第三章 研究方法
3.2 導引階段
當環境中發生火災等急難事件時，演算法便會進入導引階段。此階段演算法 會依據環境中火源位置、人群位置、區域密度、環境照度、與出口距離等進行各 個區域數值高低之演算，並將演算結果依據高往低之方式導引人群從各個區域以 不同路徑之方式進行避難。於導引時共分為 4 個不同的運算階段，首先針對環境 中各個區域的人群密度做計算並給予火源發生區域及周邊給予一個較高的數值 以劃分出危險區域，再依據人群擁擠度以及危險區域計算出環境中各個區域的基 本逃生方向，然後以即時感知的環境狀態進行各個區域高度數值的調整，並進行 死巷情況的排除，最後依照各個區域可行進方向以及行進方向擁擠度的判斷進行 避難者分群，給予不同方向導引以減輕避難時逃生路徑所需承受的負擔，並且持 續運行檢查是否發生意外狀況，直到所有避難者皆成功逃離建築物為止。於導引 階段開始前我們先介紹幾個演算參數的基本定義：
HCi,j：區域 i 至區域 j 之間的距離(hop)。
CRi：區域 i 人群擁擠度，以百分比表示。若該區域可容納人數為 10 人，且區域 中已有 7 位民眾，則 CRi數值為 70。
FEi：代表區域 i 的危急事件指數，共有 5 種不同數值。我們將發生火災的區域
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設置為 110，鄰近火災區域為 95，再者為 85、75、以及 0。
DVi：區域 i 的高度值，由起火點至出口呈現由高至低的數值曲線，路徑導引時 依據此數值進行引導。
Li：區域 i 的照度數值。於系統中設置人群逃生時所需要的基本照度，並依據此 照度檢查各個區域是否符合標準。
DL(Dead Lock)：死巷情況。代表某一區域並非出口，且鄰近區域 DV 數值皆不 比該區域低，造成區域人群逃生困難。如圖 3 - 6 橘色區域人群無法順利往外引 導造成逃生困難。
STi：區域 i 人群停留時間。系統於逃生避難過程中持續進行環境監控，若某一 區域同一人群於中停留超過一定時間，系統判定為該區域發生不可預期之意外狀 況。
Luxmin：演算法內所設置可依環境需求更改之避難所需最低環境照度，以勒克斯 (lx)為單位。
STmin：演算法所設置之可依環境需求更改的最長可停留時間，以秒為單位。
α：大於 0 且小於 1 之實數。
β：大於 0 之常數。
γ：介於 0 至 105 之間用來進行滯留區域數值提升之正整數。
：大於 0 之正整數。
圖 3 - 6、死巷情況
當感測到環境發生危急事件時，演算法會依照當下所感測到的環境狀態進行 各個區域及人群逃生路線的運算，以下將介紹逃生路線運算方式。
1. 計算各區域危險指數(DV)
演算法中依據區域的危險指數區分出各個區域不同高低狀態並且做為逃生
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路線計算依據，危險指數計算方式共分為 4 個步驟，分別是區域擁擠度計算、事 件數值計算、危險指數整合、以及照度檢查。以下將針對 4 個步驟分別進行介紹。
(1)將各區域中人群數量與該區域容納能力進行運算，求出各個區域之人群負載 程度百分比，如方程式 3.1 所示。
區域人群數量
區域可容納最多人數 (3.1) (2)以發生火災之區域為中心，將其周圍 HC 數值 3 以內之節點由近至遠分別給予
95、85、75 之 FE 數值，而發生火災的節點則給予 110 的數值，其他節點則給 派 0 做為 FE 值。數值給派方式如方程式 3.2 所示，其中 j 為起火區域。
(3.2)
(3)將上述所得之兩種數值以相對應的比重相互結合便可得到各個區域的基本高 度值 DV。此處 DV 是由人群密度以及火源周圍的數值所組合而成，代表了各 個區域對於避難者要逃生的困難程度，數值越高代表區域的人群密度越高並 且離起火點較近，容易造成逃生困難。此處我們設置出口恆定為最低值-5，而 起火區域恆定為最高值 110，其餘區域數值皆浮動於 0 至 105 之間。計算方式 如方程式 3.3 所示。
區域 為出口且非起火區域
(3.3)
(4)因為人類天生有趨向光亮而恐懼黑暗的天性，對於黑暗環境容易加重心理的 惶恐程度因而不自覺加快逃生速度、易怒、缺乏耐心等，甚至有可能衍生出 不理智行為而影響自己或他人，造成整體逃生效率減緩甚至發生意外。為了 避免避難者在逃生過程中誤入失去照明區域而衍生出不必要的意外，演算法 之中設置了人群逃生時所需要的最低基礎照度 Luxmin，若是區域照度低於
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Luxmin 表示該區域亮度過低容易引發避難者心理的恐慌甚至衍生出更多意外 事件；為避免將避難者往照度不足區域做引導，我們使用方程式 3.4 進行各區 域照度檢查及高度值的提升。
(3.4) 2. 死巷狀況排除
完成各區域基本 DV 值及照度計算後，此時環境中各區域數值呈現一種高低 不一情況，有可能出現如圖 3 - 6 所描述的死巷情況，此情況會造成區域內人群 無法順利往出口進行避難導引。為了解決此問題我們利用初始化階段所計算出各 個區域與出口之 hop 數，由 hop 數值高至低依序進行死巷情況的檢查及區域高度 的提升，提升方式如方程式 3.5 所示。
(3.5) 其中 為發生死巷情況的區域 i 周圍 HCi,j = 1 區域之標準差，計算方式如方 程式 3.6。
(3.6) 此時各區域皆擁有一代表自身高度之 DVi數值，演算法可利用此數值計算出 由各個區域通往出口之避難路徑，若是遇到一區域擁有多條逃生路徑必須擇一進 行優先導引時，依據 DV 數值高低以及 HCi,exit之數值大小優先選擇 DV 較低及
HCi,exit較小者為下一移動區域。如此便可得出各個區域的逃生路線。
3. 避難者分群導引
在指派逃生路線給避難者之前，為了減輕逃生路徑及出口於同一時間所承受 的人群數量，若區域擁有一個以上的可行進逃生方向且區域中人數超過 1 人時便 啟動演算法中的人員分群處理機制，將原本同一逃生路徑上的人群平均分配給周 遭鄰居，減輕可能造成的擁擠問題。
人員分群機制主要是用來解決當區域中人群數量過多時可能發生的擁擠問
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題，根據 2008 年 Z. Fang 等學者[14]所做關於人群移動速率的研究，當每平方公 尺人數到達 2.75 人時，人群移動速度便會下降到近乎靜止的 0.1m/s 左右。區域 人群到達飽和並進入擁擠狀態時不只會使區域中人群移動速度大幅下降，並且可 能發生推擠、踩踏等意外。為減少意外發生可能，DBCS 演算法之人員分群步驟 如下 a 至 i 步驟，流程如圖 3 - 7：
a. 計算人群不分群直接往下一區域移動可能產生的下一階人群擁擠度 CRnext。
b. 若區域 i+1CRnext有可能造成避難者的擁擠，則區域 i 必須進行人員分群 以減輕下一階段 i+1 區域擁擠度。
c. 比較區域 i 各個可移動鄰居(HCi,j=1)的人群擁擠度( 。 d. 尋找鄰居中數值最低者。
e. 將人群由最低的鄰居開始引導，直至該區域人群擁擠度上升為次低區域。
f. 計算空間中所有人與欲導引前往區域的距離，以最接近的避難者開始進 行分配。
g. 重新進行鄰居區域的人群擁擠度計算，並重複 c 至 f 步驟。
h. 將人員分群後所改變的區域人數擁擠度更新。
i. 依照新的 CR 數值判斷下個區域是否需要分群。
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圖 3 - 7、避難者分群方式流程圖 4. 環境持續監控
當逃生指引路線指派給各個避難者後，演算法會持續不斷的進行環境監控直 至所有避難者皆成功逃生為止。若是於過程中發生某區域同一人群逗留超過 STmin 則判斷該區域發生了演算法預期外的意外狀況，可能逃生路徑發生坍塌、
或是出口阻塞使人無法順利逃生等，此時為了避免避難者再往該處避難導致更多 人受困於該處，我們設計演算法自動將該區域高度值提升成為環境中較高區域，
以避免更多人群往該區域移動。判斷及數值提升方式如方程式 3.7 所示。
(3.7) 以上本論文所提出之具人群分流能力之個人化逃生導引演算法，擁有閃避危 險區域、避難者分群導引、減緩擁擠發生等特性，並且以個人化導引為目標，確 實將分群資訊傳達至避難者，落實分群之目的。圖 3 - 8 為 DBCS 演算法之虛擬 碼。
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If temperature ≧50°C over 5 seconds, then start the algorithm Do
Get number of people in every areas For (all areas)
Calculate CR value of all areas If (area = on fire)
FE value = 110 Else if (next at 110) FE value = 95 Else if (next at 95) FE value = 85 Else if (next at 85) FE value = 75 Else
FE value = 0
End if
If (FE value ≧ 90 || CR value ≧ 90) If (FE value > CR value)
DV value = FE value Else
DV value = CR value Else if (FE value > CR value)
DV value = FE value * + CR value * Else
DV value = CR value * + FE value *
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End if End for
Get L in every areas For (all areas)
If (L < Luxmin)
DV value = DV value +
End if
End for
If (area = exit)DV value = -5 End if
For (all areas)
while (area is not a exit & ( all of neighbor’s DV value > that area )) DV value of the area = DV value + +
End while End for
For ( all areas)
use shortest path to export the path from area to exit If (DV value < neighbor)
Do not guide to the neighbor
End if
End for
For (all areas)cluster people and guidance to different path
End for
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For (all person)
Depending on the results of clustering to assigned the escape path of area
End for
While (people remain in the room without exiting < STmin) If (all of the people out of building)
Break
End if End while
If(people remain in the room without exiting ≧ STmin) Let DV value of the area improve to
End if
圖 3 - 8、DBCS 演算法虛擬碼