Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Теоретические основы информатики

Диссертационная работа:

Гребенников, Роман Владимирович. Моделирование поведения толпы с использованием локальных скалярных полей : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.17 / Гребенников Роман Владимирович; [Место защиты: Воронеж. гос. ун-т].- Воронеж, 2011.- 113 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/2354

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы. Зачастую поведение толпы исследовалось в рамках социологии и психологии с целью исследования событий, случающихся в группах людей, объединенных общей целью, и функционирующих как единое целое. В таких случаях люди начинают частично терять свою индивидуальность и совершать поступки в рамках общего поведения толпы.

С ростом населения крупных городов, исследования поведения массовых скоплений людей в последнее время становятся все важнее. Следующие проблемы могут быть решены только на основе математического моделирования толпы:

оптимизация пропускной способности транспортных систем;

действия толпы в экстремальных ситуациях (например, пожар или террористический акт);

создание поведенчески-реалистичных виртуальных толп в компьютерной графике в кино и играх.

Это позволит разработать рекомендации специалистам, помогающие обеспечивать высокий уровень безопасности в обыденных и экстремальных ситуациях, оптимизировать различные здания и сооружения с точки зрения эффективности прохождения людского потока, а также эффективно управлять транспортным потоком.

Задача с аналогичной постановкой также имеет место при решении проблемы взаимодействия агентов, мигрирующих в распределенной сети в многоагентных системах, а также при планировании целенаправленного поведения автономных роботов.

Таким образом, во всех этих приложениях можно выделить задачу, заключающуюся в моделировании поведения объектов заданного класса, совокупность которых в общем случае будем называть толпой.

Разработкой и усовершенствованием моделей, методов и средств компьютерного моделирования толпы занимаются многие отечественные и зарубежные исследователи, среди которых В.М. Предтеченский, М.Я. Ройтман, В.В. Холщевников, СВ. Беляев, А.Н. Овсянников, Д. Толлман (D. Thallmann), С. Мусс (S. Musse), Д. Терзопулос (D. Terzopoulos), Д. Хелбинг (D. Helbing), Р. Хагс (R. Hughes), А. Трюи (A. Treuille), С. Рейнолдс (С. Reynolds) и др. Несмотря на то, что проблема моделирования поведения толпы исследована достаточно глубоко, существующие модели имеют определенные недостатки: зачастую фактически отсутствует этап тестирования и сравнения результатов моделирования с поведением реальных толп - эти модели являются гипотезами. Также в

большинстве моделей отсутствуют критерии сравнения их эффективности. Наконец, большинство моделей не поддерживает гетерогенную структуру толпы.

Для решения указанных вопросов очевидна необходимость привлечения новых подходов, а также всестороннего их сравнения с уже существующими.

Таким образом, актуальность темы определяется необходимостью совершенствования существующих моделей поведения толпы, что позволит достичь большей точности в прогнозировании поведения толп.

Цели и задачи исследования. Целью данного диссертационного исследования является разработка и анализ моделей поведения толпы для создания новых эффективных технологий и программных средств моделирования толпы.

Для достижения цели работы необходимо решить следующие задачи:

  1. Проведение анализа существующих моделей поведения толпы.

  2. Определение системы показателей эффективности поведения толпы.

  3. Разработка математической модели поведения толпы на основе локальных скалярных полей.

  4. Разработка мультиагентных алгоритмов расчета индивидуальных скалярных полей и вектора движения для отдельных участников толпы, оценка эффективности их работы.

  5. Разработка структуры программного обеспечения, реализующего предложенные алгоритмы моделирования поведения толпы.

  6. Проведение экспериментальных исследований для оценки практической применимости полученных результатов, проведение натурного эксперимента.

Методы исследования. Для решения представленных в диссертации задач были использованы аналитические и вычислительные методы аппарата математического моделирования, теории управления, численных методов, теории вероятности и математической статистики, теории оптимизации. Для реализации программной системы использованы принципы объектно-ориентированного и функционального программирования.

Основные результаты, выносимые на защиту, и их научная новизна. В

результате диссертационного исследования получены новые результаты, касающиеся изучения поведения толпы:

1) модель поведения толпы, основанная на использовании локальных скалярных полей и позволяющая с более высокой точностью

проводить имитационные исследования поведения больших групп объектов в различных условиях;

  1. роевый алгоритм оптимизации подходящего пути для каждого объекта;

  2. система показателей эффективности, позволяющая сравнивать оптимальность поведения толп;

  3. процедура проверки адекватности предложенной модели на основании данных, полученных в результате проведения эксперимента;

  4. структура программного обеспечения, позволяющая проводить полный цикл процесса имитационного моделирования поведения толпы, включающий в себя формирование внешней среды, визуальную демонстрацию деятельности моделируемой толпы, а также сравнение эффективности с уже существующими моделями.

В диссертации получены следующие результаты, обладающие научной новизной:

предложена модель поведения толпы, основанная на локальных скалярных полях, отличающаяся высоким уровнем соответствия поведению реальной толпы;

впервые сформулирована система показателей эффективности для сравнения различных моделей поведения толпы;

предложен мультиагентный алгоритм расчета движения толпы, позволяющий более эффективно выходить из локальных «тупиков».

Экспериментально подтверждена адекватность предложенной модели в рамках проведенного натурного эксперимента.

Практическая ценность. Практическая ценность результатов данной научной работы состоит в том, что предложенная модель поведения толпы позволяет с большей точностью проводить имитационное моделирование поведения толпы в различных ситуациях и условиях по сравнению с существующими моделями.

Разработанное программное обеспечение, реализующее предложенную модель поведения толпы, позволяет экспериментально оценить ее преимущество перед уже существующими моделями. Рекомендации, получаемые в результате работы разработанного программного обеспечения, предназначены для широкого круга специалистов в области проектирования зданий и сооружений и позволяют заблаговременно выявлять проблемные места в процессе проектирования.

Теоретические и практические результаты работы внедрены в деятельность ООО «МарКо» и реализованы в виде программной системы, о чем свидетельствует соответствующий акт внедрения. Данная программная система также зарегистрирована в отраслевом фонде алгоритмов и программ СФАП.

Данные, полученные в результате проведения натурного эксперимента с реальной толпой, могут быть использованы для проверки любой другой модели поведения толпы.

Полученные в данной научной работе результаты дают основу для дальнейших теоретических и практических изысканий в области моделирования поведения толпы.

Область исследования. Содержание диссертации соответствует паспорту специальности 05.13.17 «Теоретические основы информатики» (технические науки) по следующим областям исследований:

п. 2 «Разработка и анализ моделей информационных процессов и структур»;

п. 8 «Исследование и когнитивное моделирование интеллекта, включая моделирование поведения, рассуждений различных типов, моделирование образного мышления».

Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались на IX международной конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии» (Воронеж, 2009), международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных "Ломоносов-2010" (Москва, 2010), XXIX научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» (Нижний Новгород, 2010), международной научно-практической конференции «Гибридный Интеллект 2010» (Воронеж, 2010), а также на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, сотрудников, аспирантов и студентов ГОУ ВПО «Воронежский государственный университет».

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 113 страницах и состоит из введения, четырех глав, разбитых на параграфы, заключения, приложений и библиографического списка из 101 пункта. Данная работа также включает в себя 38 рисунков и 10 таблиц.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net