● 摘要
火灾所引起的人群恐慌逃窜是人类最具灾难性的集体行为之一。为了减少火灾造成的损失，研究人员长期将目光集中在火灾预防设施和灭火设备的研制上，却忽略了对火灾中人群行为本身的研究。因此，在当下建筑复杂度与建筑中的人群密度不断提高的趋势下，本文围绕火灾应急疏散模拟方法，开展了以下三方面的研究与应用：
首先，由于人类在紧急场景下会表现出与非紧急场景下不同的行为模式，本文给出并实现了一种基于非均匀安全场的实时全局路径规划算法。本算法为安全场内的每个安全网格赋予一个危险等级，用以描述当前网格内的危险状况。随后，安全场利用危险等级计算出每一网格内的最佳逃生方向，从而为火场中的逃生个体提供导航。本文通过扩散势能与网格自适应等级的设计，生成了更加平滑的个体逃生路径，并有效地避免了个体间振荡现象的产生。
其次，为了提高火灾应急疏散模拟的真实度，本文给出了一种结合基于安全场的全局路径规划算法的局部碰撞避免算法。该算法以可真实描述人群在恐慌状态下的运动准则的社会力模型为基础，并将社会力模型原理应用于每位逃生个体，将火场中逃生个体间的碰撞控制在一定的合理范围内，从而在更高的精度上模拟了火灾中的个体逃生状况。
最后，本文给出了适用于火灾疏散场景的人群行为模型。燃烧所释放出的烟雾是火灾中的头号危险源，本模型利用经过验证的烟雾浓度-逃生速度公式对处于烟雾中的逃生个体运动速度进行约束。该模型使得人火交互成为可能，为火场中个体逃生的模拟提供更加真实的行为模型。
通过以上三点研究，本文建立了有理论依据且保证计算精度的火灾应急疏散模拟方法，并在多种实验条件下开展了验证性应用。该方法计算复杂度低，在实际应用中可支持上百位个体的实时应急疏散模拟。