Modelação e Simulação do Comportamento Humano na … · LOGO Modelação e Simulação do Comportamento Humano na Evacuação de Edifícios 3 Ano Local Ocorrência Vítimas 1903

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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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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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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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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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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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• Fases da evacuação:

1. Deteção

2. Pré-evacuação

3. Evacuação

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1. Deteção

2. Pré-evacuação

3. Evacuação

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1. Deteção

2. Pré-evacuação

3. Evacuação

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• 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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• 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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• 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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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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Modelos de forças: Magnetic Forces Model

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Magnetic Forces Model (Okazaki & Matsushita, 1993)

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Modelos de forças: Social Forces (Helbing et al.)

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Helbing, Molnár, Vicsek, Farkas (1995-2002)

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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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Modelos de regras

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(Shao et al., 2005

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Modelos descritores de edifícios

– Nós e arcos - grafo (ex. EVACNET)

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Modelos descritores de edifícios

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(Castle, 2007)

(Pan et al., 2007)

Cellular automata Espaço contínuo

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Simulação pedonal

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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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Fire Safety Engineering Group, University of Greenwich (1993-) building, maritime and aircraft environments

Exodus

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Pathfinder: simulador comercial, versão 2012


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Validação e calibração dos simuladores Comparação por Korkohnen & Hostikka, 2009


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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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• ModP v1.0 e ModP 3D

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Jogos Sérios: solução?

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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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3 4

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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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(modelling and Simulation of Emergency Evacuation Dynamics)

Human 1

Human “n”

Virtual Ag .1

Virtual Ag .”n”

…

…

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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



E. Cordeiro, Visual sensors using the

ray tracing method (Pan et al., 2007)

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Pré-evacuação: inquéritos para recolha dados



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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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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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Filme: aquisição de dados usando Rfid (UWB -Ubisense)

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Jogos Sérios (ou Serious Games)

- treino

- educar

- informar

- investigar

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EVAcuation simulator

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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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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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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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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]

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