張俊瑞+王秀華

基于RePast的仿真平臺(tái)可以很好地實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真，因此可以用來(lái)對(duì)礦井逃生進(jìn)行仿真研究。本文采用基于Java的Eclipse開(kāi)發(fā)平臺(tái)和RePast建模仿真軟件構(gòu)建模型的運(yùn)行平臺(tái)，建立了礦井逃生仿真模型，用來(lái)模擬井下工作人員在遭遇火災(zāi)時(shí)的逃生情況，結(jié)果表明，利用這一模型能夠較好地實(shí)現(xiàn)逃生仿真。

【關(guān)鍵詞】RePast 逃生模型 仿真

1 引言

煤炭行業(yè)是我國(guó)從業(yè)人數(shù)眾多的行業(yè)之一，與此同時(shí)，煤炭行業(yè)也是事故多發(fā)的行業(yè)之一。因此煤礦安全逃生就成為國(guó)內(nèi)外研究者重點(diǎn)研究的一個(gè)問(wèn)題，在我國(guó)尤其具有重大的研究意義。疏散模擬軟件、數(shù)學(xué)建模、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)建模技術(shù)等是研究煤礦安全問(wèn)題常見(jiàn)的研究方法。

2 模型簡(jiǎn)介

RePast由芝加哥大學(xué)社會(huì)科學(xué)計(jì)算研究中心[11]開(kāi)發(fā)研制，是一個(gè)開(kāi)源的仿真工具，支持Java語(yǔ)言，主要用來(lái)給復(fù)雜性個(gè)體行為建模。

礦井逃生模型中涉及到了RePast仿真的三要素：模型對(duì)象（Model Object）、空間對(duì)象（Space Object）和主體對(duì)象（Agent Object），在該模型中分別由CoalMineModel、CoalMineSpace和CoalMineAgent三個(gè)類實(shí)現(xiàn)。CoalMineModel類是模型對(duì)應(yīng)的仿真程序的起點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)模型的控制，它是最優(yōu)先執(zhí)行的。CoalMineSpace類為模型中的Agent提供空間活動(dòng)環(huán)境，CoalMineAgent類實(shí)現(xiàn)模型中Agent的各種設(shè)置（如種類、屬性等）和Agent的控制。

包括CoalMineModel、CoalMineSpace和CoalMineAgent三個(gè)類的礦井逃生模型仿真程序包括Private void buildModel()方法、Private void buildDisplay()方法和Private void buildschedule()方法。

Private void buildModel()方法用于創(chuàng)建模型運(yùn)行的環(huán)境，包括主體對(duì)象和環(huán)境對(duì)象兩種。利用Private void addAgents()方法可以在模型中添加numAgents個(gè)Agent，再利用Private voidbuildModel()方法導(dǎo)入井下巷道地圖。除此以外，還可以在模型中設(shè)置災(zāi)害的初始發(fā)生坐標(biāo)，避災(zāi)點(diǎn)和出口位置等信息。

Private void buildDisplay()方法用于創(chuàng)建顯示界面和圖表。模型中需要顯示的主體和圖表都是通過(guò)這個(gè)方法進(jìn)行顯示的。模型運(yùn)行起來(lái)后，其顯示界面是一個(gè)二維的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，每一個(gè)網(wǎng)格代表一個(gè)Agent可以移動(dòng)到的位置，因此每一個(gè)網(wǎng)格都有對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)。在Private void buildDisplay()方法中，可以記錄和報(bào)告Agent的活動(dòng)狀況；圖表用來(lái)記錄模型中每一個(gè)“tick”（RePast仿真平臺(tái)中的時(shí)間單位）所對(duì)應(yīng)的參數(shù)的值，在本模型中主要是同來(lái)統(tǒng)計(jì)逃生的Agent數(shù)量。通過(guò)Displaysurface對(duì)象可以實(shí)現(xiàn)顯示界面，Displaysurface對(duì)象通常放在一個(gè)預(yù)定義的setup()方法中，此方法常用來(lái)對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)配置。

Private void buildschedule()方法建立改變模型狀態(tài)的時(shí)間表，即模型在什么時(shí)間運(yùn)用什么方法調(diào)用什么對(duì)象。在模型中，每運(yùn)行一個(gè)“tick”,顯示界面和圖表都會(huì)相應(yīng)地進(jìn)行更新，本模型中用于記錄每一個(gè)時(shí)間段Agent的情況及災(zāi)害的蔓延情況。

CoalMineAgent類實(shí)現(xiàn)Agent的活動(dòng)，包括Agent的初始化、訪問(wèn)控制、所在空間的更新、Agent移動(dòng)的方向矢量設(shè)置、Agent的顯示以及狀態(tài)報(bào)告等內(nèi)容。CoalMineAgent類中包括了public void step()、public void setVxVy()、public void draw()、public void report()等方法，實(shí)現(xiàn)了Agent的設(shè)置、顯示和狀態(tài)報(bào)告等內(nèi)容。

CoalMineSpace類實(shí)現(xiàn)模型中空間活動(dòng)環(huán)境的初始化、災(zāi)害的初始發(fā)生地、Agent在空間中的初始化分布等情況設(shè)置。在空間活動(dòng)環(huán)境中，每一個(gè)柵格都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，可以用（x，y）來(lái)表示，Agent就在這樣的柵格單元上活動(dòng)，其坐標(biāo)與柵格單元的坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)。CoalMineSpace類包括了public void setFire()，public boolean addAgent()，public int getTypeAt()，public boolean moveAgentAt()等方法，分別實(shí)現(xiàn)災(zāi)害初始發(fā)生地的設(shè)置、Agent的添加、災(zāi)害類型的設(shè)置及Agent的移動(dòng)位移的設(shè)置。

除了以上三個(gè)主要的類以外，還有兩個(gè)類Disaster和Point，用于設(shè)置災(zāi)害的基本信息和空間環(huán)境中的避災(zāi)硐室及出口位置等信息。

3 模型的仿真結(jié)果

礦井逃生模型的運(yùn)行界面如圖1所示。

模型界面包括六部分，分別是：

（1）RePast仿真平臺(tái)工具條，位于模型界面的最上方，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的運(yùn)行控制；

（2）Coal Mine Display，模型運(yùn)行的顯示界面，顯示模型運(yùn)行過(guò)程中的各個(gè)“tick”的狀態(tài)；

（3）RePast Output輸出窗口，輸出模型運(yùn)行過(guò)程中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；

（4）fireInSpace窗口，統(tǒng)計(jì)火災(zāi)蔓延情況；

（5）Coal Mine Model Setting窗口，設(shè)置和顯示模型中的參數(shù)；

（6）Amount Of Agent In Space窗口，火災(zāi)發(fā)生時(shí)Agent的逃生情況統(tǒng)計(jì)。從圖3的（6）窗口中可以看出，大部分Agent在火災(zāi)蔓延到自己所處的工作面時(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)成功逃生。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文利用基于RePast的仿真平臺(tái)對(duì)礦井逃生模型進(jìn)行仿真，給研究煤礦安全問(wèn)題提供了一個(gè)新視角。利用該模型能夠較好的實(shí)現(xiàn)井下逃生。下一步的研究將是對(duì)Agent的種類和決策及模型的運(yùn)行規(guī)則加以細(xì)化，并將針對(duì)不同災(zāi)害類型和Agent生成不同的逃生路線。

參考文獻(xiàn)

[1]Cotton S,Dennison-Johnson,A., Giraldo, L.Mine Escape Vehicle (MEV) concept development [C].// SME Annual Meeting and Exhibit 2010, February 28, 2010 - March 3, United States, 2010:206-209.

[2]Dziurzynski, W., Roszkowski, J., Tobiczyk, J. Monitoring and control of ventilation in polish coal mines[C]. //Australasian Institute of Mining and Metallurgy Publication Series.8th International Mine Ventilation Congress-Proceedings, 2005,309-315.

[3]Mironowicz.Wadystaw,Wasilewski.Stanisaw. Monitoring of natural hazards in the underground hard coal mines[C].//New Technological Solutions in Underground Mining International Mining Forum, Poland,2006:87-94.

[4]Papastefanou,Constantin.Escaping radioactivity from coal-fired power plants (CPPs) due to coal burning and the associated hazards:A review[J]. Journal of Environmental Radioactivity(S0265-931X), 2010,101(03):191-200.

[5]肖勇杰,封衛(wèi)兵,晁媛.基于LBM算法的大規(guī)模人群疏散研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2011,21(07):21-24.

[6]汪云甲,伏永明.礦井巷道三維自動(dòng)建模方法研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2006,31(12):1097-1100.

[7]仵自連,王德勇,樊繼.虛擬礦井生產(chǎn)仿真系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2006,22(26):308-310.

[8]蔡林沁.基于Agent的煤礦智能虛擬環(huán)境研究[D].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué),2007.

[9]蔡麗,童敏明.基于多Agent技術(shù)的煤礦安全生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2009,37(03):90-92.

[10]張俊瑞,鄧曦輝.基于多Agent的井下逃生仿真模型[J].電腦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,2012,25(04):27-28.

[11]郝成民,劉湘?zhèn)?郭世杰.Repast:基于Agent建模仿真的可擴(kuò)展平臺(tái)[J].計(jì)算機(jī)仿真,2007,24(11):285-288.

作者簡(jiǎn)介

張俊瑞，女，碩士研究生學(xué)歷。主要研究方向?yàn)橹悄苘浖夹g(shù)。

王秀華，女，碩士學(xué)位。主要研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)與智能信息處理。

作者單位

晉中學(xué)院信息技術(shù)與工程學(xué)院 山西省晉中市 030619