Modelação e simulação computacional de exercícios de evacuação da Escola Secundária Rainha Dona Leonor, Lisboa

Abstract

A importância da tecnologia é transversal a inúmeros domínios da sociedade. O acesso à informação e a ferramentas tecnológicas contribui para um leque cada vez mais alargado de possibilidades de desenho de sistemas com vista à resolução de problemas. Com esta tese de dissertação pretende-se implementar uma simulação baseada em agentes com recurso à linguagem Python. Considera-se que para além do contributo para a comunidade académica, tal invenção poderá ter utilidade prática no planeamento de sistemas de evacuação de edifícios. Este trabalho apresenta um modelo computacional capaz de reproduzir a evacuação feita pelos alunos da secundária Rainha D. Leonor durante um exercício de simulacro. Os dados obtidos através do modelo permitiram comparar visualmente a simulação e o exercício real através da criação de uma animação por computador. A análise de métricas relacionadas com tempos de evacuação e distâncias percorridas permitiram criar estatísticas que nos ajudaram a perceber as dinâmicas de evacuação entre os estudantes no espaço físico. O trabalho de análise consistiu em validar ou refutar as perguntas de investigação com a fundamentação dos dados recolhidos pelo modelo. Para a implementação da simulação foi utilizada uma modelação baseada em agentes juntamente com um algoritmo de aprendizagem por reforço. Foi utilizado o algoritmo de força social em combinação com sistemas de informação geográficos para gerir as interações dos alunos no espaço físico. Por fim foi utilizado um algoritmo de aprendizagem automática não supervisionada para descobrir padrões estatísticos nos dados.

The importance of technology spreads across all domains of society. Access to free information and technological tools often contributes to an increasingly wide range of possibilities for designing systems that solve problems. With this dissertation thesis we intend to implement an agent-based simulation using the Python language. We believe that such construct can be useful in the design of evacuation systems for buildings, as well as providing practical measures of evacuation in various scenarios. This computational model goal is to replicate the evacuation process undertaken by the students of Rainha D. Leonor Secondary School in Lisbon during a simulated drill. The data collected facilitated a comparative analysis between the simulation and the real-life exercise, involving the creation of a computer-generated animation and the assessment of various metrics like evacuation times and distances covered. For the simulation's implementation, an agent-based modeling approach was employed to delineate the individual behaviors of students. A reinforcement learning algorithm was utilized to instruct the agents in navigating the school through the quickest evacuation route. Additionally, the social force algorithm, in conjunction with geographic information systems, was employed to regulate students interactions within the spatial environment. Lastly, we used a unsupervised machine learning algorithm to discern statistical patterns in the generated data, facilitating the formulation of conclusions for the study.