基于元胞自动机的室内人员疏散基础模型

一、模型核心架构

网格划分与状态定义空间离散化：将疏散区域划分为 N×N的均匀网格，每个元胞代表 0.4m×0.4m的物理空间。状态分类：0：空闲单元格（可行走区域）1：人员（初始随机分布）2：障碍物（墙壁、家具）3：出口（目标位置）

参数初始化

N=50;% 网格尺寸density=0.3;% 人员密度（30%）exit_pos=[N,round(N/2)];% 出口位置（单出口）exit_size=3;% 出口宽度（元胞数）grid=init_grid(N,density,exit_pos,exit_size);% 初始化网格

二、核心算法流程

静态场计算（Dijkstra算法）

以出口为中心生成距离场，引导人员向最短路径移动：

functionS=computeStaticField(grid,exit_pos)[rows,cols]=size(grid);S=inf(rows,cols);S(exit_pos(1),exit_pos(2)-exit_size:exit_pos(2)+exit_size)=0;queue=exit_pos;while~isempty(queue)[r,c]=queue(1,:);neighbors=[r-1,c;r+1,c;r,c-1;r,c+1];% 4邻域fork=1:size(neighbors,1)nr=neighbors(k,1);nc=neighbors(k,2);ifnr>=1&&nr<=rows&&nc>=1&&nc<=cols&&grid(nr,nc)~=2new_dist=S(r,c)+1;ifnew_dist<S(nr,nc)S(nr,nc)=new_dist;queue=[queue;nr,nc];endendendqueue(1,:)=[];endend

移动规则设计方向选择：基于静态场梯度下降，选择距离出口最近的邻域方向。冲突处理：优先级策略：未移动步数多的行人优先移动。随机扰动：若多人竞争同一目标格，随机选择移动方向。

仿真主循环

functionevacuation_simulation()max_steps=500;% 最大迭代次数evacuated_count=0;fort=1:max_steps new_grid=grid;moved=false(size(grid));fori=2:N-1forj=2:N-1ifgrid(i,j)==1&&~moved(i,j)neighbors=get_neighbors(grid,i,j);[~,idx]=min(S(neighbors(:,1),neighbors(:,2)));target_r=neighbors(idx,1);target_c=neighbors(idx,2);ifnew_grid(target_r,target_c)==0new_grid(i,j)=0;% 原位置清空new_grid(target_r,target_c)=1;% 移动到目标格moved(target_r,target_c)=true;endendendendgrid=new_grid;evacuated_count=evacuated_count+sum(grid(exit_pos(1),exit_pos(2)-exit_size:exit_pos(2)+exit_size)==1);visualize(grid,t,evacuated_count);ifevacuated_count>=round(density*N*N)break;endendend

三、关键优化与可视化

实时可视化

使用热力图显示疏散进度，红色表示人员，绿色表示出口：

colormap([111;100;0.50.50.5;010]);% 白:空, 红:人, 灰:障碍, 绿:出口imagesc(grid);title(sprintf('Step: %d, Evacuated: %d',t,evacuated_count));

性能指标疏散时间：最后一人到达出口的时间。冲突率：单位时间内的位置竞争事件数。

四、基础模型扩展

多出口支持

设置多个出口并动态选择最优路径：

exits=[10,50;40,50];% 双出口坐标exit_pos=select_nearest_exit(grid,exits);% 动态选择最近出口

动态障碍物模拟
- 引入随机移动的障碍物（如家具移位）：
```
ifrand<0.1grid(randi(N),randi(N))=2;% 随机生成障碍物end
```

五、实验结果示例

参数	值	影响分析
人员密度	0.3人/元胞	密度↑→疏散时间↑（指数关系）
出口宽度	3元胞（1.2m）	宽度↑→疏散时间↓（线性关系）
障碍物比例	20%	障碍物↑→路径绕行时间↑

参考代码基于元胞自动机模拟室内人员疏散的最基本模型www.youwenfan.com/contentcsp/98174.html