Kein Folientitel - Technische Universität Kaiserslautern

Transcrição

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Evakuierungsplanung
Horst W. Hamacher
und
Stevanus A. Tjandra
Universität Kaiserslautern
Danke an:
Peter Bohrer
Florian Dreifus
Michael Porr
Modellierung im Interdisziplinären StudienProgramm (MISP): Katastrophenvorhersage und -Management
Universität Kaiserslautern, 9. Mai 2003
UNIVERSITÄT
KAISERSLAUTERN
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Inhalt
Einleitung
• Kreislauf des Notfallmanagements
• Was ist eine Evakuierung?
• Evakuierungsplanung
• Arten der Evakuierung
• Probleme im Zusammenhang mit Evakuierung
Verhaltensmuster
Verfahren zu Evakuierungsmodellen
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Kreislauf des Notfallmanagements
Bereit sein
Mildern
Notfall
Reagieren
Normalisieren
BEREIT SEIN: Was man vor einem Notfall tun kann
Vorkehrung zur Notfallvermeidung, Notfallübung, öffentliche Information,...
MILDERN: Auswirkung von Notfällen minimieren
Reduzierung der Folgewirkung von Notfällen (Sonderfonds, günstige Darlehen,....)
REAGIEREN: Gefahren, die durch Notfall ausgelöst werden, minimieren
Warnung, Evakuierung, Unterkunft, Schutz vor Hitze und Kälte, Medizinische Versorgung,...
NORMALISIEREN: Rückkehr der Gemeinschaft zur Normalität
Schadensfeststellung, Beseitigung von Schutt, Dekontamination, Notfallhilfszentren, Krisenberatung,...
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Was ist eine Evakuierung ?
Auslöser
Notfallsituation
Feuer
Gasleck
Bombendrohung
Erdbeben
Wirbelsturm
Aktion
Evakuierung
Ziel
Sicherheit
Evakuierungsrouten
Notfallunterkünfte
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Eintritt des Notfalls
Notfallunterkünfte eingerichtet
-5-
0
Notfallunterkünfte
Zeitablauf der Notfallunterkünfte
(Quarantelli [1995])
24h
48h
72h
5. Tag
30. Tag
60. Tag
1 Jahr +
Notfallunterkunft
Vorläufige Unterkunft
Vorläufige Wohnung
Endgültige Wohnung
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Evakuierungsplanung
(Dirk Reichert, Deutsche Rote Kreuz [2002])
Hilfestellung zur Entscheidungsfindung
Zuordnung aller notwendigen Maßnahmen
in Sachgruppen
Bereitstellung von Checklisten
Festlegung von Zuständigkeiten
Bereitstellung einsatzrelevanter Informationen
Bereitstellung eines lageabhängigen Zeitschemas
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Sachgruppen

• Evakuierungsgebiet festlegen
Räumungsvorbereitung und • Vorbereitung der Evakuierung
besonderer Objekte
Verkehrsplanung
• Sammelplätze
• Warnmittel
festlegen
Warnung und Information • Warntexte
• Aufnahmebereiche
erstellen
• Bereitstellungsraum
Fahrzeuge
• Warnung
durchführen: für
Sirenwarnung,
Transport
• Transportbedarf ermitteln
• Landeplätze
für Hubschrauber
Warnung über
Medien (Radio),
• Transportkapazitäten
je
Verkehrsträger
• Aufnahmegebiete
/ - abschnittePresseinformation
• Abfahrpunkte
Lautsprecherfahrzeuge,
Aufnahme / Registrierung
ermitteln und
bereitstellen
• Gebäude
festlegenund
undZusteigenpunkte
herrichten
• Fahrstrecken
• Kennzeichnung• veranlassen
Parkflächen
• Kennzeichnung
der Sammelplätze
Zufahrtsstraßen
sperren,
Rettungswegeund
freihalten
Sicherung und Kontrolle
• Verkehrslenkung
einrichten
• Registrierstellen
Abfahrpunkte
Ermittlung
von Objekten besonderer Schutzstufe
•
Unterbringungsbedarf
•
Transporte
durchführen
Unterbringung
• Personenauskunftsstellen
Planung besonderer Schutzmaßnahmen
• Geeignete
Gebäude ermitteln und herrichten
• Familienzusammenführung
Personalbedarfsplanung
Betreuung
• Transportbedarf
festlegen
• Betreuungsdienste
einteilen
und einsetzen
• Aufenthaltsregelung
Überregionale
Verkehrsplanung
• Transporte
zusammenstellen
• Ärztliche
psychologische
/ soziale und durchführen
• /Kontrolle
auf Zurückbleiber
Versorgung und Evakuierung
von
Tieren
Betreuung durchführen
• Dekontaminationen
• Notversorgung nicht evakuierter Tiere
• Energie, Wasser, Betriebsstoffe
Rückführung
• Messungen
• Ermittlung des Viehbestandes
• Versorgungsgüter bereitstellen
• Rückführungen
•Transportbedarf ermitteln
• Entsorgung veranlassen
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Katastrophenschutz
Mitwirkende Organisationen:
die Feuerwehren
( http://www.feuerwehr.de/ )
das Deutsche Rote Kreuz
( http://www.drk.de/ )
das Technische Hilfswerk
( http://www.thw.de/ )
der Arbeiter-Samariter-Bund
( http://www.asb-online.de/home/home.htm )
die Deutsche Lebens-Rettungs-Gesellscahft
( http://www.dlrg.de/ )
die Johanniter-Unfall-Hilfe
( http://www.johanniter.de/ )
der Malteser-Hilfsdienst
( http://www.malteser.de/ )
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Wichtige Rufnummern
Notfall:
• Wo ist etwas geschehen ?
• Was ist geschehen ?
• Wie viele Verletzte ?
• Welcher Art ?
• Warten auf Rückfragen !!
Polizei
110
Feuerwehr
112
Rettungsdienst
Ärztlicher Notdienst
Feuer:
• Wo brennt es ?
• Was brennt ?
• Wie viel brennt (Umfang) ?
• Welche Gefahren ?
(Personen in Gefahr,
Gasflaschen gelagert o.ä.)
• Warten auf Rückfragen !!
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Evakuierungszeit
Zeit zwischen Initiierung des Notfalls und Erreichen der
Sicherheit aller Bewohner
(Reaktionszeit des Überwachungssystems) +
Zeit, die von Bewohnern benötigt wird, um die
Gefahrensituation zu erkennen
(Wahrnehmungszeit) +
= Pre-movement
Zeit, die von Bewohnern benötigt wird, um zu
Zeit
entscheiden, welche Reaktion angemessen ist Enthaltene Aktivitäten:
•Benötigte
Suche nach
weiteren Informationen
(Verhaltens- und Reaktionszeit)
+Informationen:
typischeund
Laufgeschwindigkeit
••Suchen
sammeln von Begleitern
Gruppenverhaltensichern
••Wertgegenstände
Gestalt undrufen
Anzahl der Bevölkerung
••Feuerwehr
Anzahl
der verfügbaren und nicht
Zeit, die benötigt wird, um zum Ausgang/ zur ••Feuer
bekämpfen
verfügbaren Ausgänge
sicheren Zone zu gelangen (Fluchtzeit).
• Evakuierungsstrategien:
totale/partielle Evakuierung
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Arten der Evakuierung
Evakuierung aus Flugzeugen
Alle Passagiere und die Besatzung müssen innerhalb
von 90 Sekunden aus dem Flugzeug evakuiert werden können.
(Federal Aviation Administration (FAA, USA))
60-foot rule:
(FAA-USA und Joint Aviation Regulations-Europe)
Notausgänge sollen in Längsrichtung des Flugzeugs nicht
weiter als
60 Fuß (ca. 18m)
vom nächsten Notausgang auf der selben Seite des selben
Decks entfernt sein.
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- 12 -
Evakuierung aus Schiffen
(International Maritime Organization, IMO, und
the international convention for the Safety Of Life At Sea, SOLAS):
Evakuierungszeit: Die Zeit, die benötigt wird, bis alle Passagiere
und die Besatzung von ihrem jeweiligen
Standort zum Zeitpunkt der Alarmierung zum
Verlassen des Schiffs sicher vom Schiff in
Lebensrettungsvorrichtungen sind, d.h.
Evakuierungszeit := Sammlungszeit + Einschiffungszeit
maximale Einschiffungszeit beträgt 30 Minuten
maximale Evakuierungszeit beträgt 60 Minuten
Rettungsboote und Rettungsflöße an Bord jeden Schiffs fassen
mindestens 100% der Leute an Bord
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- 13 -
Gebäudeevakuierung
• Hochhaus
• Krankenhaus
• Sportstadion
National Fire Protection Association (NFPA):
Die Bewohner des brennenden Stockwerkes und der Stockwerke
direkt darüber und darunter sollten sofort über die Feuertreppe
zumindest einige Stockwerke nach unten gehen.
Während eines Feuers oder eines ähnlichen Notfalls im Gebäude
darf der Fahrstuhl in keinem Fall benutzt werden – auch nicht in
einem zweigeschößigen Haus.
Feueralarmsysteme in Hochhäusern müssen eine
Notfall-Sprechanlage besitzen.
Ausgebildetetes Notfallpersonal schätzt die Lage ein und kann
dann entsprechende Nachrichten an die Bewohner geben.
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- 14 -
Evakuierung von Regionen
Notfall-Planungs-Zonen:
Immediate Response Zone (IRZ)
dem Gefahrenpunkt nächstgelegenes Gebiet,
wo punktuelle und effektive Reaktion am
wichtigsten ist.
Protective Action Zone (PAZ),
etwas entfernteres Gebiet, das aber immer
noch potentiell gefährdet ist, abhängig von
der Art des Unfalls und den Wetterbedingungen
Precautionary Zone (PZ),
die äußerste Begrenzung, hinter der keine negativen Auswirkungen
als Ergebnis des Unglücks zu erwarten sind, und wo deshalb auch
keine signifikante Katastrophenplanung erforderlich ist.
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- 15 -
Zu Lösende Aufgaben bei Evakuierungen
Standortplanung und Zuordnung von Notfalleinrichtungen
(Sundstrom, Blood, and Matheny [1995] and Matheny, Keith, Sundstrom, and Blood [1997])
Verteilung der zu Evakuierenden
(Choi, Francis, Hamacher, and Tufekci [1988],
Owen, Galea, and Lawrence [1996], and Hamacher and Tjandra [2002])
Verhaltensmuster
(Sime [1994], Sandberg [1997], Helbing, Farkas, Molnár, and Vicsek [2002])
Vorbereitung auf den Notfall - Design
(Tanaka, Hagiwara, and Mimura [1996], Withington [2002])
Gefahrenverbreitung und Analyse
(Jones [1992], Klote [1995], Ebihara, Notake, Yashiro [1996])
http://www.directionalsoundevacuation.com/
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- 16 -
Inhalt
Einleitung
Verhaltensmuster
• Evakuierungsübung in der Universität Kaiserslautern
• Individuelle Verhaltensmuster
• Phänomene in Paniksituationen
• Menschliches Verhalten im Feuer
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- 17 -
Evakuierungsübung in der Universität Kaiserslautern
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- 18 -
Individuelle Verhaltensmuster
Reaktion auf Alarm
Wahl des Evakuierungsweges
Bewegungen
Sicherheit
Bereich ?
nein
ja
Ende
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- 19 -
Phänomene in Paniksituationen
Typische Eigenschaften:
Menschen bewegen sich schneller als normal und tendieren zu
blindem Aktionismus
An den Ausgängen bildet sich Gedränge. Manchmal
können Überlagerungen und Verstopfungen beobachtet
werden.
(Helbing, Farkas, Molnár, and Vicsek [2002])
http://angel.elte.hu/∼panic
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- 20 -
Gefahr durch Gedränge akkumuliert sich und kann zu
gefährliche Engpässen führen.
Die Flucht wird gebremst durch hingefallene und
verletzte Menschen, die zu Hindernissen werden.
( Unglück im Hillsborough Fußballstadion, 15. April 1989
96 Liverpool Fans tot, 700 Verletzte)
(Helbing, Farkas, Molnár, and Vicsek [2002])
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- 21 -
Asymmetrisch plazierte Säulen an den Ausgängen können
Verstopfungen reduzieren und verhindern die Bildung von
fatalen Engpässen.
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- 22 -
Internet Link für Simulation
Arbeitsgruppe Helbing, Dresden:
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- 23 -
Menschen tendieren zu Herdenverhalten
Alternative Ausgänge werden oft übersehen oder nicht
effizient genutzt.
Fluchtwege während des Feuers im Woolworth Markt, Manchester, 1979 (Sime J.D. [1989])
Fluchtweg
Besucher
Angestellte
Treppe A
71
27
Treppe B
0
41
Rolltreppe Fenster
22
7
5
14
Dach
0
13
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- 24 -
Menschliches Verhalten im Feuer
( Building Research Establishment (BRE) digest 388, Nov. 1993; Galea [2002])
Menschen ziehen vertraute Wege bei der Flucht vor,
d.h. die Vertrautheit mit den Fluchtwegen ist bei der
Richtungswahl mindestens genauso wichtig wie die
Weglänge.
Menschen tendieren dazu, in Gruppen und nicht individuell
zu agieren.
Leitung durch Angestellte beeinflußt die Bewegung
Menschen tendieren dazu, den Alarm zu mißachten
Wenn frühe Hinweise auf Feuer zweifelhaft sind, versuchen
Menschen mehr Informationen zu sammeln, um ihre Aktionen
zu planen.
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- 25 -
Inhalt
Einleitung
Verhaltensmuster
• Mikroskopische Verfahren
• Makroskopische Verfahren
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- 26 -
Mikroskopische Verfahren
=
Modell des Evakuierungsverhaltens
Vorraussetzungen (vgl. z.B. Sime J.D. [1994], Hamacher and Tjandra [2002]):
Personen bewegen sich oft mit Gruppen oder Familienmitgliedern und versuchen Personen, zu denen sie
emotionale Bindungen haben, so nah wie möglich zu sein.
Die Möglichkeit von Personen sich zu den Ausgängen zu begeben
kann beträchtlich variieren (z.B. junge Menschen, ältere Menschen
oder behinderte Menschen).
Die pre-movement Zeit ist genau so wichtig, wie die Zeit die es
benötigt um den Ausgang tatsächlich zu erreichen.
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- 27 -
Mikroskopische Verfahren - Überblick
basierend auf Simulation:
Doheny und Fraser (1996):
EGRESS - Simulation von Evakuierungen an Küsten
Owen, Galea, und Lawrence (1996):
buildingExodus, airExodus, maritimeExodus
Klüpfel, König, Wahle, und Schreckenberg (2000):
Simulation von Evakuierungsprozessen auf Passagierschiffen
Helbing, Farkas, und Vicsek (2000):
Simulation von Fluchtpanik
Hamacher und Tjandra (2000):
Simulation von Gebäudeevakuierung (SIMPLE++)
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- 28 -
Simulation von Gebäudeevakuierung
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- 29 -
Simulation von Gebäudeevakuierung
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- 30 -
Gemeinsame Komponenten der Evakuierungssimulation
Simulation Model
Physik. Objekte
Knoten
Attribute
• Kapazität
• W-Verteilung von
Hindernissen
• Ausgänge, Türen
Räume oder
Kreuzungen
Ablauf Manager
Kanten
Attribute
• Länge, Breite
• Treppenhaus : auf
oder ab, Steigung
der Treppen
• Hinweisschilder
• W-Verteilung von
Hindernissen
Output Manager
Evakuierten
Attribute
• Männer, Frauen,
•
•
•
•
Kinder, Behinderte
Geschwindigkeit
Reaktionszeit
Vertrautheit
Panik Level
Blockierungs
Arten
• Feuer (Energie, Ausbreitungsgeschwindigkeit)
• Rauch (Dichte, Ausbreitungsgeschwindigkeit)
• Sichtverhältnis
• Evakuierungszeit
• Räumungszeit der Etagen
• Evakuierte pro Ausgang
• Evakuierte pro Kante
• Aufzeichnung der Routen,
die benutzt wurden
• Die Geschwindigkeit der Evakuierenden
ist Abhängig vom Panik Level
• Zufällige Auswahl
• Vorherbestimmender kürzester Weg
(auf der Kanten-Länge basierend)
• Herdenverhalten
• Vermeidung von Kreisen
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- 31 -
Makroskopisches Verfahren
Voraussetzungen (vgl. z.B.
Sime J.D. [1994], Hamacher und Tjandra [2002] ):
Personen beginnen zu flüchten, sobald sie den Alarm hören
Die Zeit, die benötigt wird, um einen Bereich zu evakuieren,
ist primär von der Fluchtzeit abhängig
Personen tendieren dazu, sich zum nächstgelegenen Ausgang
zu begeben
Personen bewegen sich unabhängig voneinander
Alle anwesenden Personen verfügen über die gleichen
physischen Voraussetzungen, einen Ausgang zu erreichen
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- 32 -
Darstellung eines Gebäudes als Netzwerk
(capacity, travel time)
Ausgang
Ausgang
107
Knoten
25
(4,1)
(8,1)
21
(4,4)
9
(12,1)
(9,2)
(9,2)
6
0
(10,0)
(7,0)
(16,2)
107
(10,0)
16
0
(9,2)
Ausgang
(10,0)
(3,5)
0
13
17
(20,0)
10
5
(12,1)
↑Ausgang
(16,0)
Ausgang
(17,1)
(9,2)
(16,2)
4
2
23
(9,2)
(9,2)
7
(9,0)
Kante
(5,3)
(12,5)
1
(45,0)
(12,1)
(12,1)
(120,0)
14
0
(10,0)
(9,2)
(13,3)
(9,2)
Ausgang
11
18
(18,2)
(40,0)
(9,2)
22
107
(3,1)
(9,2)
3
24
0
(9,0)
(9,0)
(10,0)
(17,1)
8
20
15
(3,2)
(3,2)
(3,3)
(10,0)
0
107
(3,3)
40
(12,1)
12
19
107
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- 33 -
Architektur ⇔ Statisches Netzwerk
Gebäude:
Statisches Netzwerk :
3
2
2
1
⇔
3
5
1 10, 3
1, 1
4
5, 2
3
7, 1
2
4
Personen in jedem Raum:
1 2 3 4
5 3 2 qi
Kapazität und Reisezeit:
1,2 2,3 2,4 3,4
10
5
1
7
3
2
1
1
uij
λij
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- 34 -
Bewegungen der Evakuierten = Dynamischer Fluss
Zeit t= 0
1
2
3
4
T=5
c 10 c 10
Personen in jedem Raum:
3 d5 d5 d5 d
d
1 2 3 4
2
qi
e 1e 1e 1e 1 e 1 5 3 2 7
7
7
f f f 7 f7 f
5
O
Fluss x(t) im zeiterweiterten Netzwerk
= Dynamischer Fluss im statischen Netzwerk
Wie viele Personen können bis zu einer
gegebenen Zeit T evakuiert werden ?
=
Wie viel Dynamischer Fluss kann in T
Periodendurch das Netzwerk fließen ?
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- 35 -
Dynamische Netzwerke und Evakuierung
Problem des am frühsten ankommenden Flusses (EAFP)
(Hoppe und Tardos [1994], Hamacher und Tjandra [2003a])
• unzuverlässige Informationen über die Personen,
• x(t) Flussverteilung der Evakuierten zum Zeitpunkt t,
• Ziel evakuiere für jeden Zeitpunkt T'≤ T so viele
Personen wie möglich
Problem des schnellsten Flusses (Quickest Flow Problem)
(Burkard, Dlaska, und Klinz [1993], Hamacher und Tjandra [2003a])
• Personenanzahl zu Beginn qs(0) > 0 ist bekannt,
• x(t) Flussverteilung der Evakuierten zum Zeitpunkt t,
• Ziel bestimme minimale Evakuierungszeit
Kürzester Weg (Shortest Path Problem)
(Kostreva und Wiecek [1994], Hamacher und Tjandra [2003b])
• bestimme Evakuierungsroute
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- 36 -
Problem des am frühsten ankommenden Flusses
Ziel:
Max
T'
VΣT'≤ T (x):= Σ
Σ
Σ
xid(t'), ∀T '≤ T
t=0 (i,d)∈A {t' : t' +λid(t' )= t}
Flusserhaltungsgleichung:
Σ
Σ
xji(t' ) - Σ xij(t) = xii(t) - xii(t-1), i ∈ N-{s,d}, t ≤ T
(j,i) ∈A {t' : t' +λji(t' )= t}
(i,j) ∈A
Bedingung für die Kapazität der Kanten (bewegter Fluss) :
0 ≤ xij(t) ≤ uij(t), (i,j) ∈A, t ≤ T
Bedingung für die Kapazität der Knoten (stationärer Fluss) :
0 ≤ xii(t) ≤ ai(t), i∈N-{s,d}, t ≤ T
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- 37 -
Problem des schnellsten Flusses
Ziel:
Min
T
Flusserhaltungsgleichung:
Σ
Σ
(j,i) ∈A {t' : t' +λji(t' )= t}
T
Σ
t=0
xji(t' ) - Σ
(i,j) ∈A
xij(t) = xii(t)-xii(t-1)-{
qs(t) > 0 , i=s, t=0
0
, sonst
, i ∈ N-{d}, t ≤ T
Σ
(i, d) ∈A
t+λid(t ) ≤ T
xid(t) = qs(0)
Bedingung für die Kapazität der Kanten (bewegter Fluss) :
0 ≤ xij(t) ≤ uij(t), (i,j) ∈A, t ≤ T
Bedingung für die Kapazität der Knoten (stationärer Fluss) :
0 ≤ xii(t) ≤ ai(t), i∈N-{d}, t ≤ T
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- 38 -
Hybrides Verfahren
Simulation und Optimierung
Simulation
Cellular automata:
Simulieren des Bewegungsverhaltens
• Nagel und Schreckenberg [1992]
• Klüpfel, König, Wahle, und Schreckenberg [2000]
Bessere Lösung
Dynamischer Netwerkfluss:
Definiere die Entscheidungsvariablen
Optimierung
Benutze
zeitabhängigen dynamischen
kürzesten Weg mit mehreren
Zielfunktionen
Im Zusammenhang mit der Evakuierung:
• Fluchtmöglichkeit von einer Position zur Zeit t
Definiert durch den Abstand zum Ausgang
• Feuerintensität zum Zeitpunkt t
Entfernung zur Flammenherd
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- 39 -
ENDE
Auf Wiedersehen
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