教室应急疏散的Agent模拟毕业论文
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教室应急疏散的Agent模拟毕业论文
目 录
1. 背景 ................................................... 1
1.1 Agent简介....................................... 1
1.2 Agent 结构 ....................................... 2
2 课题的分析与解决方案 ................................... 4
2.1 课题的分析 ........................................ 4
2.2 仿真软件的选择及其优势 ............................ 4
3模拟工具—Netlogo....................................... 6
3.1 Netlogo简介 ...................................... 6
3.2 Netlogo的仿真 .................................... 7
3.3 Netlogo的特性 .................................... 8
4 人员活动场所的设计 .................................... 10
4.1 教室框架的设计 ................................... 10
4.1.1 教室墙壁的设计 ................................. 10
4.1.2 教室门的设计 ................................... 11
4.2 讲桌、课桌和座位的设计 ........................... 11
4.2.1 讲桌的设计 ..................................... 12
4.2.2 课桌和座位的设计 ............................... 12
5 人员及其行动规则的设计 ............................. 14 ．2． 5.1 人员的设计 ....................................... 14
5.2 行动规则的设计 ................................... 16
5.2.1 区域的划分 ..................................... 16
5.2.2 区域1的内人员的思想 ........................... 17
5.2.3 区域2的内人员的思想 ........................... 18
5.2.4 区域3的内人员的思想 ........................... 18
5.2.5 区域4的内人员的思想 ........................... 21
6 教室应急疏散的模拟 ................................. 23
6.1 上课与否 ......................................... 23
6.2 人员数量的模拟 ................................... 24
6.3 男女速度及相对速度的模拟 ......................... 26
7 总结 .................................................. 29
8 致谢 .................................................. 31
参考文献： .............................................. 32
附录 .................................................... 33
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1. 背景
1.1 Agent简介
智能Agent自80年代起一直是分布式人工智能研究的热点，虽然该词已被广泛使用，但至今仍没有一个公认的定义。文献[1]将Agent定义为一种“基于某种场景，并具有灵活、自主的行为能力，以满足设计目标的计算机系统”。文献[2]将Agent的定义分为强弱两种。Agent被弱定义为满足如下特性的基于硬件或（更经常是）软件的计算机系统:
① 自主性（Autonomy） Agent的运行无需人类或者其他Agent的直接干预，并能对其自身行为及内部状态进行某种控制。
②社会性（Social Ability） 能通过某种Agent通信语言与其他Agent（也可能是人类）进行交互。交互主要有三种类型：协作（Cooperation）、协调（Coordination）和协商（Negotiation）。
③主动性（Pro-activities） Agent不但能对环境做出反应，而且它们能够积极主动地做出使其目标得以实现的行为。
Agent被强定义为：除满足弱定义中的所有特性外，还具有通常应用于人类的精神化（Mentalistic）概念，如知识、信念、意图和义务，甚至具有情感因素的计算机系统。
此外，许多学者还提出了Agent具有的一些其他特性，如：
①基于场景性（Situatedness） Agent能从场景中接收传感器输入，并完成以某种方式改变场景的行为。
②移动性（Mobility） Agent能在电子网络上移动的能力。
③灵活性（Flexibility）包含了反应性、主动性和社会性
④诚实性（Veracity） Agent从不有意传送虚假信息。
⑤友好性（Benevolence）Agent之间无矛盾目标，故每个Agent总是尽力完成其他Agent提交的任务。
⑥理性（Rationality） Agent不会放弃其目标，直至目标实现，．2． 且它不做出妨碍其目标实现的行为（至少在其信念允许范围内是这样）。
⑦长寿性（或时间连贯性） 畅通程序由用户在需要时激活，不需要时或运算结束后停止。Agent与之不同，它应该至少在“相当长”的时间内连续地运行。这虽不是Agent的必须特性，但目前一般认为它是Agent的重要性质。
⑧自适应性（Adaptability） Agent应能积累或学习经验和知识，并修改自己的行为以实行新形势。
多Agent 系统(MAS)是指由多个(半)自主构件组成的所有类型的系统。它是一个松散耦合的问题求解器网络,其目标是为了解决那些超出每个问题求解器的单独能力或知识的问题。这些问题求解器就是Agent ,它们是自主的,并可能是异构的(Heterogeneous) 。
1.2 Agent 结构
Agent 的结构主要有三类: (1)认知(Cognitive)型结构。这种结构是基于Newell 和Simon提出的物理符号系统假设的,它包含世界和环境的显式表示和符号模型,使用逻辑或伪逻辑推理进行决策。一个典型例子是Fikes和Nilsson开发的STRIPS系统。Chapman在1987年用理论证明这种方法不能实现实时系统,使人们对符号式AI的能力产生了怀疑,于是出现了反应型结构。(2)反应(Reactive)型结构。这种结构的最主要特点是:不包括任何符号世界模型表示,不使用复杂的符号推理机制。应用这种方法的一个成功例子是Brooks 的“机器虫”。(3)混合(Hybrid)型结构。它是将上述两类结构有机结合而形成的结构。在这种结构中,认知子系统包含符号的世界模型,用于规划和决策;反应式子系统对场景中比较紧急的事件及时作出反应,而不需要复杂的推理。一般情况下,反应子系统要比认知子系统有更高的优先级,以保证整个系统能对重要事件立即作出反应。目前主要采用“分层体系结构”(Layered Architecture) ,典型系统有Touring
Machines 和InteRRaP。Touring Machines的混合型结构由感知和行为子系统,以及三个控制层组成。感知和行为子系统直接同场景接口、交互;三个控制层分别是:反应层、规划层和建模层。其中反应层是基．3． 于反应型结构思想设计的,另外则为认知型结构。三个控制层之间可以互相通信,并有一个协调它们的控制框架,以解决可能产生的冲突。InteRRaP也是一个层次体系结构,包含知识库和控制构件。控制构件由低到高分为四级:“世界接口控制构件”、“基于行为的构件”、“基于规划的构件”及“协作构件”。在系统的最底层是世界接口控制构件及相应的世界模型知识库,前者主要负责Agent 与环境的交互;基于行为的构件的目的是实现和控制Agent 的基本反应能力;基于规划的构件包含一个“规划器”,它响应来自基于行为的构件的请求,生成单个Agent 的规划,对应于该层的知识库包含一系列规划(库) ;协作构件能根据规划构件的请求生成满足多个Agent 要求的联合规划。
纯反应型结构的Agent 系统(也称为反应型Agent)只对环境的变化或来自其它Agent 的消息产生反应,而不能对其内部状态进行推理,通过触发规则或执行预先定制的规划来执行动作。该类型系统能及时快速响应环境变化和外来信息,但缺乏灵活性。纯认知型系统(也称为意识型Agent)能基于符号表示和逻辑推理来创建、更新、评价、选择及执行适宜规划,以采取动作和完成目标,具有较强的灵活性和较高的智能,但对环境的变化无法作出快速响应。从当前的研究结果来看,认知型方法在Agent 结构研究中居主导地位。而由于缺乏响应的开发方法,反应型系统的研究和应用尚处于初级阶段,有人建议用神经网络、遗传算法和机器学习等技术来解决该类型系统的若干问题。许多研究者认为混合方法集中了两者的优点,是较佳的选择。在论文设计中，人员活动的世界是教室，环境的变化并不是那么剧烈，因此，本次论文设计的实现采用纯反应结构比较合适。
．4． 2 课题的分析与解决方案
2.1 课题的分析
对于课题“教室应急疏散的Agent模拟”，研究的环境是突发情况，场所是教室，对象是人员，目的是完成人员疏散的模拟。
对于环境，本论文考虑的是一般情况，即一个触发告诉人员突发情况发生，人员应采取行动，尽快逃离教室。对于教室，由于是模拟，应考虑一定的实际性，因此对于教室的设计应当以实际中的教室为原型，给教室设计出口，人员须从出口处离开教室。对于人员，在课题中，人员作为一个个的个体（Agent）在一定的环境中活动和相互影响，人员的活动应当具有一定思想，这样才能具有一定的智能化，而这些思想即是人员在活动中应当遵从的一定的规则。人员在一定的区域内活动，在活动的过程中会遇到障碍物，碰到当前个体的前方有个体，但是该个体运动较慢，这就牵涉到人员的排队规则。在排队等待的过程中，周边如果有空余位置，人员会自主移动，以便人员尽可能分散开来，以便人员较快的疏散。赋予人员一定的思想需要以语言编程的方式来实现，这就要求仿真软件应具有一定的编程能力，同时，对“教室应急疏散的Agent模拟”也应考虑人员随时间的移动过程，这也就要求使用仿真软件建造的系统是一个随时间演变的系统。综上所述，要实现模拟，需选择一个切合本课题的软件。
2.2 仿真软件的选择及其优势
对于仿真，能够实现一定功能的仿真的软件有很多，比如Ascape、Agentsheet、Cellab、JADE、MsdKit、MASON、Netlogo等，他们的共同点是能够提供一个仿真的平台。对于本课题，要求仿真软件具有一定编程操作，能研究在不同时间内人员的所处的环境及人员所采取的行动，且能够提供一定的可视化工具等。综合以上要求，对比这几种仿真软件，认为Netlogo对于本课题是相对比较合适的。
