Multiagentní simulace explozí

Tato stránka slouží jako výzkumná zpráva simulace "Multiagentní simulace explozí" k semestrálnímu projektu pro předmět 4IT495 Simulace systémů (LS 2014/2015) na VŠE v Praze (Fakulta: FIS, Katedra: KIT, Obor: Informační systémy a technologie).

• Název simulace: Multiagentní simulace explozí

• Předmět: 4IT495 Simulace systémů (LS 2014/2015)

• Autor: Bc. Maxim Rytych, xrytm00

• Typ modelu: Multiagentní

• Modelovací nástroj: Netlogo 5.2

Definice problému

Znázornění závislosti přetlaku na času od vzniku exploze

Exploze je fyzikální jev, při kterém dochází mimo jiné k náhlému a prudkému lokálnímu zvýšení tlaku. Tato změna tlaku se následně šíří do okolí jako tlaková vlna. Jedním z nejdůležitějších parametrů je hodnota přetlaku Failed to parse (MathML with SVG or PNG fallback (recommended for modern browsers and accessibility tools): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle \Delta{P}} , tj. rozdílu oproti okolnímu tlaku, kterou exploze vyvolá. Tento parametr je používán v řadě příruček, technických dokumentací a odborných manuálů pro zhodnocení způsobených škod. Abstrahuje se například od tvaru tlakové vlny, doby působení na objekt atd. Maximální hodnotu přetlaku můžeme vypočítat jako funkci hmotnosti výbušniny a vzdálenosti od místa exploze zavedením tzv. škálované vzdálenosti:

Failed to parse (MathML with SVG or PNG fallback (recommended for modern browsers and accessibility tools): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle Z=\frac{R}{W^\frac{1}{3}}}

kde:

• Failed to parse (MathML with SVG or PNG fallback (recommended for modern browsers and accessibility tools): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle R} ... vzdálenost od místa exploze
• Failed to parse (MathML with SVG or PNG fallback (recommended for modern browsers and accessibility tools): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle W} ... hmotnost výbušniny v ekvivalentu kg TNT

Existuje řada rovnic pro určení hodnoty maximálního statického přetlaku Failed to parse (MathML with SVG or PNG fallback (recommended for modern browsers and accessibility tools): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p_s \sim Z} . Nejznámějšími semiempirickými modely jsou rovnice Brodeho a Henrycha. Přesnějším je model Henrycha, který rozlišuje tři zóny: blízkou, střední a vzdálenou.

Failed to parse (MathML with SVG or PNG fallback (recommended for modern browsers and accessibility tools): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p_s=\frac{1407,2}{Z} + \frac{554,0}{Z^2} - \frac{35,7}{Z^3} + \frac{0,625}{Z^4}} pro Failed to parse (MathML with SVG or PNG fallback (recommended for modern browsers and accessibility tools): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle 0,05 \le Z \le 0,3}

Failed to parse (MathML with SVG or PNG fallback (recommended for modern browsers and accessibility tools): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p_s=\frac{619,4}{Z} - \frac{32,6}{Z^2} + \frac{213,2}{Z^3}} pro Failed to parse (MathML with SVG or PNG fallback (recommended for modern browsers and accessibility tools): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle 0,3 \le Z \le 1,0}

Failed to parse (MathML with SVG or PNG fallback (recommended for modern browsers and accessibility tools): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p_s=\frac{66,2}{Z} + \frac{405,0}{Z^2} - \frac{328,8}{Z^3}} pro Failed to parse (MathML with SVG or PNG fallback (recommended for modern browsers and accessibility tools): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle 1,0 \le Z \le 10,0}

kde:

• Failed to parse (MathML with SVG or PNG fallback (recommended for modern browsers and accessibility tools): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/":): {\displaystyle p_s} ... hodnota přetlaku v kPa

Metoda

Multiagentní simulace není zřejmě nejvhodnější pro tento typ modelu, nicméně je z mého pohledu nejvhodnější v porovnání s ostatními modely probíranými v kurzu. Nástroj pro provedení simulace také neodpovídá komplexitě oblasti, ale je jediným nástrojem, který byl v kurzu pro multiagentní simulace používán. Ze všech probíraných modelů mě nejvíce zaujaly právě multiagentní - mimo jiné z důvodu nástroje NetLogo, které na mě působilo uživatelsky přívětivě a poskytovalo řadu funkcionalit, mezi které v nepolední řadě patřilo uživatelské rozhraní se zajímavými grafickými prvky. Na samotných multiagentních simulacích mě zaujala komplexita, která vychází z interakcí agentů s okolím a mezi sebou navzájem.

Model

Předpoklady a omezení

• Model se zabývá působením přetlaku na objekty (lidé, budovy, ostatní překážky)
• Pro výpočet přetlaku je použit obecný vzorec, který určuje hodnotu přetlaku v kPa v závislosti na hmotnosti nálože v ekvivalentu kg TNT a vzdálenosti objektu od místa exploze
• Model předpokládá tlakovou vlnu kulovitého tvaru
• Model nebere v úvahu nerovnosti terénu
• Model nezohledňuje teplotu a tlak okolního prostředí, ve kterém proběhne výbuch - parametry, které také ovlivňují hodnotu přetlaku
• Model nepracuje s odrazy nebo ohybem vlnění na překážkách, pouze v určitém smyslu zohledňuje absorpci vlnění překážkou
• Model uvažuje výbušninu bez střepin, tj. výbuch se projeví pouze jako tlaková vlna
• Model nezohledňuje dobu působení přetlaku na objekt

Vlastní model

Entity modelu

• breed [wave-particles wave-particle] ... částice tlakové vlny
• breed [explosives explosive] ... výbušnina
• breed [people person] ... lidé
• breed [walls wall] ... zdi
• breed [houses house] ... domy
• breed [windows window] ... okna v domech

Vlastnosti entit

• wave-particles-own [overpressure wave-id] ... hodnota přetlaku v okolí částice a "id" tlakové vlny

Procedury

• to setup

to setup
  clear-all
  set-default-shape wave-particles "dot"
  setup-explosives
  build-houses houses-amount
  build-walls walls-amount
  setup-people people-amount 
  reset-ticks
end

V této proceduře se nejprve vynulují výsledky předchozího běhu modelu. Následně se nastaví výchozí tvar částicím emitovaných výbušninou, nastaví se výbušnina, postaví se domy, zdi a rozmístí se lidé. Na konci procedury se resetuje čítač kroků.