Имитационное моделирование взаимодействия пешеходов на основе модели социальных сил
Аннотация
Взаимодействие пешеходов, особенно в местах их массового скопления, является сложным феноменом, поэтому необходимо имитационное моделирование при планировании объектов с высокой плотностью пешеходов и ограниченным пространством для оптимизации потока пешеходов и гарантированного предотвращения давки в случае паники. Показано, что среди моделей, используемых для моделирования потоков пешеходов наиболее востребованной является модель социальных сил, которая описывает несколько феноменов, наблюдаемых при движении пешеходов.
Ключевые слова: имитационное моделирование, пешеходы, модель социальных сил.05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Взаимодействие пешеходов, особенно в местах их массового скопления, является сложным феноменом, поэтому необходимо имитационное моделирование при планировании объектов с высокой плотностью пешеходов и ограниченным пространством для оптимизации потока пешеходов и гарантированного предотвращения давки в случае паники. Показано, что среди моделей, используемых для моделирования потоков пешеходов наиболее востребованной является модель социальных сил, которая описывает несколько феноменов, наблюдаемых при движении пешеходов. Эта модель была выбрана для реализации, так как является непрерывной, многоагентной, позволяет менять точность в зависимости от выбранного численного метода моделирования.
Модель использует Ньютоновскую динамику для описания движения пешеходов и демонстрирует несколько естественных поведенческих феноменов пешеходов в процессе движения: пешеходы выбирают самый короткий путь; двигаются с индивидуальной скоростью, с учетом ситуации, пола, возраста, ограничений; держатся на определенном расстоянии друг от друга. Дистанция зависит от плотности потока пешеходов и скорости движения. Движение пешехода в модели социальных сил описывается суммой действующих на него сил. Решая полученную систему дифференциальных уравнений, можно узнать положения в пространстве, скорость и ускорение пешехода в любой момент времени.
Модель социальных сил была реализована с использование среды разработки Microsoft Visual Studio 2008 на языке программирования C# с использованием фреймоворка WPF. Программная реализация позволяет создавать и проводить эксперименты на основе модели социальных сил. Созданная программа носит экспериментально-научный характер и поэтому не удовлетворяет критериям коммерческого программного обеспечения. Стоит отметить, что при разработке собственной модели с «нуля», разработчик получает полный контроль, как над моделью, так и над проведением экспериментов, сам определяет дальнейшие направления развития, закладывает базу под дальнейшие возможные направления исследования, исключает зависимость целевых характеристик исследования от концептуальных или от программных решений какой-либо компании разработчика коммерческого продукта.