基于优化数学模型的应急仿真实用系统-工程-龙锦荣

基于优化数学模型的应急仿真实用系统-工程-龙锦荣,基于,优化,数学模型,应急,仿真,实用,系统,工程,龙锦荣 序号： 编码： “挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛决赛 作品申报书 作品名称：《基于优化数学模型的应急仿真实用系统》 学院名称： 工程学院、理学院 申报者姓名 龙锦荣 陈寅 （集体名称）： 林映丹 李作栋 类别： □自然科学类学术论文 □哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 □科技发明制作A类 □科技发明制作B类 说 明 1.申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。 2．申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。所有申报者可根据情况填写C表。 3.表内项目填写时一律用钢笔或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。 4.序号、编码由竞赛组委会填写。 5．学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以4号楷体打印在A4纸上，附于申报书后，字数在8000字左右（文章版面尺寸14.5×22cm）。 A2申报者情况（集体项目） 说明：1．必须由申报者本人按要求填写； 2．申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列； 3．本表中的学籍管理部门签章视为申报者情况的确认。 申报者代表情况 姓名 龙锦荣 性别 男 出生年月 1986年11月 学院 工程学院 系别、专业、年级 华南农业大学工程学院06机制专业 学历 本科 学制 4年 入学时间 2006年 作品名称 《基于优化数学模型的应急仿真实用系统》 毕业论文题目 通讯地址 华南农业大学华山生活区4栋 邮政编码 510642 办公电话 13632425087 常住地 通讯地址 广州市白云区江高镇新楼 邮政编码 510450 住宅电话 其他作者情况 姓 名 性别 年龄 学历 所在单位 陈寅 女 本科 华农大理学院05级数学与应用数学 林映丹 女 本科 华农大理学院07级数学与应用数学 李作栋 男 本科 华农大工程学院06级电科专业 资格认定 学院学籍管理部门意见 以上作者是否为2009年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的高等学校中国籍专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生。 □是 □否 （部门签章） 年 月 日 院系负责人 或导师意见 本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果 □是 □否 负责人签名： 年 月 日 B3．申报作品情况（科技发明制作） 说明：1．必须由申报者本人填写； 2．本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认； 3．本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、 原理结构图、外观图（照片）,也可附鉴定证书和应用证书； 4．作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。 作品全称 《基于优化数学模型的应急仿真实用系统》 作品分类 （ B ）A．机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B．信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C．数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D．生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E．能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等） 作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标 设计制作目的： 日常生活中，若发生意外人们需要从建筑物疏散时，人们普遍做法是同时马上冲向楼梯口（忽略有些获知稍迟的，且不考虑用电梯疏散），然后所有人挤在一起撤离。这个撤离方式暂称为“同时跑”。现在人们经常进行的消防演习就是让人们更协调快速安全地“同时跑”。但不是完美的。根据数学分析知，当人员密度较小，人员“同时跑”更好，当然本系统也会采用。当各种情况（如人员较多，楼梯宽度较小等等）造成人员密度较大时，会使教学楼人员在楼梯拥挤难以快速撤离，反而更慢，而且发生意外的可能性更高。本系统主要针对以上存在的问题进行研究，设计出一个系统。 本系统是通过建立一个模拟程度较高的数学模型，以疏散时间和风险程度较少为目标，实现人员在应急情况下的优化调度，并能评价疏散意外的风险，能提供对人员进行疏散指导教育，在一定程度上能仿真模拟出紧急情况下可能存在的问题的指挥软件系统。（详见附带文件《系统介绍》） 创新点：1、接近实际：本系统数学模型主要着眼于在紧急情况下人员如何更合理地从教学楼疏散，做出具体的人员调配方案，建立数学模型时考虑的因素较多，较接近实际情况。 2、有别前人：当前国内外应急数学疏散模型虽有不少，但大多数通过数学计算和计算机模拟疏散时间、疏散速度、疏散可能造成的拥挤、人员之间作用力等等的方式，或仅是对建筑物疏散风险的评价而已。本系统突破性地考虑如何适当调度人员，来达到人员疏散时间短和出意外风险小的目标。 3、本系统除了用作应急指挥调度外，还可以用作对建筑物应急疏散风险的评价，指出建筑物应急疏散中可能存在的问题。 4、本系统能提供对人员进行疏散指导教育，让人们理解并接受系统的调度安排的科学性，训练提高了人们的自救能力。 技术关键：1、实现优秀的更具有实际价值的数学模型 2、做出科学合理的调度方案，及意外的风险评估 3、程序算法优良，实用性好 主要技术指标： 1、数学模型对真实情况模拟程度 2、调度方案的实际可操作性，及对践踏挤压等等风险评估的合理性 3、相应程序优良性和实用性问题 作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料） 1、科学性。对于“同时跑”，根据数学分析知，当人员密度较小，处在自由流状态时，人员“同时跑”更好，当然本系统也会采用。当各种情况（如人员较多，楼梯宽度较小等等）造成人员密度较大时，会使教学楼人员处于阻塞流状态，即流量下降，反而更慢，而且发生意外的可能性更高。这时采用合理的“调度方案”会更好。系统中涉及的主要数学模型就是分析在应急情况下怎样更合理地安排“调度形式”的疏散方案。详见附带的《数学模型方向简介》。 2、先进性。当前国内外应急数学疏散模型虽有不少，但大多数都是通过数学计算或计算机来模拟疏散时间、疏散速度、疏散可能造成的拥挤力等等，或仅是对建筑物疏散风险的评价而已。很少考虑如何建立调度机制，来达到人员疏散时间短和出意外风险小的目标。本系统借鉴前人优秀的分析方法，并突破性地分析如何通过“调度方案”合理疏散人员，实现疏散时间小和风险程度低的目标。 3、 系统能提供对人员进行疏散指导教育，在一定程度上能仿真模拟出紧急情况下可能存在的问题（如人群挤压等）。 4、可行性。当采用调度方案时，首先需解决人员服从调配问题和如何通知调度方案等。解决办法详见附带文件《问题与思考》。 5、功能多样性。本系统除了用作应急指挥调度外，还可以用作对建筑物应急疏散风险的评价，还能对人员应急疏散进行培训等。 作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果 2009年1月通过华南农业大学挑战杯校内选拔赛 作品所处 阶 段 （ ）A实验室阶段 B中试阶段 C生产阶段 D 制作中 （自填） 技术转让方式 作品可展示的 形 式 □实物、产品 □模型 □图纸 □磁盘 □现场演示 □图片 □录像 □样品 使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测 1. 本系统借鉴前人优秀的分析方法，并突破性地分析如何通过“调度方案”合理疏散人员，实现疏散时间小和风险程度低的目标。选题方向领先，使用的技术较先进。 2. 系统能提供对人员进行疏散指导教育，在一定程度上能仿真模拟出紧急情况下可能存在的问题（如人群挤压等）。 3. 可以拓展为一个不是局限于某一栋教学楼的系统，可以将其拓展为一个更抽象化的教学楼应急疏散模型，以适应不同的学校教学楼。不同的教学楼只需输入相应参数，或者稍作修改后，即可变为不同状况下的疏散系统。远期有着广泛的应用前景，经济效益预期良好。 4、 本系统除了用作应急指挥调度外，还可以用作对建筑物（此时建筑物不局限于教学楼）应急疏散风险的评价，指出建筑物应急疏散中可能存在的问题。这个方向也是有着广泛的应用前景和良好的经济效益的。 专利申报情况 □提出专利申报 申报号 申报日期 年 月 日 □已获专利权批准 批准号 批准日期 年 月 日 □未提出专利申请 科研管理部门 签 章 年 月 日 C.当前国内外同类课题研究水平概述 说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写； 2.填写此栏有助于评审。 挑战杯水平： 类似课题：西安理工大学 《基于视频监控技术与虚拟现实技术融合的城市智能交通信息处理系统》 荣获第十届挑战杯的全国一等奖 一方面运用视频分析技术辅助交警分析当前的交通状况，同时计算多条道路的拥堵程度，并可以自动发现违章车辆并报警，代替繁重和不准确的人工的监视；另一方面可以精确告诉司机哪条路最畅通，而对于陌生的地点，通过3D虚拟城市和电子地图的结合显示，也会让司机顺利到达指定目的地。 北京交通大学《奥运应急物流保障系统的构建及可靠性分析》 三等奖 北京奥运会的举办既为我国物流业带来了一次难得的跨越式发展机会，也是一次高难度的挑战。对2008年北京奥运应急物流进行规划，是一项重要的不可忽视的工作。本作品从应急物流保障系统不确定性因素分析入手，在确保应急系统可靠性的基础上，根据系统动力学和协同学理论构建出物资供应系统、交通运输系统、仓储系统、配送系统和信息系统，进而通过对子系统分析及系统主因素分析，最终创建奥运应急物流保障系统模型并给出运算和运作方法，为有关部门提供相关理论支持和实际运作技术。 广州大学    大型居住区突发事件预警与应急机制研究    区慧莹    二等奖 华南理工大学 洪水应急救助体系       二等奖 国内外相关应急系统水平和侧重点： 黄希发; 《大型场馆内突发事件情况下人员应急疏散仿真研究》黄希发; [D];哈尔滨工程大学; 2005年 对人员疏散动态学建模和理论和基于Agent的人员疏散仿真建模方法分析较好 《高层建筑垂直应急疏散系统的仿真研究》作者: 张鹏, 朱昌明, 杨广全 系统仿真学报 2005/05 该文对楼梯和电梯两种撤离方式，人撤离速度和疏散时间有较深入的分析和研究，不过也都是主要针对传统“同时跑”撤离方式的一些仿真。撤离策略、疏散风险未考虑。 《群集理论在酒店应急疏散中的应用》作者: 林亮, 沈斐敏 中国安全生产科学技术 2006/05 运用群集理论，分析情况较好。但未涉及时间最小等分析，未有虚拟仿真分析。 《大型公用建筑火灾时人员应急疏散评价模型研究》作者: 伍爱友, 宋译 中国公共安全(学术版) 2007/02 模糊综合评判的方法可以借鉴，可用于相应风险分析。 《对学校教学楼疏散人数及疏散速度的调查研究》 吕雷; 程远平; 王婕; 高宇飞; 刘静; 安全 2006/01 用实际数值的调查结果分析疏散人数和疏散速度 《火灾发生位置对安全疏散影响的研究》 顾伟芳; 沈阳航空工业学院; 2007 单因素分析方法可以借鉴，启发人们如何将教学楼更加抽象化，适应性更好 《拥挤人群疏散数学模型的研究现状探讨》 肖双喜; 周星火 中国安全生产科学技术 2007/02 文中指出国内针对拥挤人群的疏散模型研究也取得一些进展,但大多还是建立在火灾和建筑物的紧急疏散模型上,而针对更广义的拥挤人群的疏散模型如前面第一起事故中的类型研究较少。国内研究主要方向是：1. 人员疏散行为数学模型及仿真，如人流密度- 人流速度关系曲线( 人员移动速度与人员拥挤密度呈对数的关系)、出口条件对疏散的时间影响研究、疏散速度与密度的关系研究等。 《人群拥挤踩踏事故风险理论及其在体育赛场中的应用》 张青松 南开大学 2007-05-01 该论文详尽解释了人群拥挤的产生原因，研究方法，风险评价，相应的数学模型等等，比较深入，值得借鉴和学习。 事实上，当前国内外应急数学疏散模型虽有不少，但大多数通过数学计算和计算机模拟疏散时间、疏散速度、疏散可能造成的拥挤、人员之间作用力等等的方式，或仅是对建筑物疏散风险的评价而已。本系统借鉴前人优秀的分析方法，并突破性地分析如何通过“调度方案”合理地疏散人员，实现疏散时间小和风险程度低的目标。当然有些方面是国内外学者研究得相当专业，本系统会挑选其中与本系统较紧密相关的技术，首先做到如何借鉴应用，然后再适当钻研拓展。更重要的是，虽然我们的系统不是完美的，存在很多问题，但希望我们的系统能带给人们以启发和借鉴作用，或者能够将其拓展为一个更抽象化的教学楼应急疏散模型，以适应不同的学校教学楼。不同的教学楼只需输入相应参数，或者稍作修改后，即变为应用不同状况下的疏散系统，其应用前景是广阔的。 D.推荐者情况及对作品的说明 说明：1．由推荐者本人填写； 2．推荐者必须具有高级专业技术职称，并是与申报作品 相同或相关领域的专家学者或专业技术人员（教研组 集体推荐亦可）； 3．推荐者填写此部分，即视为同意推荐； 4．推荐者所在单位签章仅被视为对推荐者身份的确认。 推荐者情况 姓 名 性别 年龄 职称 工作单位 通讯地址 邮政编码 单位电话 住宅电话 推荐者所在 单位签章 （签章） 年 月 日 请对申报者申报情况的真实性作出阐述 请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价 其它说明 推荐者情况 姓 名 性别 年龄 职称 工作单位 通讯地址 邮编 单位电话 住宅电话 推荐者所在 单位签章 签章日期 年 月 日 请对申报者申报情况的真实性作出阐述 请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价 其它说明 14