Modellierung der Fußgängerdynamik im universitären Betrieb mit Hilfe von Zellulären Automaten in der Programmiersprache JAVA

Abstract

Motivation: Im Herbst 2006 wurde an der Technischen Universität Wien das Projekt "TU Univercity 2015" ins Leben gerufen, dass die Modernisierung der bisher genutzten Gebäude und eine Konzentration der Fakultäten auf maximal zwei Standorte vorsah. Im Rahmen dieses Projekts wurde das Institut für Analysis und Scientific Computing beauftragt ein Modell zur Optimierung der Hörsaalbelegung zu erstellen und die universitären Abläufe zu simulieren. Dieses Modell, das die Bezeichnung MoreSpace trägt, wurde großteils in der Simulationssprache Enterprise Dynamics (ED) realisiert mit Ausnahme des Teiles der für die Ermittlung der Zeiten zuständig ist, die von den Studenten zum Wechseln der Hörsaal benötigt wird.<br />Ziel: Ziel dieser Diplomarbeit wird es nun sein diesen oben erwähnten ausgelagerten Teil in der objektorientierten Programmiersprache JAVA zu implementieren und es an die bestehende ED-Simulation anzubinden. Diese Ankoppelung sollte, wenn möglich, über miteinander vernetzte Computer funktionieren um die Rechenlast der Simulationen zu verteilen. Des Weiteren soll ein Datenformat generiert werden das es ermöglicht die Gebäudepläne automatisch zur Erstellung der Grundstruktur für die Simulation heranzuziehen sowie einer Methode um den Studenten den kürzesten Weg durch die Universität zu weisen. Als einer der Kernpunkte wird die Deadlock Vermeidung zu lösen sein, also die Sicherstellung das der Student auf jeden Fall seinen Bestimmungsort erreicht obwohl er sich in ständiger Interaktion mit anderen Individuen befindet.<br />Struktur des Modells: Zur Umsetzung der gestellten Aufgabe wurde auf ein agentenbasiertes System zurückgegriffen. Die Hauptbestandteile dieses Modells sind eine diskrete Grundfläche und die einzelnen Agenten oder wie in unserem Fall die einzelnen Studenten die sich frei auf diesem Raster bewegen können und deren Entscheidung über ihr weiteres Handeln von den sie umgebenden Agenten abhängt. Da die Universität zu groß ist um auf nur ein solches Raster abgebildet zu werden, wurden die Gebäude in möglichst logisch zusammenhängenden Teile unterteilt die jedoch an mehreren Stellen zusammenhängen so dass den Agenten die Möglichkeiten geboten wird die einzelnen diskreten Grundflächen zu wechseln. Um es den Studenten zu ermöglichen sich auf kürzest möglichen Weg durch diese Fülle an Flächen zu ihrem Ziel zu bewegen wurde auf die Kombination von Graphentheorie und einer Art von Skalarfeldern gesetzt. Für die Kommunikation über ein Netzwerk mit ED wurde eine TCP/IP Verbindung implementiert.