Evakuace areálu VŠE

Tato stránka byla vypracována za účelem popisu simulace evakuace areálu VŠE.

Název simulace: Evakuace areálu VŠE

Autor: David Vojta, vojd00

Modelovací nástroj: NetLogo

Definice problému

Nahlášení přítomnosti bomby není nic nového v dění Vysoké školy ekonomické v Praze. Jednalo zatím vždy o falešné hlášení, které sebou vede následky, které jsou poškozující pro školu a státní aparát nejen z finanční stránky, ale i z pověsti školy. Studenti, personál a víceméně všichni přítomni jsou vždy nuceni evakuovat celou budovu a s následným uzavřením budovy to i narušuje školní plán. Lidé ztrácejí čas i peníze. Samotná evakuace může být i traumatická pro přítomné. Vzhledem k povaze a frekvenci hlášení bomb jsou však studenti a personál zvyklý na evakuace. Jak by ale situace probíhala v případě prvního setkání s takovým incidentem? Evakuace totiž vždy nemusí probíhat organizovaně a to může vézt k nadvládě chaosu a paniky.

Cílem simulace je zachytit pravděpodobný scénář odehrávání evakuace areálu VŠE. Pro účely této simulace se bude jednat o pouze o evakuaci zjednodušeného areálu 1. patra SB na Žižkově. Simulace obsahuje studenty (evakuující) a koordinátory, kteří budou přítomni během evakuace. Evakuující jsou různorodí. Mohou podléhat panice a také jsou schopní ve zmatku zašlapat jedince, kteří nemají štěstí. Úspěšný model by měl pomocí uživatelské parametrizace vyprodukovat výstup obsahující data o tom, jaká je procento pošlapaných a přeživších evakuující.

Metoda

Simulaci jsem se rozhodl implementovat jako agentní simulaci. Základ simulace tvoří simulace evakuace před požárem, která se vytvářela na cvičení (téma jsem si vybral před tímto cvičením bez jakékoliv vědomosti o této simulaci). Je však z velké části předělána a připomíná původní simulaci jen zpracovaným tématem.

Model

Samotný model má rozměry 96x96 patchů a je ze všech stran uzavřený. Vzhledem k povaze půdorysu SB VŠE byla však velká část prostoru nevyužita, rozhodl jsem se tam umístit logo VŠE a vstupy a výstupy pro simulaci.

Kromě tyrkysové barvy políček pro nakreslení loga mají jednotlivé barvy svůj účel.

• Světlešedá je pro místnosti, či užší prostory se sezením. Na těchto prostorech se na začátku simulace nachází studenti.
• Černá je pro zdi a neprostupná políčka. Studenti nejsou schopni projít a musí si najít jinou cestu.
• Žlutá je pro chodbu (velký otevřený prostor). Na chodbě se na začátku simulace nachází koordinátoři.
• Zelený je pro východ. Pokud se studenti dostanou na zelené políčko, pak jsou evakuování. Reprezentují hlavní schodiště a zadní menší schodiště na pomezí s NB.
• Světlemodrá je pro východ z uzavřeného prostoru. Na začátku simulace chtějí studenti opustit místnost, ve které se zrovna nachází.
• Červená je pro políčka, kde byl buď student ušlapán, nebo poslední místo při výbuchu.

Agenti

Simulace obsahuje dva typy agentů, jimiž jsou studenti a koordinátoři. Studenti jsou označení červenými šipkami. Studenti se pokouší dosáhnout východu, čímž přežijí evakuaci. Studenti po opuštění třídy, kde se nacházeli při nahlášení evakuace však neví, kde se lze evakuovat. Během samotné evakuace mohou být také pošlapáni, což se může stát, pokud jich stojí moc u sebe. Pokud jsou studenti zpanikaření, pravděpodobnost k ušlapání spolužáka se zvyšuje. Také pokud je student ušlapán, všichni studenti v okolí podlehnou panice, což může vyvolat řetězovou reakci. Tomu naštěstí zabraňuje přítomnost koordinátorů, kteří pomáhají studentům se dostat k východů a v modelu jsou označení modrými panáčky. Nasměrují studenty k východu, zvýší jim rychlost a také v okolí uklidní studenty, čímž jim odstraní paniku.

Parametry

Model obsahuje 4 nastavitelné parametry.

• Slider, kde lze nastavit počet studentů od 50 do 500. Maximální počet 500 byl zvolen z důvodů blížení se reálné kapacitě prostorů, kdy plánek obsahuje 16 učeben, které jsou zhruba po 25 studentech. Dále je 5 prostorů k sezení pro 10 lidí a nakonec dva kabinety pro 5. Součet je tedy 460 a 500 po zaokrouhlení.
• Slider, kde lze nastavit počet koordinátorů. V kontextu simulace může být koordinátor kdokoliv vyučující, či jakýkoliv jiný personál. Jejich kapacita byla určena podobných způsobem jako u studentů.
• Přepínač mezi "boom-mode". Pokud je přepínač v módu "ON", pak se začne odpočítávat na začátku simulace čas, po jehož uplynutí vybouchne bomba a všichni přítomní to nepřežijí.
• Slider, kde lze nastavovat čas do výbuchu v 60 tickových (tick v naší simulaci je sekunda) intervalech.

Výsledky

Výstupy simulace jsou již patrné z těch, co se nachází v samotném modelu. Pro určení efektivního počtu koordinátorů pro počet studentů provedeme s různými parametry simulaci pokaždé alespoň pětkrát pro zprůměrování výsledků. Čas měření je 480 ticků. Vzhledem k problémům s implementací algoritmu pro vyhýbání se překážek se někteří studenti zaseknou, resp. zacyklí a nemohou evakuovat. Tyto studenty tedy nebudeme počítat do výsledků a ani by to nemělo mít přílišný vliv, protože trend bude vidět stále.. Studenty, co se zasekly tedy odečteme a bude nás zajímat primárně poměr mezi evakuovaných na počet studentů.

Poměr přeživších

Počet koordinátorů / studentů	100	200	300	400	500
10	54,92%	49,8%	41,82%	40,7%	35,04%
20	57,82%	49,28%	42,44%	39,05%	28,5%
30	54,49%	52,08%	43,9%	35,95%	24,6%

Bohužel kvůli nedokonalému algoritmu jsou i některá výstupní data nedokonalá. Procenta výše by evidentně měla jiné hodnoty. Ale jak již bylo psáno v předchozím odstavci, poměr zůstává stejný. S větším množství studentů roste i počet, kterým se podaří evakuovat. Díky náhodnosti generování studentů v rámci simulace by ve všech případech mělo poměrně stejné množství studentů "nefungovat". To znamená, že klesající procento evakuovaných studentů má i vypovídající hodnotu. S vyšším počtem studentů klesá pravděpodobnost evakuace. Koordinátoři na to nemají vliv, ale to je nejspíše způsobené malým vzorkem pokusů.

V grafu níže lze vidět rozdělení poměru přeživších.

Poměr ušlapaných

Počet koordinátorů / studentů	100	200	300	400	500
10	2,6%	14,4%	23%	32,65%	39,88%
20	3,8%	12,9%	25,2%	36%	44,64%
30	4,8%	15,3%	28,73%	37,95%	44,84%

I zde se nacházejí zkreslená data. Lze tu ale opět vidět i stoupající trend počtu ušlapaných s vyšším počtem studentů. Co je však zajímavé je, že zde by se dali interpretovat rozdíly mezi počtem koordinátorů. Vypadá to, že rostoucí počet koordinátorů má dokonce negativní vliv na počet pošlapaných. Tedy s vyšším počtem koordinátorů roste i počet ušlapaných. Dalo by se to vysvětlit tím, že studenti mají více příležitostí se "cpát" ke koordinátorovi a tím ušlapat spolužáky.

Níže opět graf pro vizualizaci trendu.

Závěr

Cílem simulace bylo graficky znázornit možný průběh simulace s možností parametrizovaní situace a využití výstupů pro empirickou analýzu optimálního poměru koordinátorů vůči počtu evakuujících se studentů. Z analýzy výsledků provedené výše se ukázalo, že s počtem studentů klesá počet přeživších, ale na druhou stranu i se zvyšujícím se počtem koordinátorů roste počet obětí na ušlapání.

Pro budoucí rozvinutí simulace je v první řadě nezbytné opravit algoritmus pro navigaci studentů, který zkresloval výsledky. Také by se dalo rozšířit automatizovaným systémem pro vkládání rozmezí vstupních parametrů, pro automatické tvoření tabulek na základě tisíců, ne-li milionu simulací pro dané vstupní parametry.

Zdroje

Původní verze simulace k inspiraci ze cvičení a dokumentace NetLogo

Kód

Media:vojd00_evakuace.nlogo