Агентному подходу при моделировании эвакуации людей при пожарах в зданиях с развитием информационных технологий уделяется в последнее время значительное внимание, поскольку он позволяет учитывать когнитивные способности человека в экстремальных ситуациях. При этом множество реализованных моделей в виде программных средств для моделирования процесса эвакуации не в полной мере учитывают как индивидуальное психоэмоциональное поведение каждого человека в отдельности, так и групповое поведение людей в экстремальной ситуации. Это, безусловно, оказывает значительное влияние на адекватность результатов моделирования. Использование агентно-ориентированного подхода позволяет решить данную проблему. В данной статье представлен обзор исследований, посвященных различным агентно-ориентированным моделям эвакуации. В исследовании выделены три класса поведенческих моделей принятия решений для отдельных агентов (на основе функциональных связей, на основе правил и комбинированные модели), а также два подхода к моделированию толпы (на основе ньютоновской механики и моделей движения жидкостей и газов). Представлен обзор исследований по каждому классу моделей, выделены достоинства и недостатки каждого из подходов. Обоснованы перспективные направления развития агентного подхода к моделированию процессов эвакуации.
The agent-based approach in modeling the evacuation of people in case of fires in buildings with the development of information technology has recently received considerable attention, since it allows taking into account the cognitive abilities of a person in extreme situations. At the same time, many implemented models in the form of software tools for modeling the evacuation process do not fully take into account both the individual psycho-emotional behavior of each person individually and the group behavior of people in an extreme situation. This, of course, has a significant impact on the adequacy of the simulation results. The use of an agent-oriented approach allows us to solve this problem. This article provides an overview of research on various agent-based evacuation models. The study identifies three classes of behavioral decision-making models for individual agents (based on functional relationships, based on rules and combined models), as well as two approaches to crowd modeling (based on Newtonian mechanics and models of the movement of liquids and gases). A review of studies on each class of models is presented, the advantages and disadvantages of each of the approaches are highlighted. Prospective directions for the development of the agent-based approach to modeling evacuation processes are substantiated.
1. Аптуков А.М., Брацун Д.А., Люшнин А.В. Моделирование поведения паникующей толпы в многоуровневом разветвленном помещении // Компьютерные исследования и моделирование. 2013. Т. 5, № 3. С. 491–508.
2. Евдокимов А.М. От «Хромой лошади» до «Зимней вишни» // Защита и безопасность. 2018. № 2 (85). С. 17.
3. Задурова А.А., Матвеев А.В., Смирнов А.С. Анализ пожаров на объектах с массовым пребыванием людей на примере ночных клубов // Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России. 2020. № 1. С. 20–28.
4. Домаков В.В., Матвеев А.В., Матвеев В.В. Правовые предпосылки национальной трагедии в торгово-развлекательном центре «Зимняя вишня» г. Кемерово // Национальная безопасность и стратегическое планирование. 2018. № 1 (21). С. 48–63.
5. Калачин С.В. Прогнозирование распространения паники среди людей при эвакуации из здания во время пожара // Безопасность труда в промышленности. 2020. № 10. С. 77–82. DOI: 10.24000/0409-2961-2020-10-77-82.
6. Коткова Е.А. Модель нейронной сети для прогнозирования предэвакуационного поведения людей при пожаре // Национальная безопасность и стратегическое планирование. 2022. № 2 (38). С. 66–72. DOI: 10.37468/2307-1400-2022-2-66-72.
7. Ding N., Chen T., Zhu Y., Lu Y. State-of-the-art high-rise building emergency evacuation behavior // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2021. Vol. 561. P. 125168. DOI: 10.1016/j.physa.2020.125168.
8. Şahin C., Rokne J., Alhajj R. Human behavior modeling for simulating evacuation of buildings during emergencies // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2019. Vol. 528. P. 121432. DOI: 10.1016/j.physa.2019.121432.
9. Helbing D., Johansson A. Pedestrian, crowd, and evacuation dynamics // arXiv preprint arXiv:1309.1609. 2013. DOI: 10.48550/arXiv.1309.1609.
10. Muramatsu M., Irie T., Nagatani T. Jamming transition in pedestrian counter flow // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 1999. Vol. 267, Is. 3–4. Р. 487–498. DOI: 10.1016/S0378-4371(99)00018-7.
11. Самарцев А.А., Иващенко В.А. Совместное моделирование распространения опасных факторов пожара и эвакуации людей из помещений // Математические методы в технике и технологиях ММТТ. 2018. Т. 1. С. 96–98.
12. Lo S.M., Huang H.C., Wang P., Yuen K.K. A game theory based exit selection model for evacuation // Fire Safety Journal. 2006. Vol. 41, Is. 5. P. 364–369. DOI: 10.1016/j.firesaf.2006.02.003.
13. Самошин Д.А. Состав людских потоков и параметры их движения при эвакуации. М.: Академия Государственной противопожарной службы МЧС России, 2016. 210 с.
14. Cao R.F., Lee E.W.M., Yuen A.C.Y., Chan Q.N., Xie W., Shi M., Yeoh G.H. Development of an evacuation model considering the impact of stress variation on evacuees under fire emergency // Safety science. 2021. Vol. 138. P. 105232. DOI: 10.1016/j.ssci.2021.105232.
15. Sime J.D. An occupant response shelter escape time (ORSET) model // Safety science. 2001. Vol. 38, Is. 2. P. 109–125. DOI: 10.1016/S0925-7535(00)00062-X.
16. Thompson P.A., Marchant E.W. Testing and application of the computer model ‘SIMULEX’ // Fire Safety Journal. 1995. Vol. 24, Is. 2. P. 149–166. DOI: 10.1016/0379-7112(95)00020-T.
17. Gwynne S., Owen M., Galea E.R., Fillipidis L., Lawrence P.J. Adaptive decision-making in response to crowd formations in building EXODUS // Evacuation from fires. Routledge. 2019. P. 73–96.
18. Qin J., Liu C., Huang Q. Simulation on fire emergency evacuation in special subway station based on Pathfinder // Case Studies in Thermal Engineering. 2020. Vol. 21. P. 100677. DOI: 10.1016/j.csite.2020.100677.
19. Колодкин В.М., Чирков Б.В., Ваштиев В.К. Модель движения людских потоков для управления эвакуацией при пожаре в здании // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. 2015. Т. 25, № 3. С. 430–438.
20. Дегтярев В.А., Скоробогатов Е.В., Ляшенко С.М. Обзор и анализ программных продуктов для расчета пожарных рисков в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности // Приоритетные направления развития системы обеспечения пожарной безопасности объектов защиты и территорий: сборник трудов I Международной научно-практической конференции (Химки, 14 июня 2018 г.). Химки: Академия гражданской защиты МЧС России, 2018. С. 29–33.
21. Касьяник П.М. Современные зарубежные исследования поведения толпы в экстремальных ситуациях // Прикладная юридическая психология. 2014. № 3. С. 157–164.
22. Борщев А.В. Имитационное моделирование: состояние области на 2015 год, тенденции и прогноз // Автоматизация в промышленности. 2016. № 2. С. 51–55.
23. Фаттахов Р.В., Фаттахов М.Р. Агентно-ориентированный подход: новое средство получения знания // Региональная экономика: теория и практика. 2015. № 10 (385). С. 47–62.
24. Lei W., Li A., Gao R., Hao X., Deng B. Simulation of pedestrian crowds’ evacuation in a huge transit terminal subway station // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2012. Vol. 391, Is. 22. P. 5355–5365. DOI: 10.1016/j.physa.2012.06.033.
25. Приказ МЧС России от 02.12.2015 № 382 «Методика определения расчетных величин пожарного риска в зданиях, сооружениях и строениях различных классов функциональной пожарной опасности» [Электронный ресурс]. URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/71196390/?ysclid=lmhzufpjso58811468 (дата обращения: 01.09.2023).
26. Самошин Д.А. Методологические основы нормирования безопасной эвакуации людей из зданий при пожаре: дис. … докт. техн. наук: 05.26.03. Москва, 2017. 357 с.
27. Истратов Р.Н. Нормирование требований пожарной безопасности к эвакуационным путям и выходам в стационарах социальных учреждений по обслуживанию граждан пожилого возраста: дис. ... канд. техн. наук: 05.26.03. Москва: Академия ГПС МЧС России, 2014. 160 с.
28. Yi S., Shi J. An agent-based simulation model for occupant evacuation under fire conditions // 2009 WRI Global Congress on Intelligent Systems. IEEE, 2009. Vol. 1. P. 27–31. DOI: 10.1109/GCIS.2009.442.
29. Bo Y., Yong-gang W., Cheng W. A GIS-based simulation for occupant evacuation in an amusement building // 2010 2nd International Asia Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics (CAR 2010). IEEE, 2010. Vol. 3. P. 274–277. DOI: 10.1109/CAR.2010.5456684.
30. Cao S., Song W., Liu X., Mu N. Simulation of pedestrian evacuation in a room under fire emergency // Procedia engineering. 2014. Vol. 71. P. 403–409. DOI: 10.1016/j.proeng.2014.04.058.
31. Чистяков И.М., Кичайкин В.В., Краснов И.А., Погожин Д.П. Влияние снижения видимости на пожаре на работу звеньев ГДЗС // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. 2016. Т. 1, № 1 (7). С. 346–347.
32. Peng S., Yang K., Xu Q., He Y. The Simulation Research on the Evacuation Model of Supermarket by Using GIS and Agent-based Modeling Technology // 2010 International Symposium on Intelligence Information Processing and Trusted Computing. IEEE, 2010. P. 499–502. DOI: 10.1109/IPTC.2010.68.
33. Калачин С.В. Нечеткое моделирование восприимчивости человека к паническим ситуациям // Компьютерные исследования и моделирование. 2021. Т. 13, № 1. С. 203–218. DOI: 10.20537/2076-7633-2021-13-1-203-218.
34. Родзин С.И., Боженюк А.В., Кравченко Ю.А., Родзина О.Н. Методы нечеткого многокритериального группового принятия решений для задач эвакуации при чрезвычайных ситуациях // Известия ЮФУ. Технические науки. 2023. № 2 (232). С. 186–200. DOI: 10.18522/2311-3103-2023-2-186-200.
35. Sharma S. Simulation and modeling of group behavior during emergency evacuation // 2009 IEEE Symposium on Intelligent Agents. IEEE. 2009. P. 122–127. DOI: 10.1109/IA.2009.4927509.
36. Tang F., Ren A. Agent-based evacuation model incorporating fire scene and building geometry // Tsinghua Science and Technology. 2008. Vol. 13, Is. 5. P. 708–714.
37. Shi J., Ren A., Chen C. Agent-based evacuation model of large public buildings under fire conditions // Automation in Construction. 2009. Vol. 18, Is. 3. P. 338–347. DOI: 10.1016/j.autcon.2008.09.009.
38. Коткова Е.А., Матвеев А.В. Метод оценки эффективности организации эвакуации людей из общественного здания при пожаре с использованием агентно-ориентированного подхода // Инженерный вестник Дона. 2023. № 8. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n8y2023/8628 (дата обращения: 01.09.2023).
39. Коткова Е.А., Матвеев А.В. Методика интеллектуального прогнозирования эффективности управления эвакуацией людей из общественных зданий // Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России. 2021. № 4. С. 107–120.
40. Lin J., Zhu R., Li N., Becerik-Gerber B. Do people follow the crowd in building emergency evacuation? A cross-cultural immersive virtual reality-based study // Advanced Engineering Informatics. 2020. Vol. 43. P. 101040. DOI: 10.1016/j.aei.2020.101040.
41. Коткова Е.А. Системно-динамическая модель распространения паники при эвакуации из общественных зданий // Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России. 2022. № 1. С. 182–194.
42. Liu B., Liu Z., Hong Y. A simulation based on emotions model for virtual human crowds // 2009 Fifth International Conference on Image and Graphics. IEEE. 2009. P. 836–840. DOI: 10.1109/ICIG.2009.24.
43. Rao Y., Chen L., Liu Q., Lin W., Li Y., Zhou J. Real-time control of individual agents for crowd simulation // Multimedia Tools and Applications. 2011. Vol. 54. P. 397–414. DOI: 10.1007/s11042-010-0542-y.
44. Самарцев А.А., Иващенко В.А., Резчиков А.Ф. Кушников В.А., Филимонюк Л.Ю., Богомолов А.С. Мультиагентная модель процесса эвакуации людей из помещений при возникновении чрезвычайных ситуаций // Управление большими системами: сборник научных трудов. 2018. № 72. С. 217–244.
45. Акопов А.С., Бекларян Л.А. Агентная модель поведения толпы при чрезвычайных ситуациях // Автоматика и телемеханика. 2015. № 10. С. 131–143.
46. Зайцева М.В., Точилин П.А. Управление потоками людей в здании во время эвакуации // Вестник Московского университета. Серия 15: Вычислительная математика и кибернетика. 2020. № 4. С. 3–18.
47. Болбин С.Н., Митягин С.А., Захаров Ю.Н. Моделирование эвакуации при ограничении в пространстве с учетом социальных связей между людьми // Вестник Санкт-Петербургского университета МВД России. 2012. № 4 (56). С. 268–272.
48. Dachner G.C., Wirth T.D., Richmond E., Warren W.H. The visual coupling between neighbours explains local interactions underlying human ‘flocking’ // Proceedings of the Royal Society B. 2022. Vol. 289, Is.1970. P. 2021–2089. DOI: 10.1098/rspb.2021.208.
49. Fitzgerald B.W., van Santen R.A., Padding J.T. Modelling of collective motion // Complexity Science: An Introduction, 2019. P. 305–328.
50. Cao S., Song W., Lv W., Fang Z. A multi-grid model for pedestrian evacuation in a room without visibility // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2015. Vol. 436. P. 45–61. DOI: 10.1016/j.physa.2015.05.019.