie. In hoofdstuk 2 wordt het idee gepresenteerd van het voorspellen van het brandgevaar, de beschrijving van twee echte ongevallen en de caeva-simulatiemethode met hun randvoorwaarden en transferfunctie. In hoofdstuk 3 worden de resultaten van het experiment weergegeven toen de genoemde twee echte brandongevallen werden gesimuleerd. Tenslotte bevat hoofdstuk 4 de slotconclusies.
2. Voorspelling van het brandgevaar
2.1. Brandongevallen op openbare plaatsen
branden zijn een van de meest oncontroleerbare calamiteiten, vooral wanneer ze binnenshuis plaatsvinden. Dus, ongeacht de bouwwerken functie of het nu een residentieel, bedrijf, of een andere vorm van gebouw, het ontwerp moet voldoen aan de brand regelgeving. De breedte van de gangen, het aantal nooduitgangen en het toegestane aantal personen dat tegelijkertijd binnen mag blijven, hebben ernstige gevolgen voor de veiligheid van de gebruikers. Eenvoudige aanwezigheid van de deuren op de plattegrond is niet voldoende; ze moeten open zijn. In veel gevallen was het grote aantal slachtoffers het gevolg van het vergrendelen van de nooduitgangen. In de afgelopen decennia zijn er een aantal rampzalige branden geweest in openbare plaatsen zoals restaurants en nachtclubs. Tabel 1 geeft enkele voorbeelden van dergelijke ongevallen en geeft een overzicht van het aantal slachtoffers. Zoals u kunt zien uit de verstrekte gegevens, zijn er veel branden in entertainment clubs door de jaren heen, waardoor veel verwondingen, ongeacht of ze zich tientallen jaren geleden (1942) of in recente tijden (2013).
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.2. Het geval van een Brandongeluk in Kiss Nightclub
het evenement “Aglomerados” begon op zaterdag 26 januari 2013 om 23:00 UTC in Kiss nightclub. In de club waren er studenten van zes universiteiten en mensen van technische cursussen aan de Federale Universiteit van Santa Maria . In de vroege ochtenduren van de volgende dag, brand vond plaats terwijl de studenten waren met een frissers’ bal en een paniek brak uit. Getuigen getuigden dat de oorzaak van de brand ofwel een vuurpijl was die werd ontstoken door de leden van een muziekband die speelde tijdens het feest. De brand zorgde ervoor dat het dak in verschillende delen van het gebouw instortte, waardoor veel mensen binnen vastvielen. Brandweerlieden vonden een aantal lichamen in de badkamer van de club. Op het moment van de brand waren er ongeveer 2000 mensen in de club. Dit aantal verdubbelt de maximale capaciteit van de gebouwen van 1.000. Ten minste 231 mensen stierven en honderden anderen raakten gewond bij deze ramp. Veel doden werden blijkbaar veroorzaakt door het inademen van rook, terwijl andere slachtoffers werden vertrapt in de haast naar de uitgangen. Figuur 2 toont het schema van de Kiss Nachtclub.
2.3. The Cocoanut Grove was een restaurant dat in 1927 werd gebouwd aan Piedmont Street 17, nabij Park Square, in het centrum van Boston, Massachusetts . Volgens het verbod was het erg populair in de jaren 1920. de structuur van het gebouw was gelijkvloers, met een kelder eronder. De kelder bestaat uit een bar, keuken, diepvriezers en opslagruimtes. De eerste verdieping bevatte een grote eetkamer en balzaal met een muziektent, samen met verschillende bar gebieden gescheiden van de balzaal. De eetkamer had ook een intrekbaar dak voor gebruik tijdens warm weer om een uitzicht op de maan en sterren mogelijk te maken. De hoofdingang van de Cocoanut Grove was via een draaideur aan de Piedmont Street kant van het gebouw. Op zaterdag 28 November 1942 was er een zeer groot brandongeluk. Tijdens die avond had een hulpkelner opdracht gekregen om een gloeilamp op de top van een kunstmatige palmboom in de hoek van de kelderbar te repareren. Even later begonnen de decoraties te branden. Terwijl andere meubels ontstonden, rende een vuurbal van vlam en giftig gas door de kamer naar de trap. De draaideur werd geblokkeerd als gevolg van de verpletteren van paniekerige patroons. Veel mensen zitten vast in vuur. Later werd geschat dat er meer dan 1000 personen in het bos waren op het moment van de brand. Het uiteindelijke aantal doden dat door Commissaris Reilly werd vastgesteld was 490 doden en 166 gewonden, maar het aantal gewonden was een telling van degenen die in een ziekenhuis werden behandeld en later werden vrijgelaten, terwijl veel mensen gewond raakten, maar geen ziekenhuisopname zochten. Figuur 3 presenteerde de regeling van de Cocoanut Grove.
Figuur 3
Het Cocoanut Grove schema .
2.4. CAEva-simulatiemethode
CAEva-simulatiemethode is een programma dat is opgesteld om de brandtrapscenario ‘ s in gebouwen te oefenen . Het helpt om verschillende simulatieresultaten te vergelijken en passende conclusies te trekken. Het programma is geïmplementeerd in de C++Builder-omgeving, een objectgeoriënteerde programmeertool in Windows-omgeving en is gratis beschikbaar op de AIRlab-website . Het programma maakt het tekenen van een plank van elke grootte, met inbegrip van het plan van een gelijkvloers gebouw, om mensen binnen te lokaliseren en om de bron van vuur aan te geven. Het bord bestaat uit een raster van cellen. Elke cel kan slechts één van de volgende toestanden aannemen: vuur, muur, persoon, persoon in brand, of een lege cel. Figuur 4 toont het diagram van toestanden voor een enkele cel in de brandsimulatieautomaat.
Figuur 4
Diagram van celstatussen.
2.5. Randvoorwaarden
De discrete ruimte, waar verschillende evoluties van cellulaire automaten plaatsvinden, omvat een D-dimensionaal, theoretisch oneindig raster. Aangezien dit soort raster niet kan worden geïmplementeerd in computertoepassing, wordt het weergegeven in de vorm van een beperkte tabel. Daarom is het noodzakelijk om randvoorwaarden te stellen aan de rastergrenzen, dat wil zeggen aan de tabelgrenzen. De basisvoorwaarden zijn weergegeven in Figuur 5. Deze voorwaarden zijn analoog na rasterrotatie van 90 graden, dus verdere regelingen werden overgeslagen als triviaal. De volgende regels werden gebruikt voor de simulatie van de celbeweging in de wandrichting: I)rechte beweging: de toestand van de cel blijft ongewijzigd, ii)diagonale beweging: de toestand van de cel verandert in een lege, aangezien de invalshoek gelijk is aan de terugslaghoek, moet de toestand van de cel in het spiegelbeeld veranderen in de toestand van de cel die de beweging heeft geïnitieerd, iii)bewegingsomstandigheden: iv)beweging is mogelijk als de doelcel zich in de lege toestand bevindt. Anders zal de cel zijn toestand niet veranderen, (v) de poging van de beweging van de cel in “persoon” – toestand naar de cel in “brand” – toestand verhoogt het aantal brandwonden van de initiërende cel.
Figuur 5
Grenscondities (rebound van de rasterranden).
een speciaal geval is een poging van de beweging vanuit de hoek van het bord. Een rebound in drie initiërende richtingen verandert de toestand van een cel niet, maar het kan het veranderen als gevolg van een poging van de beweging in de opeenvolgende vijf richtingen. Er moet ook worden opgemerkt dat bewegingsregels en-voorwaarden van toepassing zijn op de cellen in de “persoon” – staat en in de “vuur” – staat. De velden waarop de beweging niet kan worden uitgevoerd zijn de cellen in de “muur” toestand. Rebound voorwaarden komen voor aan de rand van het cellulaire Automata raster, dat een barrière vormt van waaruit bewegende virtuele objecten rebound (in visuele zin). Deze voorwaarden worden gebruikt om ingekapselde empirische ruimten te simuleren.
2.6. Transferfunctie
De evolutie van cellulaire automaten vindt plaats in afzonderlijke tijdbepalende opeenvolgende verwerkingscycli. Elk afzonderlijk moment wordt gebruikt voor het bijwerken van de toestand van individuele cellen; dus elke automaat is een dynamisch object in de tijd. In elke iteratie kan de transferfunctie alle cellen in het raster één voor één verwerken (berekenen) volgens specifieke regels. Elke verwerkte cel ontvangt zijn nieuwe toestand op basis van de berekening van de huidige toestand en toestanden van de naburige cellen. Transferregels en de toestandsruimte, evenals de gedefinieerde omgeving, zijn inherente elementen van het cellulaire automata evolutieproces. Eenmaal uitgevoerd, toont het programma het hoofdscherm klaar om het bouwplan te tekenen en individuele elementen binnen te regelen. Zodra het bord is getekend en alle componenten zijn gerangschikt, kan de gebruiker de configuratie van vuur en mensen parameters en instelling van de groep effect starten. Brand parameters zijn als volgt:(i)vuur gaat alleen uit als het aantal buren kleiner is dan 1, (ii)vuur gaat uit van overbevolking als het aantal buren groter is dan 3, (iii)nieuw vuur wordt gegenereerd als het aantal buren ten minste 3 is, (iv)vuur wordt gegenereerd als het aantal buren kleiner is dan of gelijk is aan 4. Parameters met betrekking tot mensen zijn als volgt:(V)de kans dat een persoon gaat naar de uitgang in standaard staat is 50,(vi)het aantal brandwonden resulterend in de dood is 5,(vii)groep effect is aan/uit.
Er zijn punten in het scherm die mensen simuleren die ontsnappen naar de uitgang en het voortbrengende vuur. Alle gebeurtenissen worden geregistreerd in de tabel van statistieken. Ze omvatten het aantal mensen dat binnen het bord blijft, gered van en gestorven in het vuur of door het verpletteren . Die verkregen gegevens maken het mogelijk conclusies te trekken uit de experimenten .
2.7. Implementatie van OFN notatie bij vage waarneming van echt brandongeval
het gebruik van geordende vage getallen in cellulaire automatisering lijkt een natuurlijke stap te zijn. Er zijn veel notaties van fuzzy numbers die worden geïntroduceerd door Zadeh, Klir, Dubois et al. , en Kłopotek et al. onder andere. Aangezien we in dit geval een tweedimensionaal apparaat hebben waarin Moore ‘ S buurt bovendien wordt gebruikt, zijn er acht beschikbare bewegingen uit cellen . Een voorbeeld van deze situatie is weergegeven in Figuur 6.
Figuur 6
voorbeeld van move in simulatiealgoritme.
Er is een deel van de buurt dat dichter bij de uitgang is, en het andere deel dichter bij de groep cellen in de menselijke toestand . Aldus, zijn er twee mogelijke reeksen bewegingen voor deze cel in kwestie, afhankelijk van de determinant . Aangezien elk van de Verzamelingen een vier-element is, is de notatie van fuzzy numbers die geordende fuzzy numbers worden genoemd, geschikt voor de beschrijving ervan . Na de dood van de maker OFNs in sommige werken worden ook wel ‘ s Fuzzy Numbers. In deze notatie heeft het fuzzy getal A in het algemeen de vorm van een trapezium beschreven door coördinaten, die wordt weergegeven in Figuur 8.
pijl in Figuur 8 toont de richting die de volgorde van de individuele coördinaten weergeeft. Op dergelijke vage getallen is het mogelijk om rekenkundige bewerkingen uit te voeren zoals beschreven in de literatuur :(I)optellen: (ii)scalaire vermenigvuldiging: (iii)Aftrekken: (iv)vermenigvuldiging: (V)deling:
een gegeven set van mogelijke bewegingen in Moore ‘ s omgeving van de cel naar cel wordt getoond in Figuur 9. Afhankelijk van de instellingen van het algoritme, kan de verkeersdeterminant(i)gaan naar de dichtstbijzijnde uitgang,(ii)het krijgen van de dichtstbijzijnde bijeenkomst van mensen.
de determinant zal gerelateerd zijn aan het fuzzy getal in de OFN notatie .
definitie 1. Laat twee paar vage getallen zijn. De regie zal positief zijn voor een subset van dichter bij de aangegeven determinant:Een paar coördinaten die meer op afstand van de determinant zal worden aangeduid door negatieve regisseren:Een subset van cellen die een verdere beweging kan worden bepaald, is een paar vage nummers die voldoen aan de volgende regels: positief positief uit, DAN ook Van deze set van paren beschreven , welke staat voor de vier mogelijke verschuivingen in de volgende evolutie van de cellular automaton, een paar coördinaten wordt getekend. Standaard moeten de velden waarin het verkeer onmogelijk is, uit de lijst worden verwijderd. Als er geen beweging mogelijk is in een van de vier cellen, zal de celtoestand niet veranderen. Dit symboliseert een situatie waarin een persoon onbeweeglijk blijft.
3. Het Experiment met CAEva methode
De auteurs lanceerden een simulatie van het Kiss Nachtclub scenario in CAEva programma. Ze plaatsten mensen binnen en staken de brand aan. Het gebouw bestaat uit zeven kamers en er was slechts één uitgang. De blauwe punten markeren mensen en de rode vuren. Verschillende tests werden uitgevoerd op basis van dit schema en de veronderstelde voorwaarden waren als volgt: het doel van de test was om een brand van het gebouw te simuleren, gebaseerd op bepaalde regels en relaties. Het instellen van de volgende parameters, de selectie van versies en inherente regels vormen samen een omgeving die van invloed zijn op het sterftecijfer. De variabelen waren(I)de indeling van de verdiepingen van het gebouw, met inbegrip van het aantal en de plaats van de deuren, (ii)de verdeling van een bepaald aantal mensen in het gebouw op bepaalde plaatsen, (iii) het instellen van de brandparameters:(A)het vuur gaat alleen uit als er geen buren zijn,(b)het vuur gaat uit als gevolg van overbevolking als er meer dan 3 buren zijn,(c)nieuw vuur wordt gegenereerd als er minstens 3 buren zijn, maar niet meer dan 4,(iv)instelling van de parameters voor mensen (levende cellen):(a)aantal brandwonden resulterend in de dood is standaard ingesteld op 5,(v)locatie van de brandbron op het bord,(vi)het specificeren van de waarschijnlijkheid van mensen op weg naar de uitgang (drie opties): 25%, 50% en 75%, (vii)specificeren of mensen in groepen naar de uitgang gaan (twee opties): met of zonder groepseffect.
Figuur 10 toont Kiss nightclub schema voordat het simulatieproces werd gestart. De rode vierkanten staan voor vuur en de Blauwe voor mensen. Figuur 11 presenteert Kiss Nachtclub schema na het voltooien van de simulatie. Figuur 12 toont Cocoanut Grove schema voordat het simulatieproces werd gestart. De rode vierkanten staan voor vuur en de Blauwe voor mensen. Figuur 13 presenteert Cocoanut Grove schema na het voltooien van de simulatie. De simulatie werd tweehonderd keer gemaakt voor elke conditie; er waren zes omstandigheden die 1200 simulaties opleverden voor één brandongeluk. Tabel 2 geeft de gemiddelde resultaten van de uitgevoerde simulatie weer. Rekening houdend met de werkelijke gegevens over het aantal doden bij de brand in Kiss nightclub, werd het resultaat dat het dichtst bij het werkelijke dodental lag, bereikt met 75% waarschijnlijkheid dat mensen naar de uitgang gingen en met groepseffect uitgeschakeld. Tabel 3 vergelijkt de gemiddelde resultaten met de reële cijfers.
Number of people
Group effect
No
Yes
Probability of people heading towards the exit
25,00%
50,00%
75,00%
25,00%
50,00%
75,00%
Died
649
471
325
506
455
428
Trampled
127
196
208
323
250
196
Saved from fire
224
333
467
171
295
376
Table 2
Results of simulation with CAEva method for the Kiss nightclub.
Relative error
Group effect
No
Yes
Probability of people heading towards the exit
25,00%
50,00%
75,00%
25,00%
50,00%
75,00%
Died
239
68
5
91
18
17
Trampled
83
64
5
281
221
58
Saved from fire
58
26
2
79
54
11
Table 3
A comparison of the CAEva method results with actual numbers for the Kiss nightclub.
zoals u kunt zien in Tabel 2, vermindert de toename van de kans dat mensen naar de uitgang gaan het aantal mensen dat sterft als gevolg van brand. Het aantal slachtoffers neemt alleen af als het groepseffect optreedt. Bovendien neemt het totale aantal mensen dat een brand heeft overleefd ook toe naarmate de kans dat mensen naar de uitgang gaan toeneemt.
zoals weergegeven in Tabel 3, werd de kleinste relatieve fout verkregen bij afwezigheid van groepseffect en bij de waarde van 75% van de mensen die naar de uitgang gingen. De grootste fouten werden bereikt met het groepseffect ingeschakeld en met de 25% kans dat mensen naar de uitgang gaan. Dit zou kunnen betekenen dat in het geval van deze brand, het groepseffect niet werkte, en mensen waren op zoek naar een uitweg uit zichzelf.
zoals u kunt zien in Tabel 4, heeft ook hier de toename van de kans om naar de uitgang van het pand te gaan het aantal mensen dat bij de brand is omgekomen, verminderd. Tabel 5 vergelijkt de gemiddelde resultaten met de reële cijfers. De kleinste fout werd verkregen voor de gehandicapte groep effect, maar met een waarde van 50% van de mensen op weg naar de uitgang. Dit kan betekenen dat, in het geval van een brand in deze club, groepseffect ook niet werkte, maar mensen niet haasten om de club te verlaten, wat een tragisch effect heeft veroorzaakt.
Number of people
Group effect
No
Yes
Probability of people heading towards the exit
25,00%
50,00%
75,00%
25,00%
50,00%
75,00%
Died
649
471
325
506
455
428
Trampled
127
196
208
323
250
196
Saved from fire
224
333
467
171
295
376
Table 4
Results of simulation with CAEva method for the Cocoanut Grove nightclub.
Number of people
Group effect
No
Yes
Probability of people heading towards the exit
25,00%
50,00%
75,00%
25,00%
50,00%
75,00%
Died
32
4
34
3
7
13
Midden
23
18
25
94
51
18
Gered van het vuur
33
0
40
49
12
13
Tabel 5
Een vergelijking van de CAEva methode resultaten met de werkelijke aantallen voor de Cocoanut Grove nachtclub.
het sterftecijfer hangt af van de plaats waar de brand uitbreekt. Als de brand elke kamer blokkeert, dan zijn de mensen die er verblijven niet in staat om te ontsnappen en de uitgang te bereiken, zelfs als ze er naartoe gaan met 100% waarschijnlijkheid. Het groepseffect dat in het programma wordt gebruikt, helpt niet noodzakelijk bij het ontsnappen van mensen uit het gebouw. Het kan menigte genereren, omdat mensen op zoek zijn naar anderen om groepen te vormen en dus vertrappelen kan optreden. Wanneer een persoon geen richting heeft wanneer hij / zij kan bewegen, wordt hij / zij vertrapt. In de figuren 6-9 zijn de plaats van de brand en de verspreiding van het vuur rood gemarkeerd. In contrast, blue indicates the location of people at the start of an event, a fire.
(a)
(b)
(c)
(d)
(a)
(b)
(c)
(d)
Figure 7
The OFN visualization of Nx-positive (a), Ny-positive (b), Nx-negative (c), and Ny-negative (d).
Figuur 8
Fuzzy number with the extension.
figuur 9
werkbaar slecht.
Figuur 10
Kiss Nachtclub schema met mensen en vuur in CAEva-programma.
Figuur 11
CAEva-programma na het simuleren van vuur in de nachtclub van Kiss.
Figuur 12
Het Cocoanut Grove-schema met mensen en vuur in CAEva-programma.
Figuur 13
CAEva-programma na het simuleren van brand in de Cocoanut Grove.
4. Conclusies
zoals men kan zien, kunnen uitgevoerde simulaties helpen begrijpen hoe mensen zich gedroegen ten tijde van de brand, of ze de menigte volgden op zoek naar een uitgang, of ze alleen handelde, of waren ze vastberaden genoeg om een uitweg te vinden. In één geval vertoonden mensen een hogere mate van vastberadenheid (75% kans om naar de uitgang te gaan), terwijl in het tweede geval het niveau lager was (50%). Simulaties kunnen worden gebruikt als waarschuwing tijdens de analyse van het beveiligingsniveau, maar ook als onderdeel van een gedetailleerde analyse van de gebeurtenissen die zich hebben voorgedaan.
de vergelijking van de voorgestelde methode met het werkelijke geval heeft aangetoond dat het uiterst moeilijk is om een simulatie van een brandtrapscenario te maken. Het meest uitdagende element is het gedrag van mensen, dat stochastisch en onvoorspelbaar kan worden. De auteurs van deze studie slaagden erin om het scenario van de ontsnapping van mensen uit een gebouw te herscheppen door middel van cellulaire automaten, waarvan de uitvoering het voorwerp was van dit artikel. Een geschikte configuratie van het programma gebruiken: het bepalen van de waarschijnlijkheid van een persoon op weg naar de uitgang, de brandparameters en aan/uit instelling van het groepseffect maken het mogelijk om de volgende conclusies te trekken. Wanneer het groepseffect wordt toegepast in het programma is het aantal mensen dat sterft als gevolg van vertrapping groter dan in het geval dat dit effect is uitgeschakeld. Het sterftecijfer stijgt wanneer mensen niet in staat zijn om in welke richting dan ook te bewegen, wat het gevolg is van individuen die zich verzamelen in groepen die gebieden met een hoge dichtheid creëren, waar vaak vertrapping optreedt. De resultaten die het dichtst bij de werkelijke aantallen bleken te liggen, werden bereikt wanneer de waarde van waarschijnlijkheid waarmee mensen ontsnappen ongeveer 50-75% bedroeg. De belemmeringen die van invloed zijn op het besluitvormingsproces tijdens de evacuatie omvatten, onder andere, beperkte zichtbaarheid als gevolg van de rook, als gevolg van de verbranding van brandbare materialen, hoge temperatuur en giftige gassen. Het resultaat van de CAEva-methode kan waardevolle informatie opleveren voor architecten en bouwers. De resultaten van het programma bevestigen de stelling dat onophoudelijke of onwettige blokkering van vluchtroutes in gebouwen tragische gevolgen kan hebben in elke fase van de bouwoperatie. De mensen die verantwoordelijk zijn voor brandveiligheid en structurele veiligheidsinspecties kunnen dergelijke instrumenten gebruiken om hun beslissingen te rechtvaardigen die soms te streng lijken. Om de simulatie nog realistischer te maken, is het de moeite waard om de optie van automatische verandering van de parameter met betrekking tot de waarschijnlijkheid van een persoon die naar de uitgang tijdens de simulatie. Het toevoegen van aanvullende voorwaarden om nauwkeuriger resultaten te leveren is ook mogelijk. Bij de toekomstige experimenten moet hiermee rekening worden gehouden.
belangenconflicten
De auteurs verklaren dat er geen belangenconflicten zijn met betrekking tot de publicatie van dit artikel.
2.4. CAEva-simulatiemethode
CAEva-simulatiemethode is een programma dat is opgesteld om de brandtrapscenario ‘ s in gebouwen te oefenen . Het helpt om verschillende simulatieresultaten te vergelijken en passende conclusies te trekken. Het programma is geïmplementeerd in de C++Builder-omgeving, een objectgeoriënteerde programmeertool in Windows-omgeving en is gratis beschikbaar op de AIRlab-website . Het programma maakt het tekenen van een plank van elke grootte, met inbegrip van het plan van een gelijkvloers gebouw, om mensen binnen te lokaliseren en om de bron van vuur aan te geven. Het bord bestaat uit een raster van cellen. Elke cel kan slechts één van de volgende toestanden aannemen: vuur, muur, persoon, persoon in brand, of een lege cel. Figuur 4 toont het diagram van toestanden voor een enkele cel in de brandsimulatieautomaat.
2.5. Randvoorwaarden
De discrete ruimte, waar verschillende evoluties van cellulaire automaten plaatsvinden, omvat een D-dimensionaal, theoretisch oneindig raster. Aangezien dit soort raster niet kan worden geïmplementeerd in computertoepassing, wordt het weergegeven in de vorm van een beperkte tabel. Daarom is het noodzakelijk om randvoorwaarden te stellen aan de rastergrenzen, dat wil zeggen aan de tabelgrenzen. De basisvoorwaarden zijn weergegeven in Figuur 5. Deze voorwaarden zijn analoog na rasterrotatie van 90 graden, dus verdere regelingen werden overgeslagen als triviaal. De volgende regels werden gebruikt voor de simulatie van de celbeweging in de wandrichting: I)rechte beweging: de toestand van de cel blijft ongewijzigd, ii)diagonale beweging: de toestand van de cel verandert in een lege, aangezien de invalshoek gelijk is aan de terugslaghoek, moet de toestand van de cel in het spiegelbeeld veranderen in de toestand van de cel die de beweging heeft geïnitieerd, iii)bewegingsomstandigheden: iv)beweging is mogelijk als de doelcel zich in de lege toestand bevindt. Anders zal de cel zijn toestand niet veranderen, (v) de poging van de beweging van de cel in “persoon” – toestand naar de cel in “brand” – toestand verhoogt het aantal brandwonden van de initiërende cel.
een speciaal geval is een poging van de beweging vanuit de hoek van het bord. Een rebound in drie initiërende richtingen verandert de toestand van een cel niet, maar het kan het veranderen als gevolg van een poging van de beweging in de opeenvolgende vijf richtingen. Er moet ook worden opgemerkt dat bewegingsregels en-voorwaarden van toepassing zijn op de cellen in de “persoon” – staat en in de “vuur” – staat. De velden waarop de beweging niet kan worden uitgevoerd zijn de cellen in de “muur” toestand. Rebound voorwaarden komen voor aan de rand van het cellulaire Automata raster, dat een barrière vormt van waaruit bewegende virtuele objecten rebound (in visuele zin). Deze voorwaarden worden gebruikt om ingekapselde empirische ruimten te simuleren.
2.6. Transferfunctie
De evolutie van cellulaire automaten vindt plaats in afzonderlijke tijdbepalende opeenvolgende verwerkingscycli. Elk afzonderlijk moment wordt gebruikt voor het bijwerken van de toestand van individuele cellen; dus elke automaat is een dynamisch object in de tijd. In elke iteratie kan de transferfunctie alle cellen in het raster één voor één verwerken (berekenen) volgens specifieke regels. Elke verwerkte cel ontvangt zijn nieuwe toestand op basis van de berekening van de huidige toestand en toestanden van de naburige cellen. Transferregels en de toestandsruimte, evenals de gedefinieerde omgeving, zijn inherente elementen van het cellulaire automata evolutieproces. Eenmaal uitgevoerd, toont het programma het hoofdscherm klaar om het bouwplan te tekenen en individuele elementen binnen te regelen. Zodra het bord is getekend en alle componenten zijn gerangschikt, kan de gebruiker de configuratie van vuur en mensen parameters en instelling van de groep effect starten. Brand parameters zijn als volgt:(i)vuur gaat alleen uit als het aantal buren kleiner is dan 1, (ii)vuur gaat uit van overbevolking als het aantal buren groter is dan 3, (iii)nieuw vuur wordt gegenereerd als het aantal buren ten minste 3 is, (iv)vuur wordt gegenereerd als het aantal buren kleiner is dan of gelijk is aan 4. Parameters met betrekking tot mensen zijn als volgt:(V)de kans dat een persoon gaat naar de uitgang in standaard staat is 50,(vi)het aantal brandwonden resulterend in de dood is 5,(vii)groep effect is aan/uit.
Er zijn punten in het scherm die mensen simuleren die ontsnappen naar de uitgang en het voortbrengende vuur. Alle gebeurtenissen worden geregistreerd in de tabel van statistieken. Ze omvatten het aantal mensen dat binnen het bord blijft, gered van en gestorven in het vuur of door het verpletteren . Die verkregen gegevens maken het mogelijk conclusies te trekken uit de experimenten .
2.7. Implementatie van OFN notatie bij vage waarneming van echt brandongeval
het gebruik van geordende vage getallen in cellulaire automatisering lijkt een natuurlijke stap te zijn. Er zijn veel notaties van fuzzy numbers die worden geïntroduceerd door Zadeh, Klir, Dubois et al. , en Kłopotek et al. onder andere. Aangezien we in dit geval een tweedimensionaal apparaat hebben waarin Moore ‘ S buurt bovendien wordt gebruikt, zijn er acht beschikbare bewegingen uit cellen . Een voorbeeld van deze situatie is weergegeven in Figuur 6.
Er is een deel van de buurt dat dichter bij de uitgang is, en het andere deel dichter bij de groep cellen in de menselijke toestand . Aldus, zijn er twee mogelijke reeksen bewegingen voor deze cel in kwestie, afhankelijk van de determinant . Aangezien elk van de Verzamelingen een vier-element is, is de notatie van fuzzy numbers die geordende fuzzy numbers worden genoemd, geschikt voor de beschrijving ervan . Na de dood van de maker OFNs in sommige werken worden ook wel ‘ s Fuzzy Numbers. In deze notatie heeft het fuzzy getal A in het algemeen de vorm van een trapezium beschreven door coördinaten, die wordt weergegeven in Figuur 8.
pijl in Figuur 8 toont de richting die de volgorde van de individuele coördinaten weergeeft. Op dergelijke vage getallen is het mogelijk om rekenkundige bewerkingen uit te voeren zoals beschreven in de literatuur :(I)optellen: (ii)scalaire vermenigvuldiging: (iii)Aftrekken: (iv)vermenigvuldiging: (V)deling:
een gegeven set van mogelijke bewegingen in Moore ‘ s omgeving van de cel naar cel wordt getoond in Figuur 9. Afhankelijk van de instellingen van het algoritme, kan de verkeersdeterminant(i)gaan naar de dichtstbijzijnde uitgang,(ii)het krijgen van de dichtstbijzijnde bijeenkomst van mensen.
de determinant zal gerelateerd zijn aan het fuzzy getal in de OFN notatie .
definitie 1. Laat twee paar vage getallen zijn. De regie zal positief zijn voor een subset van dichter bij de aangegeven determinant:Een paar coördinaten die meer op afstand van de determinant zal worden aangeduid door negatieve regisseren:Een subset van cellen die een verdere beweging kan worden bepaald, is een paar vage nummers die voldoen aan de volgende regels: positief positief uit, DAN ook Van deze set van paren beschreven , welke staat voor de vier mogelijke verschuivingen in de volgende evolutie van de cellular automaton, een paar coördinaten wordt getekend. Standaard moeten de velden waarin het verkeer onmogelijk is, uit de lijst worden verwijderd. Als er geen beweging mogelijk is in een van de vier cellen, zal de celtoestand niet veranderen. Dit symboliseert een situatie waarin een persoon onbeweeglijk blijft.
3. Het Experiment met CAEva methode
De auteurs lanceerden een simulatie van het Kiss Nachtclub scenario in CAEva programma. Ze plaatsten mensen binnen en staken de brand aan. Het gebouw bestaat uit zeven kamers en er was slechts één uitgang. De blauwe punten markeren mensen en de rode vuren. Verschillende tests werden uitgevoerd op basis van dit schema en de veronderstelde voorwaarden waren als volgt: het doel van de test was om een brand van het gebouw te simuleren, gebaseerd op bepaalde regels en relaties. Het instellen van de volgende parameters, de selectie van versies en inherente regels vormen samen een omgeving die van invloed zijn op het sterftecijfer. De variabelen waren(I)de indeling van de verdiepingen van het gebouw, met inbegrip van het aantal en de plaats van de deuren, (ii)de verdeling van een bepaald aantal mensen in het gebouw op bepaalde plaatsen, (iii) het instellen van de brandparameters:(A)het vuur gaat alleen uit als er geen buren zijn,(b)het vuur gaat uit als gevolg van overbevolking als er meer dan 3 buren zijn,(c)nieuw vuur wordt gegenereerd als er minstens 3 buren zijn, maar niet meer dan 4,(iv)instelling van de parameters voor mensen (levende cellen):(a)aantal brandwonden resulterend in de dood is standaard ingesteld op 5,(v)locatie van de brandbron op het bord,(vi)het specificeren van de waarschijnlijkheid van mensen op weg naar de uitgang (drie opties): 25%, 50% en 75%, (vii)specificeren of mensen in groepen naar de uitgang gaan (twee opties): met of zonder groepseffect.
Figuur 10 toont Kiss nightclub schema voordat het simulatieproces werd gestart. De rode vierkanten staan voor vuur en de Blauwe voor mensen. Figuur 11 presenteert Kiss Nachtclub schema na het voltooien van de simulatie. Figuur 12 toont Cocoanut Grove schema voordat het simulatieproces werd gestart. De rode vierkanten staan voor vuur en de Blauwe voor mensen. Figuur 13 presenteert Cocoanut Grove schema na het voltooien van de simulatie. De simulatie werd tweehonderd keer gemaakt voor elke conditie; er waren zes omstandigheden die 1200 simulaties opleverden voor één brandongeluk. Tabel 2 geeft de gemiddelde resultaten van de uitgevoerde simulatie weer. Rekening houdend met de werkelijke gegevens over het aantal doden bij de brand in Kiss nightclub, werd het resultaat dat het dichtst bij het werkelijke dodental lag, bereikt met 75% waarschijnlijkheid dat mensen naar de uitgang gingen en met groepseffect uitgeschakeld. Tabel 3 vergelijkt de gemiddelde resultaten met de reële cijfers.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
zoals u kunt zien in Tabel 2, vermindert de toename van de kans dat mensen naar de uitgang gaan het aantal mensen dat sterft als gevolg van brand. Het aantal slachtoffers neemt alleen af als het groepseffect optreedt. Bovendien neemt het totale aantal mensen dat een brand heeft overleefd ook toe naarmate de kans dat mensen naar de uitgang gaan toeneemt.
zoals weergegeven in Tabel 3, werd de kleinste relatieve fout verkregen bij afwezigheid van groepseffect en bij de waarde van 75% van de mensen die naar de uitgang gingen. De grootste fouten werden bereikt met het groepseffect ingeschakeld en met de 25% kans dat mensen naar de uitgang gaan. Dit zou kunnen betekenen dat in het geval van deze brand, het groepseffect niet werkte, en mensen waren op zoek naar een uitweg uit zichzelf.
zoals u kunt zien in Tabel 4, heeft ook hier de toename van de kans om naar de uitgang van het pand te gaan het aantal mensen dat bij de brand is omgekomen, verminderd. Tabel 5 vergelijkt de gemiddelde resultaten met de reële cijfers. De kleinste fout werd verkregen voor de gehandicapte groep effect, maar met een waarde van 50% van de mensen op weg naar de uitgang. Dit kan betekenen dat, in het geval van een brand in deze club, groepseffect ook niet werkte, maar mensen niet haasten om de club te verlaten, wat een tragisch effect heeft veroorzaakt.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
het sterftecijfer hangt af van de plaats waar de brand uitbreekt. Als de brand elke kamer blokkeert, dan zijn de mensen die er verblijven niet in staat om te ontsnappen en de uitgang te bereiken, zelfs als ze er naartoe gaan met 100% waarschijnlijkheid. Het groepseffect dat in het programma wordt gebruikt, helpt niet noodzakelijk bij het ontsnappen van mensen uit het gebouw. Het kan menigte genereren, omdat mensen op zoek zijn naar anderen om groepen te vormen en dus vertrappelen kan optreden. Wanneer een persoon geen richting heeft wanneer hij / zij kan bewegen, wordt hij / zij vertrapt. In de figuren 6-9 zijn de plaats van de brand en de verspreiding van het vuur rood gemarkeerd. In contrast, blue indicates the location of people at the start of an event, a fire.
(a)
(b)
(c)
(d)
(a)
(b)
(c)
(d)
4. Conclusies
zoals men kan zien, kunnen uitgevoerde simulaties helpen begrijpen hoe mensen zich gedroegen ten tijde van de brand, of ze de menigte volgden op zoek naar een uitgang, of ze alleen handelde, of waren ze vastberaden genoeg om een uitweg te vinden. In één geval vertoonden mensen een hogere mate van vastberadenheid (75% kans om naar de uitgang te gaan), terwijl in het tweede geval het niveau lager was (50%). Simulaties kunnen worden gebruikt als waarschuwing tijdens de analyse van het beveiligingsniveau, maar ook als onderdeel van een gedetailleerde analyse van de gebeurtenissen die zich hebben voorgedaan.
de vergelijking van de voorgestelde methode met het werkelijke geval heeft aangetoond dat het uiterst moeilijk is om een simulatie van een brandtrapscenario te maken. Het meest uitdagende element is het gedrag van mensen, dat stochastisch en onvoorspelbaar kan worden. De auteurs van deze studie slaagden erin om het scenario van de ontsnapping van mensen uit een gebouw te herscheppen door middel van cellulaire automaten, waarvan de uitvoering het voorwerp was van dit artikel. Een geschikte configuratie van het programma gebruiken: het bepalen van de waarschijnlijkheid van een persoon op weg naar de uitgang, de brandparameters en aan/uit instelling van het groepseffect maken het mogelijk om de volgende conclusies te trekken. Wanneer het groepseffect wordt toegepast in het programma is het aantal mensen dat sterft als gevolg van vertrapping groter dan in het geval dat dit effect is uitgeschakeld. Het sterftecijfer stijgt wanneer mensen niet in staat zijn om in welke richting dan ook te bewegen, wat het gevolg is van individuen die zich verzamelen in groepen die gebieden met een hoge dichtheid creëren, waar vaak vertrapping optreedt. De resultaten die het dichtst bij de werkelijke aantallen bleken te liggen, werden bereikt wanneer de waarde van waarschijnlijkheid waarmee mensen ontsnappen ongeveer 50-75% bedroeg. De belemmeringen die van invloed zijn op het besluitvormingsproces tijdens de evacuatie omvatten, onder andere, beperkte zichtbaarheid als gevolg van de rook, als gevolg van de verbranding van brandbare materialen, hoge temperatuur en giftige gassen. Het resultaat van de CAEva-methode kan waardevolle informatie opleveren voor architecten en bouwers. De resultaten van het programma bevestigen de stelling dat onophoudelijke of onwettige blokkering van vluchtroutes in gebouwen tragische gevolgen kan hebben in elke fase van de bouwoperatie. De mensen die verantwoordelijk zijn voor brandveiligheid en structurele veiligheidsinspecties kunnen dergelijke instrumenten gebruiken om hun beslissingen te rechtvaardigen die soms te streng lijken. Om de simulatie nog realistischer te maken, is het de moeite waard om de optie van automatische verandering van de parameter met betrekking tot de waarschijnlijkheid van een persoon die naar de uitgang tijdens de simulatie. Het toevoegen van aanvullende voorwaarden om nauwkeuriger resultaten te leveren is ook mogelijk. Bij de toekomstige experimenten moet hiermee rekening worden gehouden.
belangenconflicten
De auteurs verklaren dat er geen belangenconflicten zijn met betrekking tot de publicatie van dit artikel.
