پیام خود را بنویسید
دوره 16، شماره 1 - ( بهار 1405 )                   جلد 16 شماره 1 صفحات 173-154 | برگشت به فهرست نسخه ها


XML English Abstract Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

Soroush S, Ghayoor Baghbani S M. Simulation of the Evacuation of Disabled People and War Veterans From Crowded Religious Places Using the Particle Swarm Optimization Algorithm. Disaster Prev. Manag. Know. 2026; 16 (1) :154-173
URL: http://dpmk.ir/article-1-758-fa.html
سروش شهروز، غیور باغبانی سید مرتضی. بهینه‌سازی تخلیه ایمن افراد دارای معلولیت و محدودیت حرکتی در اماکن مذهبی با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات. دانش پیشگیری و مدیریت بحران. 1405; 16 (1) :154-173

URL: http://dpmk.ir/article-1-758-fa.html


1- گروه مدیریت، دانشکده مدیریت و حسابداری، دانشگاه بین‌المللی امام رضا (علیه‌السلام)، مشهد، ایران.
متن کامل [PDF 6393 kb]   (167 دریافت)     |   چکیده (HTML)  (1267 مشاهده)
متن کامل:   (58 مشاهده)
مقدمه
شبیه‌سازی تخلیه اضطراری در ساختمان‌ها، به‌ویژه در فضاهای عمومی و پرجمعیت، نقشی حیاتی در برنامه‌ریزی ایمنی و ارزیابی طراحی ساختمان‌ها ایفا می‌کند. توسعه مدل‌های شبیه‌سازی تخلیه، به‌منظور کاربرد در موقعیت‌های گوناگون، از موضوعات کلیدی تحقیقات اخیر بوده است. بسیاری از این مدل‌ها از روش‌های محاسبات تکاملی، نظیر الگوریتم‌های ژنتیک  (GA)، تخمین توزیع (EDA) و کلونی مورچه‌ها (ACO) بهره برده‌اند. به‌عنوان‌نمونه، (گرت و همکاران 2006)، از GA و EDA برای جایابی بهینه موقعیت‌های خروجی استفاده کردند و (زونگ و همکاران، 2010)، با استفاده از ACO، به مدل‌سازی مسیرهای تخلیه در ترافیک مختلط پرداختند. 
از میان این رویکردها، الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO) به‌دلیل ساختار ساده و کارایی بالا، توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است. PSO که نخستین‌بار توسط (کندی و ابراهارت، 1995) معرفی شد، از رفتار جمعی پرندگان الهام‌گرفته و قابلیت شبیه‌سازی دقیق حرکت انسان‌ها در سناریوهای مختلف را دارد. این الگوریتم برای تحلیل رفتار انسانی، جلوگیری از برخورد جمعیت‌ها و بهینه‌سازی طراحی داخلی ساختمان‌ها مورداستفاده قرار گرفته است. در این پژوهش، چارچوبی مبتنی بر PSO برای شبیه‌سازی تخلیه افراد در اماکن پرتردد متبرکه مذهبی ارائه شده است. این چارچوب، با درنظرگرفتن نیازهای ویژه معلولان و جانبازان، عواملی همچون موانع محیطی و مکانیسم‌های اجتناب از برخورد را به‌عنوان توابع هدف در مدل گنجانده است. هدف، ارائه راهکاری برای طراحی بهینه فضاهای داخلی و افزایش ایمنی در شرایط عادی و بحرانی است. مقاله حاضر سازمان‌دهی بدین قرار شده است: بخش اول مقدمه و خلاصه کوتاهی از الگوریتم PSO ارائه شده است و در ادامه در بخش دوم، جزئیات الگوریتم PSO و تحقیقات پیشین بررسی می‌شود. در بخش سوم، بهبودهای پیشنهادی در چارچوب و سناریوهای شبیه‌سازی توضیح داده شده و نتایج در بخش چهارم ارائه می‌شود. درنهایت، در بخش پنجم، جمع‌بندی و پیشنهادات آتی مطرح شده است.

طرح شبیه‌سازی مبتنی بر PSO
در راستای توجه به نقش و جایگاه معلولان و جانبازان در صنعت گردشگری، نیاز به ارائه تسهیلات و خدمات ویژه برای این قشر حیاتی است. با افزایش حضور زائران و نمازگزاران معلول در اماکن متبرکه و مذهبی کشور، ضرورت پاسخگویی به نیازهای خاص این افراد بیش‌ازپیش احساس می‌شود؛ بنابراین، تأمین نیازهای گردشگران معلول در این اماکن به‌صورت ویژه باید در دستور کار قرار گیرد. به هنگام طراحی فضاها و امکانات برای معلولان و جانبازان، لازم است معیاری همچون راحتی، تخلیه سریع و امن و تأمین امنیت آن‌ها مدنظر قرار گیرد. طراحی متداول فضاها و ساختمان‌ها عمدتاً برای اکثریت جامعه صورت می‌گیرد و این موضوع موجب می‌شود دسترسی معلولان به این مکان‌ها با مشکلات فراوانی مواجه شود. به‌خصوص در شرایط بحرانی، مانند زلزله و آتش‌سوزی، این گروه‌ اجتماعی آسیب‌پذیری بیشتری از خود نشان می‌دهند؛ لذا ضروری است راهکارهای مناسبی برای تخلیه ایمن این افراد ارائه گردد. برآوردهای تجربی نشان می‌دهد هرچه یک مکان از نظر جمعیتی شلوغ‌تر و بسته‌تر باشد، دسترسی معلولان و خروج آن‌ها از آن مکان سخت‌تر می‌شود. در این راستا، گروه اجتماعی معلولان و جانبازان نیاز بیشتری به حضور در اماکن مذهبی، به‌ویژه حرم مطهر رضوی دارند تا از آرامش این مکان بهره‌مند شوند. باتوجه‌به فرمایشات ائمه اطهار در مورد اهمیت آرامش حرم‌ها برای زائران، باید دسترسی افراد نیازمند به این اماکن تسهیل گردد.
 در تحقیقات اخیر، پژوهشگران حوزه طراحی ساختمان‌ها، معیارها و استانداردهای مختلفی برای ارزیابی و سنجش میزان دسترسی معلولان به فضاها ارائه کرده‌اند. اگرچه مباحث مربوط به گردشگری معلولان در کشورهای توسعه‌یافته مورد توجه و تحقیق قرار گرفته است، اما گردشگری قابل‌دسترس برای معلولان و سالمندان هنوز در ایران چندان مورد بررسی قرار نگرفته است (قبادیان، 2016). مسئله اصلی این پژوهش استفاده از هوش مصنوعی، به‌ویژه الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO)، برای بهبود تجربه زیارتی معلولان و جانبازان و کاهش خطرات احتمالی در شرایط غیرمترقبه است. الگوریتم PSO که در سال 1995 توسط (کندی و ابراهارت، 1995) ارائه شد، هر راه‌حل ممکن را به‌عنوان یک‌ذره در فضای چندبعدی فرموله می‌کند و به‌عنوان ابزاری مؤثر در حل مسائل بهینه‌سازی شناخته می‌شود. هدف پژوهش حاضر این است که با استفاده از این الگوریتم، راهکارهایی برای تخلیه ایمن و بهینه معلولان و جانبازان در مکان‌های مذهبی ارائه دهد (فرمول شماره 1).

1. x=[x1,x2,....,xD]T
هر ذره دارای موقعیت و سرعت و مقدار هدف خود است که توسط تابع هدف تعیین می‌شود. موقعیت جدید ذره با استفاده از تجربه و ارتباط با دیگر ذرات تعیین می‌شود تا به سمت راه‌حل مورد انتظار حرکت کند. قبل از تعیین موقعیت جدید سرعت ابتدا محاسبه می‌شود، سرعت ذره در pi در زمان t+1 توسط فرمول شماره 2 تعیین می‌گردد. 

2. vi(t+1)=wvi(t)+c1r1(piBLS-pi(t))+c2r2(pBGS-pi(t))
در فرمول شماره 2، vi و pi به‌ترتیب سرعت و موقعیت i امین ذره می‌باشند. w وزن سرعت قبلی است و piBLS بهترین موقعیت براساس تجربیات پیشین و pBGS بهترین موقعیت جهانی است که توسط ازدحام به دست آمده است. c1 و c2 متغیرهایی برای کنترل اثر pBGS و piBLS می‌باشد. r1 و r2 اعداد تصادفی هستند که از میان (0) و (1) انتخاب شده‌اند تا سرعت را متنوع‌تر کنند. پس از محاسبه سرعت، موقعیت جدید ذره را می‌توان با استفاده از فرمول شماره 3 حساب کرد.

3. pi(t+1)=pi(t)+vi(t+1)
در هر تکرار، هر ذره سرعت و موقعیت خود را به‌روزرسانی می‌کند و سپس مقدار هدف خود را باتوجه‌به تابع هدف ارزیابی می‌کند. در میان تمام مقادیر هدف جدید، piBLS و pBGS نیز ممکن است به‌روز شود تا از ازدحام به سمت راه‌حل بهینه سوق داده شود. ازآنجایی‌که ذره آزاد است تا به هر سمت ممکن حرکت کند، تغییراتی باید ایجاد شود تا شبیه‌سازی رفتار انسان با موفقیت و نزدیکی به واقعیت انجام شود. براساس کارهای گذشته و مطالعات انجام‌شده در مقالات (لین و چن، 2007) با نام «کنترل حرکات جمعیت در گرافیک کامپیوتر با استفاده از مکانیسم و کنترل جمعیت با هوش تجمیعی» سه عامل اصلی باید تغییر پیدا کند؛ مورد اول اعمال محدودیت بر حرکت ذرات برای شبیه‌سازی مسیر حرکت انسان می‌باشد، عامل دوم شبیه‌سازی موانع می‌باشد و عامل سوم نیز پرهیز از برخورد بین موانع و ذرات است.

حرکت ذرات
باتوجه‌به تصویر شماره 1، در ابتدا توجه به اینکه شبیه‌سازی تخلیه در یک فضای دوبعدی انجام می‌شود ما موقعیت و سرعت ذرات را به یک فضای دوبعدی محدود می‌کنیم؛ این عمل محدودسازی به فضای دو بعدی به منظور شبیه سازی فضای انسانی و جلوگیری از پرش ذرات به نقاط خیلی دورتر می‌باشد. (فرمول شماره 4). 

4. pi=[pix,piz]T و vi=[vix,viz]T

در حقیقت حرکت انسان به دو جزء، یکی جزء جهت و دیگری جزء سرعت تقسیم شده ‌است؛ جزء جهت برای تصمیم‌گیری در رابطه با مسیر ذره و جزء سرعت برای کنترل فاصله هر گام ذره استفاده شده است. معادله به‌روزرسانی جزء جهت مشابه معادله به‌روزرسانی سرعت است (فرمول شماره 5).

5. Di(t+1)wDi(t)+c1r1(piBLS-pi(t))+c2r2(PBGS-pi(t))
در فرمول شماره 5، piBLS-pi (t) و pBGS-pi (t) به‌صورت واحد بردار نمایش داده شده است تا تنها جهت را نمایش دهند. متغیرهای دیگر همانند PSO اصلی تعیین شده‌اند. انتخاب جهت ذرات موقعیت جدید هر ذره می‌تواند توسط فرمول شماره 6 تعیین شود.

6. pi(t+1)=pi(t)+Si(t+1)×Di(t+1)
در فرمول شماره 6، Si (t+1) جزء سرعت در میان بازه‌ [0,Vmax] می‌باشد. حداکثر سرعت می‌تواند به اندازه یک گام یا توسط دیگر متغیرهای تعیین‌شده انتخاب شود. برای شبیه‌سازی حرکت ذرات به‌صورت حرکت انسانی، سرعت می‌تواند متناسب با معکوس مقدار تابع هدف ذره به‌روزرسانی شود. این موضوع از این واقعیت که انسان‌ها در هنگام نزدیک شدن به مانع سرعت خود را کم می‌کنند، برگرفته شده است. به‌علت اینکه PSO به جست‌وجوی حداقل‌ها در محیط اطراف می‌پردازد، مقدار تابع هدف زمانی که ذره نزدیک به یک مانع می‌شود باید افزایش پیدا کند تا سرعت ذره کاهش یابد.

تابع هدف
در مقالات لین و چن با نام کنترل حرکات جمعیت در گرافیک رایانه با استفاده از مکانیسم PSO (چنگ و همکاران، 2008) و کنترل جمعیت با هوش تجمیعی یک تابع، هزینه برای ارزیابی رابطه بین ذرات و دیگر اهداف موجود در فضای جست‌وجو تعیین شده است؛ ارزش هزینه ذره p باهدف q توسط فرمول شماره 7 به دست می‌آید.


در فرمول شماره 7، px و pz موقعیت ذره p است. qx و qz موقعیت هدف q و محدوده ذره p و جسم q است. محدوده نشان‌دهنده ناحیه تحت پوشش هدف است. به‌علت اینکه هدف می‌تواند مانع یا هدف یا دیگر ذرات باشد، محدوده متفاوت خواهد بود؛ برای‌مثال محدوده یک هدف با 20 در 40 برابر با دسته (δqx, δqz)=(10,20) است. برای نمایش دادن هدف محدوده ممکن است کل فضای جست‌وجو باشد. در میان این متغیرهای قابل‌تغییر، هدف به‌راحتی قابل‌تنظیم و کنترل برای برطرف کردن انواع نیازهای استفاده‌کننده که در اصل همان ساختار فضای مکان مذهبی یا چیدمان المان‌های موجود در فضا است، کافی می‌باشد. به‌وسیله تعیین تابع هزینه فضای جست‌وجو با حداقل موقعیت به‌عنوان هدف می‌تواند توسط روی هم قرار دادن این توابع نمایی با متغیرهای متشابه یا مختلف به دست آید. بنابراین تابع هدف به‌صورت فرمول شماره 8 تعیین می‌شود.


در فرمول شماره 8، «O» دسته تمامی موانع شامل موانع ساختاری فضا و دیگر انسان‌های موجود در جمعیت است. «g» هدفی برای حرکت روبه‌جلوی ذره و یک ثابت برای کاربر جهت کنترل اهمیت بین موانع و هدف می‌باشد. با مشاهده تعریف تابع هدف می‌توان دریافت که یک ذره در هنگام نزدیک شدن به اهداف دارای ارزش هدف کمتری خواهد شد. ازطرف‌دیگر، وقتی یک ذره به یک مانع نزدیک می‌شود، برای ذره تفاوتی نمی‌کند که با دیوار یا ذره دیگر در میان جمعیت مواجه می‌گردد؛ در این هنگام ارزش هدف افزایش می‌یابد. تحت این تابع هزینه بهینه‌سازی ازدحام ذرات می‌تواند برای شبیه‌سازی مدل تخلیه افراد از ساختمان استفاده شود. خروجی‌های امن یا مناطق امن را می‌توان به‌عنوان هدف و دیوارها مبلمان و المان‌ها موجود در فضا را می‌توان به‌عنوان موانع مدل‌سازی کرد. 
مزیت دیگر طرح آن است که نیازی به‌اضافه کردن مدل اضافی برای گنجاندن اشیای جدید نیست و با کنترل متغیرهای معرفی‌شده می‌توان تمامی اجسام را با انواع دیگر ذرات مانند ماشین‌های متحرک یا بزرگ‌تر مدل‌سازی کرد. با تنظیمات مناسب متغیرها طرح شبیه‌سازی مبتنی بر بهینه‌سازی ازدحام ذرات می‌تواند به هدف طراحی خود رسیده و ذرات با یک مسیر معقول با احتمال بالا به هدف موردنظر همگرا شوند.

اجتناب از برخورد
اگرچه تابع هدف به‌گونه‌ای طراحی شده است که ذره را در اطراف موانع گردش دهد، بااین‌حال احتمال عبور ذره از مرز موانع یا برخورد با دیگر ذرات یا موانع دیگر وجود دارد. به‌منظور جلوگیری از این احتمال، در هر به‌روزرسانی موقعیت جدید ذره باید بررسی شود و صحت امکان وقوع آن را تأیید کرد. برای این منظور مکانیسم بررسی تشریح شده است. در این مقاله از یک تابع‌نمایی برای مکانیسم بررسی صحت موقعیت جدید ذره استفاده شده که البته بسته به ترجیح کاربر می‌توان از دیگر خانواده‌های تابع استفاده کرد. 
علت انتخاب تابع‌نمایی محاسبه و تغییر آسان آن است که مکانیسم صحت از احتمالات به‌عنوان تعیین قبولی موقعیت محاسبه‌شده جدید یک‌ذره استفاده می‌کند (فرمول شماره 9).


در فرمول شماره 9، f هزینه موقعیت محاسبه‌شده جدید است و k یک ثابت می‌باشد که به کاربر این امکان را می‌دهد تا قبولی یک‌ذره را در اطراف مانع تعیین کند.
برطبق تابع احتمال قبولی یک مرز سخت در هنگامی که k=1 انتخاب شود به وجود می‌آید؛ زیرا احتمال قبولی موقعیت ذره برابر با صفر است؛ اگر f= e-1 باشد که به این معناست که ذره و مانع در کنار هم خواهند ماند. این موضوع براساس تعیین معادله یک می‌باشد؛ بنابراین از تصادف با موانع براساس مکانیسم صحت پرهیز می‌شود. با فرض اینکه شعاع ذره و مانع به‌ترتیب 5 و 20 باشند. تصویر شماره 1 احتمال‌پذیرش موقعیت ذره را درحالی‌که نزدیک به مانع است نشان می‌دهد. اگر موقعیت جدید تأیید نگردد جهت جدیدی همچون اضافه‌کردن یک درجه رندم بین 20- و 20+ به هدف اصلی اضافه می‌شود و دوباره برای صحت موقعیت جدید آزمایش می‌گردد؛ ولی موقعیت با هزینه کمتر به‌عنوان موقعیت جدید ذره انتخاب می‌شود.

بهبودهای صورت‌گرفته بر روی چهارچوب تخلیه براساس PSO 
درحالی‌که شیوه شبیه‌سازی پیشنهادی به حل بسیاری از چالش‌ها میان جمعیت در فضای واقعی و ذرات در فضای آزاد پرداخته است، چندین نکته کلیدی باقی‌ مانده است که به بررسی دقیق‌تری نیاز دارند، ازجمله این مسائل، می‌توان به‌احتمال گیرافتادن یک‌ذره و مشکلات مربوط به خروج از خط دید اشاره کرد. برای رفع این چالش‌ها، دو راهکار اصلی پیشنهاد شده است.

جست‌وجوی محلی 
 با بررسی مکانیسم اجتناب از برخورد معرفی‌شده توسط لین و چن در مقاله‌ای با عنوان «کنترل حرکات جمعیت در گرافیک رایانه‌ای با استفاده از مکانیسم PSO و کنترل جمعیت با هوش تجمیعی» (چن و لین، 2009)، شاهد آن هستیم که یک‌ذره ممکن است در موقعیتی بسیار نزدیک به یک مانع قرار گیرد و در برخورد با موانع غیر گرد، گیر افتاده و نتواند موقعیت مناسب برای خروج پیدا کند. در این حالت، ذره ممکن است به یک موقعیت خاص برسد و در آنجا تا پایان شبیه‌سازی باقی بماند. برای حل این مشکل، بهبودهایی در جست‌وجوی محلی صورت‌گرفته است. جست‌وجوی محلی، یک مکانیسم متداول در PSO است که در مقالات لین و چن نیز برای جلوگیری از برخورد به کار گرفته شده است. بااین‌حال، منطقه جست‌وجوی فعلی به‌طور محدود بین 20- درجه تا 20+ درجه قرار دارد که برای موانع گرد کافی است، اما در مواجهه با موانع با لبه‌های تیز، ذرات نمی‌توانند موقعیت‌های قابل‌قبول را در این محدودیت پیدا کنند؛ بنابراین، منطقه جست‌وجوی محلی به‌تدریج گسترش‌ یافته تا راهی مناسب برای ادامه حرکت پیدا شود.
پس از محاسبه DS از طریق PSO اصلی، یک‌جهت به‌صورت تصادفی از محدوده ±20 درجه انتخاب می‌شود و اعتبار آن بررسی می‌گردد. اگر این جهت نیز به کار نیامد، این فرایند تا 20 بار دیگر تکرار می‌شود. درنهایت، اگر تمامی جهات نمونه قابل‌قبول نبودند، موقعیت جست‌وجو با اضافه‌کردن زاویه به‌عبارت‌دیگر θ₂ و θ₃ بررسی خواهد شد. مکانیسم جست‌وجو شبیه به رفتار انسان در برابر موانع طراحی شده است، به‌طوری که انسان سعی می‌کند راهی برای ادامه حرکت پیدا کند، چه با حرکت موازی با دیوار تا رسیدن به یک در یا خروج از آن. حرکت ذرات گیرافتاده نیز براساس این جست‌وجوی پلکانی نهایتاً به‌عنوان حرکتی بر روی لبه موانع شکل می‌گیرد. درنتیجه، فضای گسترش‌یافته جست‌وجوی محلی و مکانیسم نمونه‌برداری تصادفی می‌تواند به ذرات فرصتی برای حرکت و جلوگیری از نوسان بین دو نقطه از فضای موردنظر را فراهم کند. این بهبودها در جست‌وجوی محلی، می‌تواند به کارایی بیشتر چهارچوب تخلیه مبتنی بر PSO کمک کند و بهبود قابل‌توجهی در شبیه‌سازی‌های آتی ایجاد نماید.

مکانیسم به‌روز‌رسانی بهترین ارزش جهانی در الگوریتم PSO
 در الگوریتم PSO (بهینه‌سازی ازدحام ذرات)، یکی از مفاهیم کلیدی به‌روز‌رسانی بهترین اطلاعات جهانی است. در نسخه اصلی این الگوریتم، هیچ مانعی در فضای جست‌وجو وجود ندارد و ذرات می‌توانند همواره بهترین اطلاعات جهانی را بدون توجه به موقعیت مکانی خود به‌روز نمایند. اما در دنیای واقعی، وجود موانع مختلف می‌تواند موجب عدم دسترسی به اطلاعات دقیق شود. به‌عنوان‌مثال، اگر یک ‌ذره (انسان) بین خود و موقعیت با بهترین ارزش عینی مانعی قرار گیرد، آن‌ها قادر به درک موقعیت بهترین ذره نخواهند بود. این پدیده که به اثر شکست خط دید معروف است، مستلزم اصلاح مکانیسم به‌روز‌رسانی در PSO برای مطابقت با شرایط واقعی است. برای مدل‌سازی اثر شکست خط دید در PSO، لازم است هر ذره به‌جای به‌اشتراک‌گذاری بهترین اطلاعات جهانی به‌صورت مستقیم، بهترین موقعیتی را که تا آن لحظه در میدان دید آن‌ها ظاهر شده، حفظ کند. به‌عبارتی، اطلاعات فقط در صورتی به‌روز می‌شوند که ذره‌ای باارزش هدف بهتر در معرض دید ذره دیگری قرار گیرد؛ به‌عبارت‌دیگر، هیچ مانعی نباید بین آن‌ها وجود داشته باشد.
تصویر شماره 2، نمونه‌ای از مکانیسم به‌روز‌رسانی اصلاح‌شده را نشان می‌دهد.

توضیحات تصویر شماره 2 دریک مثال که مقدار تابع هدف ذره p1 از مقدار تابع هدف ذرات دیگر مانند p2 و p3 بهتر است، به‌دلیل آنکه p2 و p3 می‌توانند ذره p1 را ببینند، آن‌ها می‌توانند موقعیت p1 را به‌عنوان بهترین اطلاعات جهانی حفظ نمایند. پس از حرکت ذره p1 به موقعیت جدید با ارزش هدف بهتر، تنها ذره p2 می‌تواند بهترین اطلاعات جهانی جدید را دریافت کند، زیرا p1 هنوز در محدوده دید آن قرار دارد. بااین‌حال، ذره p3 نمی‌تواند به اطلاعات جدید از p1 دست یابد. این مکانیسم به‌منظور شبیه‌سازی موقعیتی طراحی شده که در آن افراد از حرکت شخصی که پشت یک مانع قرار دارد، بی‌اطلاع هستند. مراحل محاسبات تغییریافته هر ذره در هر تکرار به شرح زیر است.
1. پیداکردن یک موقعیت جدید قابل‌قبول،
2. محاسبه ارزش هدف،
3. به‌روز‌رسانی بهترین اطلاعات محلی و بهترین اطلاعات جهانی در صورت نیاز،
4. به‌روز‌رسانی بهترین اطلاعات جهانی تمامی ذرات در مسیر دید آن‌ها.
 با اعمال این بهبودهای مهم، چهارچوب شبیه‌سازی می‌تواند رفتارهای انسانی را به‌راحتی شبیه‌سازی کند. برای درک بهتر قابلیت‌ها و کارایی این چهارچوب، چندین نمونه عملی نیز ارائه خواهد شد که نمایانگر توانمندی‌های جدید و افزایش دقت در شبیه‌سازی‌ها هستند. 

درنظرگرفتن افراد دارای معلولیت
شناسایی نیازهای خاص زائران معلول در حرم مطهر رضوی، می‌تواند در بهبود کیفیت خدمات و تسهیل دسترسی این گروه به امکانات مذهبی در تجربه زیارت، تأثیر مثبت و معناداری بر سلامت روان و کیفیت زندگی زائران داشته باشد (باصولی و درخش، 2022)؛ به‌ویژه برای افرادی که با چالش‌های حرکتی مواجه هستند (حسینی و یزدانی، 2021). با بررسی و مشاهدات انجام‌شده در صحن مطهر مسجد گوهرشاد در حرم امن رضوی و دیگر اماکن متبرکه، تقریباً 3 درصد از جمعیت حاضر در این مکان‌ها دارای نوعی معلولیت هستند. از این افراد، حدود 33 درصد دچار معلولیت حرکتی، 33 درصد دارای محدودیت در بینایی و 33 درصد باقیمانده به هر دو نوع محدودیت مبتلا هستند. این آمار نشان‌دهنده لزوم توجه به نیازهای خاص این افراد در طراحی و بهینه‌سازی فضاهای عمومی است. بهینه‌سازی ازدحام ذرات باتوجه‌به درصد افراد دارای معلولیت، در بهینه‌سازی مدل ازدحام ذرات، سرعت 2 درصد از این جمعیت به میزان 40 درصد سرعت عادی و دید 2 درصد از جامعه به 50 درصد بینایی یک فرد عادی لحاظ شده است. این فرضیات به‌منظور شبیه‌سازی دقیق‌تر رفتار این افراد در محیط تعریف‌شده به‌کارگرفته ‌شده و سرعت و خط دید هر ذره باتوجه‌به این محدودیت‌ها به‌طور متناسب کاهش ‌یافته است.

یافته‌ها
در این بخش، به بررسی و شبیه‌سازی محوطه مسجد گوهرشاد پرداخته می‌شود. نقشه طراحی‌شده در تصویر شماره 3 ارائه شده است.

فضای کلی مسجد به ابعاد 700 در 400 مترمربع تعریف شده و مختصات این فضا نیز در همان شکل مشخص گردیده است. هر ذره به‌عنوان یک دایره با شعاع 5 واحد و حداکثر سرعت (Vmax=5) مورد توجه قرار گرفته است. متغیرهای استفاده‌شده در الگوریتم بهینه‌سازی اجتماعی (PSO) در جدول شماره 1 ارائه شده است.


همچنین، این پژوهش فرض می‌کند ذرات تمایل دارند به سمت بهترین ارزش هدف کلی با اولویت بیشتر نسبت به بهترین موقعیت محلی مشاهده‌شده حرکت کنند. برای بررسی دقیق‌تر، 50 ذره در هر دور شبیه‌سازی قرار داده شد و تعداد تکرارهای لازم برای رسیدن به هدف ذخیره‌سازی شده است. برای هر شکل، هزار دور شبیه‌سازی انجام شده و نتایج متوسط در جدول شماره 2 نمایش داده شده است.


انحراف‌معیار نشان‌دهنده پراکندگی تکرارها در تمامی دورهای شبیه‌سازی است و به تحلیل عملکرد ذرات کمک می‌کند. همچنین، مسیرهای تولیدشده توسط هر ذره در شبیه‌سازی در تصویر شماره 3 نمایش داده شده است. این نمایش به کاربران امکان می‌دهد نقاط ضعف محوطه را شناسایی و آن‌ها را بهبود بخشند. نتیجه‌گیری این شبیه‌سازی‌ها می‌توانند به طراحان و مسئولان فضاهای عمومی کمک کنند تا با در نظر گرفتن نیازهای خاص افراد دارای معلولیت، محیط‌های بهتری را طراحی و اجرا کنند. افزون‌براین، قابلیت ضبط شبیه‌سازی نیز امکان تحلیل و بررسی دقیق‌تری از رفتار ذرات در شرایط مختلف را فراهم می‌آورد.

مقایسه تأثیر چراغ‌های راهنما برای خروج
 چهارچوب شبیه‌سازی ارائه‌شده در این تحقیق امکان تغییر در موانع داخلی صحن و همچنین درهای خروجی را فراهم می‌آورد. علاوه‌براین، قابلیت افزودن چراغ‌های راهنمای خروج نیز در این محیط شبیه‌سازی وجود دارد. این چراغ‌ها اطلاعات ارزشمندی درباره موقعیت‌های خروجی به افراد ارائه می‌کنند و در تسهیل خروج امن مردم از مناطق خطرناک نقش اساسی دارند. چراغ‌های راهنما باید به‌گونه‌ای طراحی شوند که به‌وضوح مسیر خروج را نشان دهند. بااین‌حال، مهم است که موقعیت قرارگیری این چراغ‌ها به‌دقت تعیین شود؛ چراکه نصب چراغ‌ها در مکان‌هایی که توسط افراد قابل‌دیدن نیستند، می‌تواند عملاً موجب بی‌فایده شدن آن‌ها شود.

 شبیه‌سازی و نتایج در شبیه‌سازی انجام‌شده
مکان چراغ‌ها تغییر داده می‌شود تا تأثیر آن‌ها بر سرعت تخلیه مورد بررسی قرار گیرد. چراغ‌راهنما به‌عنوان یک‌ذره ثابت با ارزش هدف تعیین‌شده مدل‌سازی می‌شود. هر ذره‌ای که در میدان دید چراغ‌راهنما قرار می‌گیرد، با بهبود اطلاعات خود درباره بهترین ارزش هدف، به سمت چراغ حرکت می‌کند. نتایج شبیه‌سازی به‌طور واضح نشان‌دهنده مزایای به‌کارگیری چراغ‌های راهنما است. میانگین و بدترین تکرارها در تصویر شماره 3 قابل‌مشاهده است که نیازمند حدود 100 هزار تکرار به‌عنوان میانگین و 280 هزار تکرار در بدترین حالت است. با مشاهده مسیر تولیدشده در فرایند تخلیه (از طریق تصویر شماره 3)، مشخص می‌شود که ذرات به‌وسیله چراغ‌های راهنما جذب می‌شوند و با سرعت بیشتری تخلیه می‌گردند. ذرات با پیروی از نشانگرهای تخلیه به سمت نزدیک‌ترین چراغ حرکت کرده و بر مسیر خروج صحیح تأثیر مثبت می‌گذارند. این آزمایش نشان می‌دهد چهارچوب ارائه‌‌شده قادر به شبیه‌سازی حضور چراغ‌های راهنما بدون پیچیده کردن ساختار کد است.

بحث
 باتوجه‌به اینکه تأیید نقشه‌های تخلیه در دنیای واقعی بسیار دشوار و پرهزینه است، سیستم‌های شبیه‌سازی تخلیه به ابزاری مهم و غیرقابل‌جایگزینی برای ارزیابی و آزمایش این نقشه‌ها تبدیل شده‌اند. تحقیقات متعددی در زمینه توسعه و اجرای سناریوهای مختلف برای تخلیه افراد انجام شده است؛ و الگوریتم‌های تکاملی معمولاً برای یافتن راه‌حل‌های بهینه در زمینه خروج، شناسایی مسیرهای خروج و طراحی دکوراسیون داخلی ساختمان‌ها به کار می‌روند. شبیه‌سازی رفتار انسانی که موضوعی حیاتی در تمام پژوهش‌های انجام‌شده است، به‌طور گسترده‌ای مورد بررسی قرار گرفته و بسیاری از پژوهش‌های انجام‌شده از الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO) استفاده کرده‌اند. یکی از دلایل استفاده از PSO، توانایی این الگوریتم در شبیه‌سازی حرکت انسانی و اجتناب از موانع است. بااین‌حال، الگوریتم‌های PSO در پژوهش‌های گذشته معمولاً پیچیده بوده و تنها مناسب برای حالات خاص و بدون انعطاف‌پذیری برای تغییرات در ساختار ساختمان‌ها هستند. چارچوب تحقیق حاضر در این پژوهش قادر است تمامی عوامل لازم برای شبیه‌سازی سناریوهای تخلیه انسان را بررسی کند.
این عوامل شامل حرکت انسان‌ها، موانع، نشانگرهای خروج و به‌ویژه افرادی با محدودیت و معلولیت‌های حرکتی یا بینایی است که سرعت و دید کمتری نسبت به افراد بدون این محدودیت‌ها دارند. در مشاهدات میدانی انجام‌شده، یکی از درها به‌دلیل فعالیت‌های عمرانی بسته شده بود و داربستی در محوطه مسجد نصب شده بود. چهارچوب ارائه‌شده در این تحقیق توانایی پوشش این موارد خاص را دارد و می‌تواند راهکارهای مناسبی برای خروج افراد در شرایط مختلف ارائه دهد. به‌منظور نمایش توانایی چهارچوب، صحن مسجد گوهرشاد به‌عنوان محل مطالعه انتخاب شد و نتایج به‌دست‌آمده نشان‌دهنده عملکرد مؤثر این چهارچوب در شرایط مختلف و توانایی ارائه مسیرهای تخلیه برای کاربران جهت بهبود فرایند تخلیه و انجام تمهیدات مناسب برای تسریع در خروج است. 
چالش‌های شبیه‌سازی رفتار انسانی به‌دلیل پیچیدگی بالا به تحقیقات بیشتری نیاز دارد. رفتار انسان تحت‌تأثیر عوامل مختلفی نظیر استرس‌های روحی و فیزیکی قرار می‌گیرد؛ برای‌مثال، پژوهشگران در مقالات خود به تأثیر حالات روحی افراد بر نحوه حرکت آن‌ها پرداخته‌اند. افراد معلول، مجروح یا کهن‌سال رفتار حرکتی متفاوتی نسبت به دیگران دارند؛ به همین دلیل در این مقاله از انواع مختلف PSO برای شبیه‌سازی بهتر استفاده شده است. بااین‌وجود، شبیه‌سازی صحیح حرکت جمعی انسان همچنان یک موضوع چالش‌برانگیز و نیازمند تحقیقات بیشتر در آینده می‌باشد.

نتیجه‌گیری
چارچوب پیشنهادی با موفقیت رفتار انسانی و نیازهای معلولان را در شبیه‌سازی تخلیه حرم رضوی مدل‌سازی کرد. نتایج گویای تأثیر چشمگیر چراغ‌های راهنما و اهمیت تطبیق‌پذیری الگوریتم با موانع پیچیده است.
این پژوهش با ارائه یک چهارچوب شبیه‌سازی پیشرفته، توانسته است گامی مؤثر در بهبود مدیریت تخلیه ایمن در فضاهای شهری و ساختمان‌های عمومی بردارد. نتایج به‌دست‌آمده حاکی از اهمیت این تحقیق در ارتقای کارایی فرآیندهای تخلیه و افزایش ایمنی عمومی است. با تحلیل تأثیر عوامل متعددی نظیر چراغ‌های راهنمای خروج و موانع احتمالی، این تحقیق به طراحان و برنامه‌ریزان اجازه می‌دهد با به‌کارگیری راهکارهای عملیاتی مناسب، به افزایش سرعت و ایمنی در شرایط اضطراری کمک کنند.
توجه به نیازهای خاص افراد در شرایط بحرانی، در کنار تأکید بر رفتار انسان‌ها و نقش عوامل روانی در تصمیم‌گیری، از دیگر ابعاد مهم این پژوهش است. بررسی تأثیر تنوع نیازها، به‌ویژه در مورد گروه‌های آسیب‌پذیر، می‌تواند به طراحی رویکردهایی منسجم و جامع برای بهبود وضعیت تخلیه در فضاهای عمومی منجر شود. 

محدودیت‌های مطالعه
محدودیت‌های این پژوهش شامل نمونه‌گیری گلوله برفی (احتمال همگنی نمونه)، دسترسی محدود به مدیران ارشد حرم مطهر و سوگیری‌های خوداظهاری در پرسش‌نامه توسط خبرگان، مدیران، اساتید و معلولین است. همچنین، تمرکز جغرافیایی این مطالعه بر آستان قدس رضوی و حرم مطهر امام هشتم، تعمیم این نتایج به سایر مناطق نیازمند احتیاط و دقت است. مطالعات آتی می‌توانند با به‌کارگیری نمونه‌گیری طبقه‌ای، ترکیب روش‌های کمی و کیفی، و گسترش محدوده جغرافیایی، این چالش‌ها را کاهش دهند.
بااین‌حال، محدودیت‌هایی نظیر عدم درنظرگیری استرس روانی افراد نیازمند پژوهش‌های آینده است. پیشنهاد می‌شود اثر عوامل انسانی نظیر اضطراب و رفتار گروهی در نسخه‌های آتی PSO بررسی گردد.

پیشنهادات آتی
پیشنهاد می‌شود تحقیقات آینده بر شبیه‌سازی‌های دقیق‌تر و اعتبارسنجی این چهارچوب با داده‌های واقعی تمرکز یابد. همچنین، توجه به نقش عوامل انسانی و اجتماعی در فرآیندهای تخلیه می‌تواند به تدوین راهکارهای مؤثرتری در مدیریت بحران بینجامد. این پژوهش نه‌تنها می‌تواند به‌عنوان یک مطالعه‌ پیشرو در حوزه شبیه‌سازی تخلیه مورد استناد قرار گیرد، بلکه بستر مناسبی برای آینده‌پژوهی در زمینه طراحی و برنامه‌ریزی شهری خواهد بود.

ملاحظات اخلاقی
پیروی از اصول اخلاق پژوهش

تمام اصول اخلاقی در این مطالعه رعایت شد. ازآنجایی‌که این تحقیق شامل هیچ آزمایشی بر روی نمونه‌های انسانی یا حیوانی نبود، نیازی به کد تأیید اخلاق نبود.

حامی مالی
این مقاله برگرفته از پایان‌نامه شهروز سروش مقطع دکترا، گروه مدیریت، دانشکده مدیریت و حسابداری، دانشگاه بین‌المللی امام رضا (علیه‌السلام)، مشهد می‌باشد. این پژوهش هیچ‌گونه کمک مالی از سازمانی‌های دولتی، خصوصی و غیرانتفاعی دریافت نکرده است.

مشارکت نویسندگان
همه نویسندگان به‌طور یکسان در مفهوم و طراحی مطالعه، جمع‌آوری و تجزیه‌وتحلیل داده‌ها، تفسیر نتایج و تهیه پیش‌نویس مقاله مشارکت داشتند.

تعارض منافع
بنابر اظهار نویسندگان، این مقاله تعارض منافع ندارد.

 
References
Basouli, M., & Derakhsh, S. (2022). [Investigating the needs of disabled pilgrims in religious places (Case Study: Razavi Shrine) (Persian)]. Journal of Razavi Culture, 9(35), 37-61. [DOI:10.22034/FARZV.2020.236874.1540]
Cheng, W., Bo, Y., Lijun, L., & Hua, H. (2008). A modified particle swarm optimization-based human behavior modeling for emergency evacuation simulation system. Paper presented at 2008 International Conference on Information and Automation, Changsha, 20-23 June 2008. [DOI:10.1109/ICINFA.2008.4607962]
Chen, Y. P., & Lin, Y. Y. (2009). Controlling the movement of crowds in computer graphics by using the mechanism of particle swarm optimization. Applied Soft Computing, 9(3), 1170-1176. [DOI:10.1016/j.asoc.2009.03.004]
Garrett, A., Carnahan, B., Muhdi, R., Davis, J., Dozier, G., & SanSoucie, M. P., et al. (2006). Evacuation planning via evolutionary computation. Paper presented at 2006 IEEE International Conference on Evolutionary Computation, Vancouver, BC, Canada, 16-21 July 2006. [DOI:10.1109/CEC.2006.1688303]
Hosseini, R., & Yazdani, Sh. (2021). The role of pilgrimage to Imam Reza’s shrine in quality of life. Journal of Religious and Cultural Research, 8(2), 105-118. 
Kennedy, J., & Eberhart, R. (1995). Particle swarm optimization. Paper presented at Proceedings of ICNN'95 - International Conference on Neural Networks, Perth, WA, Australia, 27 November 1995 - 01 December 1995. [DOI:10.1109/ICNN.1995.488968]
Lin, Y. Y., & Chen, Y. P. (2007). Crowd control with swarm intelligence. Paper presented at 2007 IEEE Congress on Evolutionary Computation, Singapore, 25-28 September 2007. [DOI:10.1109/CEC.2007.4424900]
Qobadian, B. (2016). [The degree of compatibility of Iran’s tourism accommodation facilities with the needs of the physically disabled (Case study: Hotels in Zanjan province) (Persian)]. Applied Studies in Management Sciences and Development, 2(5), 78-92. [Link]
Zong, X., Xiong, S., Fang, Z., & Li, Q. (2010). Multi-ant colony system for evacuation routing problem with mixed traffic flow. Paper presented at IEEE Congress on Evolutionary Computation, Barcelona, Spain, 18-23 July 2010. [DOI:10.1109/CEC.2010.5586326] 
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: تخصصي
دریافت: 1403/12/15 | پذیرش: 1404/2/16 | انتشار الکترونیک: 1405/1/10

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.

کلیه حقوق این وب سایت متعلق به فصلنامه علمی دانش پیشگیری و مدیریت بحران می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

Designed & Developed by : Yektaweb