面向洪水灾害评估的城市建模与仿真

洪水灾害是一种突发性自然灾害,它给人民生命、财产带来了巨大的损失。为了辅助洪水灾害评估,减少洪水灾害带来的损失,提出了一种基于LiDAR（Light Detection And Ranging）数据的城市建模与仿真方法。该方法首先基于LiDAR数据和航拍图像对城市房屋和道路进行重建,然后基于重建数据,对洪水灾害及发生洪水灾害时的人员疏散情况进行仿真,并以可视化形式对仿真场景进行显示。最后以美国路易斯安那州新奥尔良市的LiDAR点云数据和航拍图像为实验数据,验证了这种城市建模与仿真方法在辅助洪水灾害评估时的有效性。

Abstract：

Flood is a kind of unexpected natural disaster,which brings huge damage to people＇s lives and property. In order to assist flood disaster assessment,reduce the loss,a city modeling and simulation method based on LiDAR data was proposed. First,the 3D city model was reconstructed based on the LiDAR point data and aerial images. Next,the city in flood disaster given the flood level was simulated,and at the same time,the evacuation situation of people was simulated. At last,the simulation result was visualized. Based on the experiment using the LiDAR point data and aerial images from New Orleans,Louisiana,the assisting flood disaster assessment method was validated.     

考虑旅客跨车厢行为的动车组人员疏散仿真

为研究旅客跨车厢行为对动车组人员疏散情况的影响,建立考虑出口选择的元胞自动机模型。以CR400BF型动车组二等车为研究对象,使用疏散效率、冲突次数和过道拥堵程度等指标,研究旅客跨车厢现象对车厢疏散的作用,并讨论旅客座位分布、相邻车厢转移旅客数量与车门开启方式等因素对疏散情况的影响。仿真结果表明：离散的位置分布使冲突次数减少约44.7%;旅客跨车厢疏散会降低本车厢旅客疏散效率;相邻车厢转移旅客数量与本车厢旅客疏散时长呈先线性增大后趋于稳定的关系;相邻车厢不同车门开启方式对本车厢旅客疏散效率的影响不同。     

基于空间划分的疏散仿真方法

现代社会对于公共安全的要求越来越高,人员密集场合的安全越来越引起关注.面对结构复杂的建筑环境,有效分析和预测人员疏散的性能和后果成为建筑设计和公共管理等领域需要认真面对的重大课题.考虑到疏散仿真作为复杂系统仿真的特点,在以往国内外疏散仿真研究的成果基础上,针对复杂的疏散环境,采用基于空间划分的环境建模方法,利用基于感知的划分准则将疏散环境划分成不同的区域或三维空间,结合人员仿真方法和交互的结构框架构成基于空间划分的疏散仿真原型系统.     

不同路径选择策略的城市疏散仿真研究

结合Agent模型和GIS系统构建了城市大范围人员疏散仿真系统,采用A*算法建立了Agent的路径选择模型,讨论了基于最短距离、最短时间和混合型的三种路径选择策略.还基于实际的城市道路和人口数据,构建了疏散场景进行模拟.模拟结果表明:步行方式下不同路径选择策略下总体疏散时间差别不大,而车辆方式下则差别很大.不同路径选择策略下交通流的分布呈现不同特征,道路的拥挤路段和节点也不一致,因此需要采取合适的诱导策略进行引导.     

社会行为驱动的疏散仿真方法研究

在紧急疏散场景中,个人具有的典型社会属性会对其疏散行为产生影响。将个体对环境的熟悉程度和个体所属团队这2种社会因素引入并应用到人群疏散仿真中,提出一种疏散仿真方法。利用RVO库的实时避碰技术模拟人群的动态运动过程,通过添加局部目标点以及对局部目标点的选择机制来动态模拟人群不同的社会行为。通过对不同熟悉度的人群以及不同团队数量的人群进行仿真实验,实验结果表明环境熟悉程度和团队因素对疏散时间存在一定影响,仿真结果具有较高真实性。     

基于几何连续模型的人员疏散仿真

在分析和比较现有疏散模型的基础上,提出了一种新的人员疏散几何连续模型。采用出口吸引力的概念实现了多出口平面的人员疏散出口选择,引入了路径搜索算法实现了人员对障碍物的绕行,提出了基于平面连续的人员绕行,超越,等待等现象的算法。仿真结果显示本算法的有效性和优越性。     

基于实时数据的应急交通疏散仿真方法研究

突发事件应急管理是非常态复杂系统问题,目前缺乏有效的研究手段.由于突发事件发生频率低,演化模型不明确,不确定性高的特点,在常态下广泛适用的传统仿真模型和基于数据的模型,通常难以直接应用在非常态情景中.本文提出了基于实时数据的应急交通疏散仿真方法,通过融合仿真模型和数据分析技术,使仿真系统能够兼容常态与非常态仿真计算,增强了其在非常态下的适应能力.本文以大规模交通疏散为例设计了仿真方法,该方法可以提高应急状态下交通仿真系统的预测准确性,并有能力提供多种事件的可能发生方向,为交通疏散应急管理提供决策支持.     

面向场景的人群疏散并行化仿真

随着计算机仿真技术的发展,人员疏散仿真逐渐在公共安全领域得到越来越广泛的应用.目前,关于疏散仿真的研究主要关注于人员行为模型的建立,无法满足对场景的复杂性和各种大范围公共安全事件的实际仿真需求.从对疏散仿真的场景组织研究入手,探讨可以为大规模、复杂场景中的人员疏散仿真模拟提供支撑的仿真架构,提出的面向场景的人员疏散仿真算法,并在此基础上,对大规模人员疏散仿真并行化进行了研究.     

灾害扩散实时影响下的应急疏散路径选择模型

应急疏散的目的是要在灾害发生时将处于危险地带的人群尽快转移至安全地带.由于灾害的扩散,疏散网络中各弧段上的路况将不断恶化,且不同的弧段受到灾害扩散影响的程度也将不同.为此,在提出的应急疏散路径选择模型中,将通过疏散路径所需的总疏散时间最短作为优化目标,将各弧段上的通行速度表示为关于时间的连续递减函数,并对不同弧段的速度函数设置了不同的衰减参数.设计了求解这一时变最短路问题的改进Dijkstra算法并给出了算法的正确性证明,仿真实例说明了模型和算法的有效性和可行性.     

基于改进A*算法的多层邮轮疏散系统仿真

为解决海上航行应急疏散效率低下的问题,提出一种基于改进A*算法的应急疏散系统。以网络流模型为基础,采用邻接节点的遍历方式完成路径搜索,并在代价值的计算中加入路径人员密度和路径障碍物的影响,使算法更具实用性。为提升算法效率,对网络进行节点优化,给出单层多出口情况下的多路径择优方案,并考虑在路径发生拥堵时进行二次规划。仿真结果表明：该系统能够为多层大型邮轮上的人员提供一条有效的疏散路径,不仅在安全性方面可以有效避免路段拥堵情况,而且在疏散时间方面较传统A*算法更短,疏散效果更好。     

基于栅格法的钢厂无人天车调度系统

为解决钢厂无人天车自动调度问题,利用栅格法建模。提出了一种改进的A*算法,对库房各路段和天车不同的移动方式赋予不同的移动代价,计算出总代价最小,并能规避障碍物的板坯调运线路;为了解决人工操作天车效率低的问题,设计了一套智能调运规则,可有效处理调运过程中可能出现的天车冲突、紧急不可用,以及天车之间、天车与平板车之间相互配合等问题,最终生成天车及相关设备的调运指令。仿真实验结果及现场应用表明了上述方法的可靠性和高效性。     

基于协作式深度强化学习的火灾应急疏散仿真研究

火灾是威胁公共安全的主要灾害之一,火灾产生的高温和有毒有害烟气严重影响了疏散路径的选择。将深度强化学习引入到应急疏散仿真研究,针对多智能体环境提出了协作式双深度Q网络算法。建立随时间动态变化的火灾场景模型,为人员疏散提供实时的危险区域分布信息;对各自独立的智能体神经网络进行整合,建立多智能体统一的深度神经网络,实现所有智能体之间的神经网络和经验共享,提高整体协作疏散效率。结果表明：所提方法具有良好的稳定性和适应性,训练和学习效率得到提升,具有良好的应用价值。     

船舶自动舵和自动避碰算法仿真测试平台的研究

采用MatLab的Simulink工具箱和实船实验测试船舶自动舵和自动避碰算法，存在风险大、调试周期长、费用高的缺点。基于全任务船舶操纵模拟器，研究可用于测试船舶自动舵算法和自动避碰算法的仿真测试平台。详细介绍了该测试平台的体系结构、系统功能、接口设计，并以船舶航迹保持算法为例仿真测试了该算法对一艘商船的控制效果。该平台已成功应用于船舶自动舵和自动避碰算法的测试。     

基于遗传算法的嵌入式仿真的系统辨识与控制优化

数字随动(伺服)系统因具有非线性、不确定性和时变性,难以精确地建立系统的数学模型,由此对设计高性能的控制器造成困难.遗传算法因其隐含并行性、全局搜索等优点,在优化问题领域得到了很好的应用,但遗传算法简单应用于如数字随动系统这样的控制系统在线闭环辨识或参数优化时,会面临大量重复实验成本高、实验时间过长引起系统不稳定等实际问题.针对以上困难,提出一种基于嵌入式仿真的系统辨识方法,采用遗传算法进行数字随动系统同步在线闭环模型参数辨识与控制参数寻优.经过在数字随动系统实物环境下实验,证明了该方法的有效性.     

基于CCPSO及PP模型的洪灾评估方法及其仿真应用

以求解洪水灾情评估问题为背景,针对洪灾评估模型参数难以优化这一问题,研究了一种混沌文化粒子群算法(CCPSO)。该算法将PSO纳入文化算法的框架,并在算法中引入局部遍历搜索性能较强的混沌搜索,组成基于PSO的群体空间以及基于混沌优化的信念空间,通过两个种群的独立演化及信息交流来提升算法的全局寻优能力。典型的测试函数的测试结果表明,CCPSO可以有效克服PSO存在的早熟收敛问题,全局收敛能力较PSO有较大提高。同时,为提高洪水灾情评估的灾情分辨率,提出一种基于CCPSO及投影寻踪模型的洪灾评估方法,该方法采用一种修正Logistic曲线来建立洪灾评估的投影寻踪模型,并使用CCPSO来优化投影指标函数以及模型参数。仿真应用结果验证了该方法的合理性及有效性。     

基于海浪谱的随机海浪仿真及验证

将VV＆A技术引入了海浪仿真研究。首先比较了线性叠加法和线性滤波法并对其仿真结果进行了校核，然后验证了仿真结果，并讨论了谱窗估计和最大熵谱估计两种方法在海浪谱仿真验证中的可用性，最后通过在PC机和工作站上的大量仿真试验分析了海浪视景实时仿真相匹配的网格、频率等参数的选择对帧时间的影响。研究表明上述结果在海浪仿真、验证和视景生成方面具有参考应用价值。     

SDG自动生成故障树软件的研究与开发

故障树分析法是分析系统可靠性的一种有效方法。对于复杂系统而言,进行故障树自动生成十分重要。本文从基于符号定向图的定性仿真方法出发,开发了一套可视化的故障树自动生成软件。本软件由人机交互接口、信息处理中心和推理机三个部分组成,能够支持故障树自动生成的全过程。在软件核心部分推理机的设计中,针对传统的Lapp&Powers算法进行了两点改进。首先,我们提出一种基于反向搜索索引及操作符模块化组态的全面快速的定性推理机制;其次,我们提出了一种新颖高效的矩阵开拓算法,用于搜索SDG模型中的负反馈回路及前馈回路。本文最后给出一个硝酸换热器的故障树自动生成过程,证明了本软件的实用性和高效性。     

An Adaptive Simulation Algorithm Based on Fuzzy Stiffness Recognition and Its Application to Power Station Simulation

ＡｎＡｄａｐｔｉｖｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｌｇｏｒｉｔｈｍＢａｓｅｄｏｎＦｕｚｚｙＳｔｉｆｎｅｓＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏＰｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＷａｎｇＲｕｉｆａｎｇＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＤｅｐａ...     

基于可视化仿真的水电工程施工进度分析与控制研究

对基于可视化动态仿真的水电工程施工进度分析与控制进行了研究,提出了基于GIS的施工进度可视化动态仿真方法,实现了施工进度仿真建模、计算及结果的可视化;提出了结合柔性网络计划技术的进度分析与优化方法,包括工期分析及资源优化,在此基础上提出了基于可视化动态仿真的施工进度实时管理与控制方法;进行了实例分析,其成果在工程施工进度管理当中的成功应用表明所提方法具有可行性和优越性.