Modelação e Simulação do Comportamento Humano na...
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Modelação e Simulação do Comportamento Humano na
Evacuação de Edifícios João Emílio Almeida
LIACC / DEI / FEUP / LNEC
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Modelação e Simulação do Comportamento Humano na
Evacuação de Edifícios
Sumário: – Identificação do problema: evacuação de edifícios
– Alguns conceitos
– Modelos descritores do movimento e dos edifícios
– Como validar os modelos/simuladores?
– Solução: Jogos Sérios?
– Projecto mSPEED
(modelling and Simulation of Pedestrian Emergency Evacuation Dynamics)
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Modelação e Simulação do Comportamento Humano na
Evacuação de Edifícios
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Ano Local Ocorrência Vítimas
1903 Teatro Iroquois, Chicago, EUA Incêndio com 1600 pessoas na plateia 600 mortos
1908 Rhoads Opera, Boyertown, EUA provocado por lâmpada de querosene 170 mortos
1908 Escola Collinwood, Lake View, EUA escola elementar, 172 crianças entre os mortos 175 mortos
1911 Triangle Shirtwaist, N. Iorque, EUA edifício 10 pisos, indústria de vestuário 145 mortos
1912 Equitable Building, N. Iorque, EUA 5 edifícios destruídos, o maior com 10 pisos 7 mortos
1945 Empire State Building, N. Iorque, EUA Avião B-25 embateu nos 78/79 pisos 14 mortos
25 feridos
1970 One New York Plaza, Nova Iorque, EUA Incêndio nos 33º e 34º pisos, de um total de 50 pisos 4 mortos
30 feridos
1972 Ed. Andraus, S.Paulo, Brasil Incêndio, 31 andares; gigantesca evacuação por
helicópteros 16 mortos
336 feridos
1974 Ed.Joelma S.Paulo, Brasil 23 andares, destruição total 179 mortos
320 feridos
1980 MGM Hotel, Las Vegas, EUA Incêndio em hotel com 21 pisos, evacuação por helicóptero de cerca de 300 pessoas
85 mortos
770 feridos
1988 Chiado, Lisboa Lojas na baixa Pombalina, 25 de Agosto, ruas do Carmo e Garrett
2 mortos
+70 feridos
1989 Atlanta, Georgia, EUA Edifício de escritórios, 10 pisos com cerca 1500
pessoas 5 mortos
1993 World Trade Center, Nova Iorque, EUA Explosão no parque est.; evacuação de 50.000 no WTC e 150.000 em ed. Próximos tempo total: 8 horas
6 mortos
1,042 feridos
2001 World Trade Center, Nova Iorque, EUA Ocupantes estimados: 17,560
Mortos: 2146/2163 ocupantes e 421 forças socorro 2,749 mortos
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Modelação e Simulação do Comportamento Humano na
Evacuação de Edifícios
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Incêndio tipo
2009 2010 2011
Ocorrência
s
Vítimas Ocorrências
Vítimas Ocorrências
Vítimas
Feridos Mortos Feridos Mortos Feridos Mortos
Habitação 6.302 570 41 6.433 517 43 6.909 530 36
Estacionamento/gare 40 4 0 35 4 0 61 4 0
Serviços 88 1 0 84 5 0 149 1 0
Escolar 72 3 0 82 7 1 147 3 0
Hospitalar/Lar idosos 54 8 0 49 4 0 86 14 1
Espectáculo/Lazer 46 1 0 43 2 0 99 5 0
Hotelaria 424 29 2 391 32 0 427 30 0
Comercial 216 23 0 216 12 0 318 9 0
Museu/Biblioteca 11 0 0 6 0 0 42 0 0
Militar/Segurança 15 3 0 11 7 0 10 2 0
Industrial 918 64 1 952 80 2 1.165 62 1
Totais 8.186 706 44 8.302 670 46 9.413 660 38
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Modelação e Simulação do Comportamento Humano na
Evacuação de Edifícios
Objectivo: evacuação dos edifícios – Minimizar tempo evacuação de edifícios
– Vias evacuação bem dimensionadas
Problemas:
– Tempo de percurso:
∑Minimizar tempo evacuação de edifícios
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Modelação e Simulação do Comportamento Humano na
Evacuação de Edifícios
• Fases da evacuação:
1. Deteção
2. Pré-evacuação
3. Evacuação
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Evacuação de Edifícios
• Fases da evacuação:
1. Deteção
2. Pré-evacuação
3. Evacuação
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Evacuação de Edifícios
• Fases da evacuação:
1. Deteção
2. Pré-evacuação
3. Evacuação
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Evacuação de Edifícios
• Conceitos: – ASET
• Available Safe Egress Time
• tempo disponível para evacuar (antes do colapso)
– RSET • Required Safe Egress Time
• tempo necessário para evacuar (em segurança)
– ASET > RSET!
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Evacuação de Edifícios
• Conceitos:
– ASET (Available Safe Egress Time)
• Legislação (code based)
• Desempenho (engª segurança ou Performance Based Design)
– RSET (Required Safe Egress Time)
• RSET=td + ta + to + ti + te
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td - tempo deteção ta - notificação dos ocupantes to – decisão abandonar o edifício ti – tempo inicio evacuação te –tempo de evacuação
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Evacuação de Edifícios
• Conceitos: – ASET (Available Safe Egress Time)
• Legislação (code based)
• Desempenho (engª segurança ou Performance Based Design)
– RSET (Required Safe Egress Time)
• RSET=td + ta + to + ti + te
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td - tempo deteção ta - notificação dos ocupantes to – decisão abandonar o edifício ti – tempo inicio evacuação te –tempo de evacuação
1. deteção
2. pré-evacuação
3. evacuação
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Evacuação de Edifícios
Modelos descritores do movimento de
– Pessoas:
• Hidráulico / gasoso / partículas sólidas
• Forças magnéticas / forças sociais
• Regras (heurísticas) / comportamentais
– Edifícios:
• Nós e arcos (grafos)
• Cellular Automata
• Espaço Contínuo
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Evacuação de Edifícios
Modelos de forças: Magnetic Forces Model
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Magnetic Forces Model (Okazaki & Matsushita, 1993)
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Evacuação de Edifícios
Modelos de forças: Social Forces (Helbing et al.)
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Helbing, Molnár, Vicsek, Farkas (1995-2002)
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Evacuação de Edifícios
Modelos em computador
– Espaço Contínuo / Comportamentais
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Visual sensors using the ray
tracing method (Pan et al., 2007)
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Evacuação de Edifícios
Modelos de regras
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(Shao et al., 2005
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Evacuação de Edifícios
Modelos descritores de edifícios
– Nós e arcos - grafo (ex. EVACNET)
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Evacuação de Edifícios
Modelos descritores de edifícios
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(Castle, 2007)
(Pan et al., 2007)
Cellular automata Espaço contínuo
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Simuladores Pedonais
Simuladores Pedonais
servem para:
- projectos novos
- investigação
- planos emergência
- treino e formação
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FDS+EVAC
VTT (Finland):
Centro de Pesquisa na Finlândia, o maior centro da escandinávia
Building and Fire Research Lab (BRFL)
National Institute of Standards and Technology (NIST), EUA
FDS: Fire Dynamic Simulator Smokeview: visualizador 3D
EVAC=Agent-Based Egress Simulator for FDS
Simulação pedonal Alguns exemplos
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Simulação pedonal Alguns exemplos
Fire Safety Engineering Group, University of Greenwich (1993-) building, maritime and aircraft environments
Exodus
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Validação e calibração dos simuladores Comparação por Korkohnen & Hostikka, 2009
Simuladores Pedonais
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Problemas dos Simuladores Pedonais
Problemas dos Simuladores Pedonais:
• não permitem treino de pessoas
• sem interacção ou imersão
• faltam dados para validação e calibração
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Em Portugal: ModP / LIACC (2009-?)
Simulação pedonal LIACC / FEUP / LNEC
(ModP v1.0 Esteves 2009, Aguiar 2010) (ModP 3D - Ribeiro 2012)
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Evacuação de Edifícios
Jogos Sérios: solução?
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Evacuação de Edifícios
mSPEED: Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências (modelling and Simulation of Pedestrian Emergency Evacuation Dynamics)
«projecto para aquisição de dados comportamentais usando jogos sérios e aplicação num modelo de simulação pedonal, dinâmico, para situações de emergência»
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mSPEED: Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências
Abordagem metodológica:
1. modelos de referência e métricas de validação
2. aquisição comportamental
3. jogos sérios
4. prospeção comportamental
5. ambiente integrado para M&S
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Modelo Análise Risco
de Incêndio em Edifícios
MARIE / LNEC
(Coelho 1997)
RISCO DE INCÊNDIO
MODELO
DESCRITOR DO
EDIFÍCIO-MDE(desenvolvido neste
trabalho)
MODELO DE
GESTÃO DA
INFORMAÇÃO-
MGI(a desenvolver
futuramente)
MODELO DE
PROBABILIDADE
E OCORRÊNCIA
DO INCÊNDIO-
MPOI
(a desenvolver
futuramente)
MODELO DE
FIABILIDADE -
MF(a desenvolver
futuramente)
MODELO DE
EVACUAÇÃO
DO EDIFÍCIO-
MEE(desenvolvido neste
trabalho)
MODELO DE
ESTABILIDADE
AO FOGO DO
EDIFÍCIO-MEFE(a desenvolver
futuramente)
MODELO DE
SISTEMAS DE
DETECÇÃO E
ALARME - MSDA(a desenvolver
futuramente)
MODELO DE
DESENVOLVI-
MENTO DO
INCÊNDIO NO
INTERIOR DO
EDIFÍCIO-MDI(a desenvolver
futuramente)
MODELO DE
BRIGADAS DE
COMBATE AO
INCÊNDIO-MBCI(a desenvolver
futuramente)
MODELO DE
ANÁLISE
CUSTO/
BENEFÍCIO-
MACB(a desenvolver
futuramente)
MODELOS DE
SISTEMAS
AUTOMÁTICOS
DE EXTINÇÃO-
MSAE(a desenvolver
futuramente)
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Modelação e Simulação do Comportamento Humano na
Evacuação de Edifícios
mSPEED: Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências
(modelling and Simulation of Emergency Evacuation Dynamics)
Human 1
Human “n”
Virtual Ag .1
Virtual Ag .”n”
…
…
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Modelação e Simulação do Comportamento Humano na
Evacuação de Edifícios
mSPEED: Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências
(modelling and Simulation of Pedestrian Emergency Evacuation Dynamics)
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Evacuação de Edifícios
mSPEED: Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências
(modelling and Simulation of Pedestrian Emergency Evacuation Dynamics)
simulação baseada em agentes (ABMS): - agente entidade autónoma
percepciona o ambiente (sensores)
actua no ambiente (actuadores)
raciocínio -> tomada de decisão
comunicação -> interagir com outros agentes
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Pré-evacuação: inquéritos para recolha dados
Modelação e Simulação do Comportamento Humano na
Evacuação de Edifícios
E. Cordeiro, Visual sensors using the
ray tracing method (Pan et al., 2007)
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Pré-evacuação: inquéritos para recolha dados
Modelação e Simulação do Comportamento Humano na
Evacuação de Edifícios
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Modelação e Simulação do Comportamento Humano na
Evacuação de Edifícios
Aquisição de dados usando Rfid (UWB -Ubisense)
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Vasconcelos, G., Petry, M., Almeida, J. E., Rossetti, R. J. F., & Coelho, A. L. (2012). Using UWB for Human Trajectory Extraction. 24th European Modeling & Simulation Symposium - EMSS 2012. Vienna, Austria
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Evacuação de Edifícios
Aquisição de dados usando Rfid (UWB -Ubisense)
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Vasconcelos, G., Petry, M., Almeida, J. E., Rossetti, R. J. F., & Coelho, A. L. (2012). Using UWB for Human Trajectory Extraction. 24th European Modeling & Simulation Symposium - EMSS 2012. Vienna, Austria
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Evacuação de Edifícios
Filme: aquisição de dados usando Rfid (UWB -Ubisense)
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mSPEED: Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências (modelling and Simulation of Pedestrian Emergency Evacuation Dynamics)
Jogos Sérios (ou Serious Games)
- treino
- educar
- informar
- investigar
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mSPEED: Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências (modelling and Simulation of Pedestrian Emergency Evacuation Dynamics)
EVAcuation simulator
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mSPEED: Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências
(modelling and Simulation of Pedestrian Emergency Evacuation Dynamics)
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Evacuação de Edifícios
Publicações: Esteves, E. F. (2009). Utilização de agentes autónomos na simulação pedonal em interfaces
multi-modais. in Portuguese, Master Dissertation, Engineering Faculty of Porto University, Porto.
Esteves, E. F., Rossetti, R. J. F., Ferreira, P. A. F., & Oliveira, E. C. (2009). Conceptualization and implementation of a microscopic pedestrian simulation platform. Proceedings of the 2009 ACM symposium on Applied Computing - SAC ’09, 2105.
Aguiar, F. H. . (2010). Crowd Simulation Applied to Emergency and Evacuation Situations. University of Porto.
Aguiar, F., Rossetti, R., & Oliveira, E. (2010). MAS-based Crowd Simulation Applied to Emergency and Evacuation Scenarios. IEEE ITSC2010 Workshop on Artificial Transportation Systems and Simulation (ATSS’2010). Madeira Island, Portugal.
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Modelação e Simulação do Comportamento Humano na
Evacuação de Edifícios
Publicações:
Cordeiro, E., Coelho, A. L., Rossetti, R. J. F., & Almeida, J. E. (2011). Human Behavior Under Fire Situations – Portuguese Population. Fire and Evacuation Modeling Technical Conference. Baltimore, Maryland, August 15-16,2011.
Cordeiro, E., Coelho, A. L., Rossetti, R. J. F., & Almeida, J. E. (2011). Human Behavior under Fire Situations – A case–study in the Portuguese Society. ADVANCED RESEARCH WORKSHOP: Evacuation and Human Behavior in Emergency Situations (pp. 63–80). Santander, Spain: GIDAI. Universidad de Cantabria.
Almeida, J. E., Rosseti, R., & Coelho, A. L. (2011). Crowd Simulation Modeling Applied to Emergency and Evacuation Simulations using Multi-Agent Systems. In A. A. Sousa & E. Oliveira (Eds.), DSIE’11 - 6th Doctoral Symposium on Informatics Engineering (pp. 93–104). , Engineering Faculty of Porto University, Porto.
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Modelação e Simulação do Comportamento Humano na
Evacuação de Edifícios Publicações:
Ribeiro, J., Almeida, J. E., Rossetti, R. J. F., Coelho, A., & Coelho, A. L. (2012). Towards a serious games evacuation simulator. In K. G. Troitzch, M. Möhring, & U. Lotzmann (Eds.), 26th European Conference on Modelling and Simulation ECMS 2012 (pp. 697–702). Koblenz, Germany.
Ribeiro, J., Almeida, J. E., Rossetti, R. J. F., Coelho, A., & Coelho, A. L. (2012). Using Serious Games to
Train Evacuation Behaviour. CISTI 2012 - 7a Conferencia Ibérica de Sistemas y Tecnologías de Información (pp. 771–776). Madrid, España.
Almeida, J. E., Kokkinogenis, Z., & Rossetti, R. J. F. (2012). NetLogo Implementation of an Evacuation
Scenario. WISA’2012 (Fourth Workshop on Intelligent Systems and Applications). Madrid, Spain. Retrieved from http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=6263226
Vasconcelos, G., Petry, M., Almeida, J. E., Rossetti, R. J. F., & Coelho, A. L. (2012). Using UWB for
Human Trajectory Extraction. 24th European Modeling & Simulation Symposium - EMSS 2012. Vienna, Austria.
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Modelação e Simulação do Comportamento Humano na
Evacuação de Edifícios
Resultados:
Teses de Mestrado (3 concluídas, 2 em curso): Esteves, E. F. (2009)
Aguiar, F. H. (2010)
Ribeiro, J., (2012)
Teses de Doutoramento: 2 em curso
Projecto FCT: mSPEED
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Objectivo: mSPEED!
Modelo Dinâmico de Simulação Pedonal Em Emergências (modelling and Simulation of Pedestrian Emergency Evacuation Dynamics)
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João Emílio S. C. Almeida – [email protected]