Badania i modelowanie procesów ewakuacji ludzi z budynków przy pomocy opisu matematycznego i narzędzi rzeczywistości wirtualnej

Kierownik projektu: dr hab. inż. Andrzej Grabowski, prof. nadzw. CIOP-PIB

Streszczenie projektu:

W zakresie modelowania ewakuacji ludzi z budynków badania eksperymentalne dotyczą głównie pomiaru czasu ewakuacji ludzi z budynków (badania tego typu były prowadzone również w CIOP-PIB we współpracy z SGSP). Niestety badania takie nie dają szczegółowych informacji na temat trajektorii ruchu pieszych. Publikowane wyniki dotyczące analizy szczegółowej trajektorii ruchu są nieliczne, a wśród dostępnych prac, w których kształt trajektorii był mierzony eksperymentalnie, pomiary dokonywano ze stosunkowo małą dokładnością i/lub częstotliwością. Brakuje doniesień literaturowych na temat trajektorii ruchu osób z dysfunkcją narządu ruchu oraz osób sprawnych poruszających się w pobliżu osób z dysfunkcją narządu ruchu.

W ramach prac przeprowadzono analizę statystyczną wyników badań z udziałem ochotników (w badaniach wzięło udział 38 osób: 29 sprawnych ruchowo, 9 osób poruszających się na wózku inwalidzkim). Analiza dotyczyła trajektorii ruchu osób sprawnych ruchowo oraz osób z dysfunkcją narządu ruchu w różnych warunkach, w tym podczas omijania różnego typu przeszkód (walizki, osoby stojącej i osoby siedzącej na wózku inwalidzkim) w środowisku rzeczywistym i wirtualnym. Do prezentacji obrazu środowiska wirtualnego zastosowano bezprzewodowe gogle rzeczywistości wirtualnej typu HMD (Head Mounted Display) opracowane w CIOP-PIB. Przeanalizowano 912 różnych trajektorii, głównie pod kątem promienia omijania przeszkody oraz prędkości omijania przeszkody. Uzyskane wyniki wykorzystano w opracowanym modelu matematycznym procesu ewakuacji ludzi z budynków, m.in. przez dodanie funkcji omijania przeszkody na podstawie wartości liczbowych uzyskanych podczas przeprowadzonego wcześniej eksperymentu.

Opracowane oprogramowanie komputerowe dedykowane symulacji procesu ewakuacji ludzi z budynków przetestowano przez przeprowadzenie przykładowych obliczeń dla 4 różnych budynków: budynek biurowo-magazynowy, budynek biurowy, budynek fabryczny oraz mały budynek fabryczny. Dla każdego z tych budynków przygotowano rozbudowane środowisko wirtualne oraz wyznaczono całkowity czas ewakuacji w funkcji wartości parametru kontrolnego, jakim jest prędkość zamierzona v_D. Dla wszystkich budynków zaobserwowano to samo prawo potęgowego skalowania całkowitego czasu ewakuacji w zależności od wartości prędkości zamierzonej.

Wartości liczbowe wykładników są do siebie bardzo zbliżone pomimo bardzo różnego charakteru budynków wykorzystanych w symulacjach. Dodatkowo przeprowadzono przykładowe obliczenia ilustrujące możliwości opracowanego oprogramowania do symulacji różnej sekwencji zjawisk na przykładzie obliczeń czasu ewakuacji w przypadku zablokowania jednej z klatek schodowych w trakcie ewakuacji. Zbadano również wpływ obecności osób z dysfunkcją narządu ruchu, przemieszczających się na wózku inwalidzkim, dla typowego zagadnienia analizowanego w literaturze przedmiotu, czyli ewakuacji stosunkowo dużej liczby z pomieszczenia z jednym wyjściem.

Zadanie  2.Z.16. A) Osoba przygotowana do wzięcia udziału w badaniach wyposażona w gogle i rękawice rzeczywistości wirtualnej. B) Przykładowa trajektoria ruchu punktów zarejestrowanych przez system wizyjny zainstalowany w Laboratorium Zanurzeniowej Rzeczywistości Wirtualnej; białym kolorem oznaczono punkt umieszczony na głowie

Zadanie  2.Z.16. Zależność całkowitego czasu ewakuacji od wartości symulowanej prędkości dla wszystkich czterech analizowanych budynków

Do oprogramowania przygotowano instrukcję obsługi obejmującą zagadnienia związane z przygotowaniem i uruchomieniem symulacji procesu ewakuacji ludzi z budynków. Instrukcję zweryfikowano i oceniono za pomocą narzędzia kwestionariuszowego do oceny użyteczności SUS – System Usability Scale. Badania ankietowe przeprowadzono wśród typowych odbiorców, czyli pracowników Szkoły Głównej Służby Pożarniczej. Oprócz instrukcji obsługi przygotowano też proste środowisko 3D zawierające wszystkie podstawowe elementy umożliwiające zbudowanie typowych budynków, czyli podłogi, ściany, klatki schodowe oraz modele komputerowe osób ewakuujących się, w tym osobę przemieszczającą się wózku inwalidzkim.

Przygotowano oprogramowanie komputerowe umożliwiające obserwację stereoskopowego obrazu wizualizacji procesu ewakuacji z wykorzystaniem technik rzeczywistości wirtualnej, w tym z wykorzystaniem gogli rzeczywistości wirtualnej typu HMD (Head Mounted Display) oraz systemu śledzenia ruchu typu motion capture.

Wyniki zadania upowszechniono w 3 publikacjach, zaprezentowano 4 referaty na konferencjach międzynarodowych oraz wygłoszono 5 prezentacji na seminariach krajowych.

Jednostka: Pracownia Technik Rzeczywistości Wirtualnej

Okres realizacji: 01.01.2014 – 31.12.2016