【元胞自动机】基于元胞自动机模拟社会力模型解决人员疏散问题附Matlab代码
首先,元胞自动机(Cellular Automata,简称CA)是一种离散动力系统,由一个规则化的网络组成,每个元胞根据自身状态和周围邻居元胞的状态更新自身状态。CA模型已被广泛应用于模拟各种复杂系统,包括人群动力学和人员疏散过程。
社会力(Social Force)模型是一种常用于模拟人群行为的方法,它认为个体行为受到来自其他人和环境的各种社会力的影响。将社会力模型与CA相结合可以更好地模拟人员疏散过程。
下面是一个基于MATLAB的人员疏散模拟代码示例:
matlab
% 初始化参数
width = 50; height = 50; % 地图尺寸
N = 100; % 人员数量
r = 0.5; % 每个人的半径
v_max = 1.2; % 最大速度
tau = 0.5; % 松弛时间
A = 2000; B = 0.08; % 社会力模型参数
% 初始化人员位置和方向
x = rand(N,1)width; y = rand(N,1)height;
theta = 2pirand(N,1);
vx = v_maxcos(theta); vy = v_maxsin(theta);
% 模拟人员疏散过程
for t = 1:1000 % 模拟1000个时间步长
% 计算社会力
f_soc = zeros(N,2);
for i = 1:N
for j = 1:N
if i ~= j
dx = x(j) - x(i); dy = y(j) - y(i);
dist = sqrt(dx^2 + dy^2);
if dist < 2r
f_soc(i,1) = f_soc(i,1) + Aexp((2r-dist)/B)(dx/dist);
f_soc(i,2) = f_soc(i,2) + Aexp((2r-dist)/B)*(dy/dist);
end
end
end
end
% 更新人员位置和速度
for i = 1:N
ax = (vx_des(i) - vx(i))/tau + f_soc(i,1)/m;
ay = (vy_des(i) - vy(i))/tau + f_soc(i,2)/m;
vx(i) = vx(i) + ax*dt;
vy(i) = vy(i) + ay*dt;
x(i) = x(i) + vx(i)*dt;
y(i) = y(i) + vy(i)*dt;
end
% 可视化
clf;
scatter(x,y,50,'filled');
axis([0 width 0 height]);
title(['Time step: ',num2str(t)]);
pause(0.01);
end
这个代码实现了基于社会力模型的人员疏散过程模拟。主要步骤包括:
初始化人员位置和速度
计算每个人受到的社会力
根据社会力更新人员位置和速度
可视化人员分布情况