Metody modelowania dynamiki tłumu bazujące na niehomogenicznych automatach komórkowych

mgr inż. Robert Lubaś

Promotor: Dr hab. inż. Jarosław Wąs, Prof. nadzw. AGH
Dyscyplina: Informatyka


Niniejsza rozprawa doktorska dotyczy metod efektywnego i kompleksowego modelowania dynamiki tłumu. W obecnych czasach poszukuje się skutecznych narzędzi symulacyjnych, które mogą wspierać architektów, osoby odpowiedzialne za bezpieczeństwo imprez masowych czy też osób odpowiedzialnych za szeroko pojęte bezpieczeństwo publiczne. Zadaniem nauki jest dostarczenie odpowiednich rozwiązań algorytmicznych w zakresie efektywnej symulacji tłumu, które następnie mogą zostać zastosowane w praktyce. Ten właśnie problem naukowy stał się główną przesłanką w realizacji pracy doktorskiej. W pracy zaproponowano szereg konkretnych rozwiązań algorytmicznych w zakresie modelowania dynamiki pieszych.

W ramach przeglądu literatury przedstawiono wybrane metody modelowania i symulacji tłumu. Scharakteryzowano modele dyskretne i ciągłe, a także dokonano przeglądu szeregu wyselekcjonowanych przez autora prac. Opisano także klasyfikację automatów komórkowych, które stały się bazowym paradygmatem do prowadzenia prac badawczych.

W kolejnej części pracy opisano podstawowy model Social Distances, a w dalszej części zaproponowano szereg modyfikacji, które umożliwiają dostosowanie modelu do wielkoskalowego modelowania dynamiki tłumu i reprezentowania różnych klas sytuacji. W ramach szczegółowych rozwiązań zaproponowano zastosowanie koncepcji rozwiązywania konfliktów pomiędzy pieszymi, następnie pól dźwiękowych, które umożliwiają przekazywanie informacji pieszym i powodujących modyfikację funkcji przejścia. Kolejnym istotnym elementem pracy było zaproponowanie szeregu procedur weryfikacyjnych i walidacyjnych dotyczących specyfiki dyskretnych modeli dynamiki tłumu. Następnie zaprezentowano koncepcję i implementację narzędzia do symulacji tłumu z uwzględnieniem architektury, hierarchii obiektów oraz zaproponowanej synchronizacji wątków. Przedstawiono również podstawowe diagramy UML stworzonej aplikacji, a także zaprezentowano graficzny interfejs użytkownika umożliwiający korzystanie z aplikacji.

W dalszej części pracy zaprezentowano przykłady działania stworzonego symulatora dla kilku konkretnych obiektów użyteczności publicznej. Zaprezentowano charakterystyki przepływu osób i najważniejsze statystyki oraz zaprezentowano dla niektórych przykładów porównanie wyników symulacji z wynikami rzeczywistych eksperymentów. Wyniki wykazują dobrą zgodność przyjętych metod z rzeczywistymi danymi.

Autoreferat

Tekst Rozprawy Doktorskiej

• dr hab. Urszula Boryczka, prof. UŚ Recenzja nr 1
• dr hab. Tomasz Gwizdałła, prof. UŁ Recenzja nr 2

1. Adrian Kłusek, Paweł Topa, Jarosław Wąs i Robert Lubaś. „An implementation of the Social Distances Model using multi-GPU systems”. W: The International Journal of High Performance Computing Applications 32.4, Sage (2018), s. 482–495.
2. Robert Lubaś, Jarosław Wąs i Jakub Porzycki. „Validation and Verification of CA-Based Pedestrian Dynamics Models”. W: Journal of Cellular Automata, Old City Publishing (11 2016), s. 285–298.
3. Robert Lubaś, Jarosław Wąs i Jakub Porzycki. „Cellular Automata as the basis of effective and realistic agent-based models of crowd behavior”. W: The Journal of Supercomputing 72.6, Springer (2016), s. 2170–2196.
4. Jarosław Wąs i Robert Lubaś. „Towards realistic and effective Agent-based models of crowd dynamics.” W: Neurocomputing 146, Elsevier (2014), s. 199–209.
5. Jarosław Wąs i Robert Lubaś. „Adapting Social Distances Model for Mass Evacuation Simulation.” W: Journal of Cellular Automata, Old City Publishing (2013), s. 395–405.
6. Jarosław Wąs, Jakub Porzycki i Robert Lubaś. „Walidacja i wiarygodność narzędzi do symulacji ewakuacji osób”. W: Budownictwo podziemne i bezpieczeństwo w komunikacji drogowej i infra- strukturze miejskiej, (2016), 94–97.
7. Pavel Hrabák, Jakub Porzycki, Marek Bukáček, Robert Lubaś i Jarosław Wąs. „Advanced CA Crowd Models of Multiple Consecutive Bottlenecks”. W: Cellular Automata. Springer International Publishing, 2016, s. 396–404.
8. Jakub Porzycki, Robert Lubaś, Marcin Mycek i Jarosław Wąs. „Granularity of Pre-movement Time Distribution in Crowd Evacuation Simulations”. W: Traffic and Granular Flow ’15, Springer International Publishing, 2016, s. 305–312.
9. Robert Lubaś, Jakub Porzycki i Jarosław Wąs. „Distributed computing in crowd dynamics simulation systems”. W: Traffic and Granular Flow ’15, Springer International Publishing, 2016.
10. Marcin Mycek, Robert Lubaś, Jakub Porzycki, Jarosław Wąs. „An Expanded Concept of the „Borrowed Time” in Pedestrian Dynamics Simulations”. W: Traffic and Granular Flow ’13. 2015, s. 257–263.
11. Robert Lubaś, Marcin Mycek, Jakub Porzycki, Jarosław Wąs. „Verification and Validation of Evacuation Models - Methodology Expansion Proposition”. W: Transportation Research Procedia 2.0 (2014).
12. Jarosław Wąs, Jakub Rakoczy, Michał Rus, Jakub Porzycki, Robert Lubaś, Marcin Mycek, Katarzyna Szawan. „Problematyka modelowania i symulacji ewakuacji ludzi z tuneli„ W: BiBT 2014, 171–177.
13. Jakub Porzycki, Marcin Mycek, Robert Lubaś, Jarosław Wąs. „Pedestrian Spatial Self-organization according to its Nearest Neighbor Position”. W: Transportation Research Procedia, 2014.
14. Jakub Porzycki, Robert Lubaś, Marcin Mycek, Jarosław Wąs. „Application of NIST Technical Note 822 to CA Crowd Dynamics Models Verification and Validation”. W: Cellular Automata, Lecture Notes in Computer Science. Springer International Publishing, 2014, s. 447–452.
15. Robert Lubaś, Janusz Miller, Marcin Mycek, Jakub Porzycki, Jarosław Wąs. „Three Different Approaches in Pedestrian Dynamics Modeling - A Case Study”. W: Advances in Intelligent Systems and Computing, 2013, s. 285–294.