Oprogramowanie CrowdSim do modelowania dynamiki pieszych

• Autorzy: Dobrowolski M. , Maciak T.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.52.4.2018.3

Warianty tytułu

EN

CrowdSim – Pedestrian Dynamics Modeling Software

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

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. Projekty i metody: 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 wyj-ście 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.

EN

Aim: Phe aim of the article is to present CrowdSim, proprietary software for modeling the dynamics of pedestrians. The software offers algorithms based on a 2-dimensional model of aCellular Automaton (CA). They include strategic pedestrian choices of the exit (CA-A model) and the formation of blockages (Model CA-B). Implementation of various models in terms of their complexity provided the opportunity to compare their efficiency, functioning and realism of the results obtained.Project and methods: In order to better and more credibly determine pedestrian paths, two modifications were proposed to improve the operation of simulation algorithms. The first of these was the introduction of advanced algorithms ranking cells: SRA (Simple Ranking Algorithm), BFS-RA (Breadth First Search Ranking Algorithm) and ARA (Advanced Ranking Algorithm). The value of the ranking of a given cell in the simulation process is for each BITP VOL. 52 ISSUE 4, 2018, pp. 46–66, https://dx.doi.org/10.12845/bitp.52.4.2018.3SAFETY & FIRE TECHNIQUERESEARCH AND DEVELOPMENT47of the actors the determinant of the path on which it moves. Another proprietary improvement was the introduction of the concept of actor's memory to the definition of a cellular automata, thanks to which pedestrians, while remembering their last movements, move more smoothly and realistically.Results: For the purposes of model comparison, a special map of the building with the dimensions of 40 to 22.5 meters (900 m2) has been prepared, able to accommodate a maximum of 3000 people. The simulations showed that in the case of the CA model, the actors gather at one of the outputs while the others are mostly unused. This is due to the fact that the CA model lacks the cost function, so the actor always chooses the nearest output. Things are different in the case of the CA-A model. Here, the actors equally burden each exit, they are able to make decisions regarding the choice of the exit not only on the basis of the distance but also the concentration of actors at the given exit. When comparing the CA-A and CA-B models, there are practically no differences in the received output load statistics. Only after a closer look at the movement of the actors during the simulation can be seen that if in the case of a clean CA-A model people move according to the ideal order, in the CA-B model there are momentary blockages and deadlocks of actors.Conclusions: CrowdSim software created and presented in this work can be used by designers, architects or constructors as well as law enforcement, protection of a given facility or organizers of mass events. Simulations made repeatedly for one scenario with different input parameters reveal problems and bottlenecks that may appear during evacuation from an object at risk. Conducting such simulations at the design stage can have a very positive impact on the safety of people using a given facility, as well as improve its functionality.

Słowa kluczowe

PL

ewakuacja; modelowanie; automat komórkowy

EN

evacuation; modelling; cellular automata

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 52, iss. 4
• Strony: 46--66
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dobrowolski M.

• Politechnika Białostocka / Bialystok University of Technology

autor

Maciak T.

• Politechnika Białostocka / Bialystok University of Technology

Bibliografia

• [1] The 9th international conference on Pedestrian and Evacuation Dynamics August 2018 in Lund, Sweden, [dok. elektr.] https://www.conferencemanager.dk/PED2018/event.html [dostęp: grudzień 2018].
• [2] Cellular Automata for Research and Industry, The 13th Internatio-nal Conference and School – Como Italy, September 2018, [dok. elektr.] http://acri2018.disco.unimib.it/ [dostęp: grudzień 2018].[
• [3] The Conference on Traffic and Granular Flow, Washington, DC, USA, July 2017, [dok. elektr.] https://tgf17.gwu.edu/ [dostęp: grudzień 2018].
• [4] Oasys-software, www.oasys-software.com [dostęp: grudzień 2018].
• [5] Pathfinder: Thunderhead, www.thunderheadeng.com/pathfinder[dostęp: grudzień 2018]
• [6] Exodus: Fire Safety Engineering Group, www.fseg.gre.ac.uk/exodus [dostęp: grudzień 2018]
• [7] Legion Software: Legion, www.legion.com/legion-software [dostęp: grudzień 2018].
• [8] FDS+Evac tools: Ruggiero Lovreglio, www.lovreglio.altervista.org[dostęp: grudzień 2018]
• [9] Goalem Crowd: Goalem, http://golaem.com/content/product/go-laem [dostęp: grudzień 2018].
• [10] Massive Software, http://www.massivesoftware.com [dostęp: grudzień 2018]
• [11] Miarmy Basefount, http://www.basefount.com/miarmy.html [dostęp: grudzień 2018].
• [12] Quadstone Paramics, http://www.paramics-online.com/index.php[dostęp: grudzień 2018]
• [13] VISSIM, PTV Group, http://vision-traffic.ptvgroup.com/en-uk/pro-ducts/ptv-vissim/ [dostęp: grudzień 2018].
• [14] Burstedde C.K., Klauck K., Schadschneider A., Zittartz J., Simulation of pedestrian Dynamics using a 2-dimensional cellular automata, „Physica A” 2001, 295, 507–525, [dok. elektr.] https://pdfs.seman-ticscholar.org/8afc/062897038b24a0060b7bc2ca62d046b7a82c.pdf [dostęp: grudzień 2018]
• [15] Klüpfel H.L., A Cellular Automaton Model for Crowd Movement and Egress Simulation, PhD thesis, University of Duisburg-Essen, 2003, [dok. elektr.] https://duepublico.uni-duisburg-essen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-5477/Disskluepfel.pdf [dostęp: grudzień 2018]
• [16] Wąs J., Algorytmy modelowania inteligentnych zachowań dynamiki pieszych z zastosowaniem niehomogenicznych automatów komórkowych, Praca doktorska, AGH, Kraków 2006, [dok. elektr.] https://docplay-er.pl/45682913-Akademia-gorniczo-hutnicza-im-stanislawa-sta-szica-w-krakowie-wydzial-elektrotechniki-automatyki-informaty-ki-i-elektroniki-katedra-automatyki.html [dostęp: grudzień 2018]
• [17] Barański M., Maciak T., Automaty komórkowe w modelowaniu ewakuacji, Bezpieczeństwo i technika pożarnicza, BiTP Vol. 43, Issue 3, 2016, pp. 127–142, DOI: 10.12845/bitp.43.3.2016.12
• [18] Bouvier E., Cohen E., Najman L.; From crowd simulation to airbag em-ployment: particle systems, a new paradigm of simulation, “Journal of Electronic Imaging” 1997, 6, 1, s. 94–107.
• [19] Breadth first search, https://en.wikipedia.org/wiki/Breadth-first_search, [dostęp: grudzień 2018]
• [20] Dobrowolski M.; Automaty komórkowe w modelowaniu ewakuacji ludzi, praca dyplomowa, Politechnika Białostocka, Wydział Informatyki 2017, Promotor T .Maciak
• [21] Unity3D: Microsoft, https://unity3d.com/ [dostęp: grudzień 2018].

Uwagi

PL

Opracowanie wykonano w ramach realizacji pracy statutowej S/WI/1/2013 finansowanej ze środków przeznaczonych na naukę MNiSW, prowadzonej na Wydziale Informatyki Politechniki Białostockiej.

EN

The article was written as part of the S/WI/1/2013 statutory work financed from the funds of the Ministry of Science and Higher Education conducted at the Faculty of Computer Science, the Bialystok University of Technology.