Ανάπτυξη μοντέλου προσομοίωσης εκκένωσης επιβατηγού πλοίου σε περιβάλλον Unity

Σιούτης, Κωνσταντίνος; Sioutis, Konstantinos

dc.contributor.author	Σιούτης, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Sioutis, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2021-12-29T10:27:14Z
dc.date.available	2021-12-29T10:27:14Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54264
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21962
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Προσομοίωση εκκένωσης	el
dc.subject	Επιβατηγά πλοία	el
dc.subject	Τεχνητή νοημοσύνη	el
dc.subject	Χρόνος εκκένωσης	el
dc.subject	Συμφόρηση	el
dc.subject	Passenger ship evacuation	en
dc.subject	MSC	en
dc.subject	Unity	en
dc.subject	3D Simulation	en
dc.subject	Artificial intelligence	en
dc.title	Ανάπτυξη μοντέλου προσομοίωσης εκκένωσης επιβατηγού πλοίου σε περιβάλλον Unity	el
dc.title	Development of simulation model for the evacuation procedure of a passenger ship in Unity	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Τριδιάστατες προσομοιώσεις	el
heal.classification	3D Simulations	en
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-10-29
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο την ανάπτυξη εφαρμογής προσομοίωσης εκκένωσης επιβατηγών πλοίων. Το μοντέλο εντάσσεται στην κατηγορία του Agent Based Modelling και χρησιμοποιεί μοναδικές οντότητες με εξατομικευμένα χαρακτηριστικά για την προσομοίωση των επιβατών και του πληρώματος. Παράλληλα ορίζεται ένα σύνολο τρόπων αλληλεπίδρασης των agents μεταξύ τους αλλά και με το περιβάλλον. Τα δομικά στοιχεία για την ανάπτυξη της εφαρμογής εκτός από τις βασικές αρχές του Agent Based Modelling ήταν οι κατευθυντήριες γραμμές της Maritime Safety Commitee (MSC) για προηγμένες μεθόδους ανάλυσης εκκένωσης. Επίσης υιοθετήθηκε ένα συνδυαστικό μοντέλου άγχους για τους agents που εξελίχθηκε προσαρμοσμένο στις ανάγκες της εφαρμογής και τέλος αξιοποιήθηκαν τα πολλαπλά εργαλεία που προσφέρει το Unity μέσω της μηχανής rendering και physics που διαθέτει. Οι κατευθυντήριες γραμμές της MSC για προηγμένες μεθόδους ανάλυσης εκκένωσης περιέχονται στις οδηγίες MSC.1/Circ.1533. Οι οδηγίες αυτές επιβάλλουν την ανάλυση εκκένωσης κατά τη σχεδίαση κάθε πλοίου που εξυπηρετεί 36 ή περισσότερους επιβάτες. Προβλέπουν όλες τις απαιτούμενες παραμέτρους για ένα προηγμένο μοντέλο εκκένωσης αλλά και μεθόδους επαλήθευσης τη ορθής λειτουγίας του μοντέλου. Όλες οι οδηγίες αναλύονται στην εργασία και ακολουθούνται μεθοδικά. Τα πολλαπλά ατυχήματα και οι συνεπακόλουθες ανθρώπινες απώλειες σε επιβατηγά πλοία υπό εκκένωση οδήγησαν στην υιοθέτηση του εν λόγω κανονισμού. Έτσι σε κάθε πλοίο επιβάλλεται να αξιολογείται και να βελτιστοποιείται ήδη από το στάδιο της προμελέτης η σχεδίαση και ασφάλειά που παρέχει για την εξυπηρέτηση της άτακτης διαφυγής των επιβατών σε έκτακτες περιπτώσεις. Η εφαρμογή θα παρέχει πληροφορίες όπως ο ολικός χρόνος εκκένωσης και οι περιοχές συμφόρησης στον σχεδιαστή μηχανικό ενός πλοίου ώστε να μπορεί να εντοπίσει τα σημεία της σχεδίασης που πάσχουν και να βελτιώσει την τοπική διαρρύθμιση του πλοίου(κυρίως αναφορικά με τις ενδιαιτήσεις και τους κοινόχρηστους χώρους). Θεμελιώδης ήταν η συνεισφορά του συνδυαστικού μοντέλου άγχους που αναπτύχθηκε στην προσπάθεια άμεσης ανταπόκρισης των προσομοιώσεων προς την πραγματικότητα. Ανατρέχοντας στη μελέτη της συμπεριφεριολογίας και αντίδρασης του ανθρώπου σε παράγοντες άγχους μελετήθηκε η θεωρία «General Adaption Syndrome(GAS)», γνωστή στον κλάδο της κοινωνιολογίας και της ψυχολογίας του πλήθους. Η θεωρία αυτή καθορίζει ποιοτικά την αντίδραση του ανθρώπου σε στρεσογόνους παράγοντες. Ακολουθείται στη συνέχεια μέθοδος ποσοτικοποίησης βασισμένη στο GAS model όπως αναλύεται σε σχετικές εργασίες. Το προκύπτον μοντέλο συνδυάζεται με μια ακόμα μέθοδο ορισμού κλίμακας του stress ώστε η ποσοτικοποίηση του να οδηγεί σε αντιστοίχιση με διαφορετικά stress stages. Τελικά μπορεί να αποδοθεί σε κάθε stress stage ένα σύνολο συμπεριφορών για τους agents. Το συνολικό μοντέλο βασίζεται σε εγκεκριμένες μαθηματικές εξισώσεις και αναλύεται διεξοδικά στην παρούσα έκθεση. Τα παραπάνω αποτυπώνονται μέσω της μηχανής φυσικής και rendering του Unity ενώ παρέχονται στο τέλος της έκθεσης ενδεικτικά αποτελέσματα της εφαρμογής για τυχαίο μοντέλου πλοίου. Επίσης χρησιμοποιούνται διάφορα εργαλεία και πακέτα του Unity. Κύριο εργαλείο που αξιοποιήθηκε είναι το πακέτο τεχνητής νοημοσύνης το οποίο επιτρέπει την πλοήγηση και την αυτοματοποιημένη εύρεση διαδρομών(pathfinding) για τους agents. Για όλες τις λειτουργίες εντός του Unity αναπτύχθηκε κατάλληλος κώδικας ο οποίος αναλύεται στοιχειωδώς στην παρούσα έκθεση. Γενικότερα δόθηκε έμφαση στην αποδοτικότητα(efficiency) του κώδικα ώστε η εφαρμογή να έχει τη δυνατότητα να εκτελέσει προσομοιώσεις για μεγάλο αριθμό agents, δηλαδή για μεγαλύτερα κατά το δυνατόν πλοία.	el
heal.abstract	The objective of this thesis is the development of an application for the simulation of the evacuation procedure for passenger ships. The type of the used modelling is Agent Based Modelling and is based on autonomous entities with individual attributes which embody the passengers and crew members. In parallel a sum of ways of interactions between the agents among them and between the agents and the environment is defined. The structural components for the development of the application except the fundamentals of Agent Based Modelling were the guidelines of the Maritime Safety Commitee (MSC) on the methods for advanced evacuation analysis. Furthermore a combined stress model was adapted for the agents that was evolved according to the requirements of the application and finally the variety of assets that Unity affords through the rendering and physics machine were deployed. The guidelines of MSC on advanced methods for evacuation analysis are contained in MSC.1/Circ.1533. These guidelines impose that every ship under construction which accommodates more than 36 passengers should undergo evacuation analysis. They include all the necessary parameters for an advanced evacuation model and its validation tests. The guidelines are analyzed in this report and are accurately applied. The number of accidents and the consequent loss of life on ships under alert for evacuation led to the adaption of the guidelines in question. Thus, it is required for every vessel to evaluate and improve the safety that the ship assures for evacuation cases during the preliminary design. The application provides data to the designer such as the total evacuation duration and the congestion areas so that he can detect the weak points of the design and improve the local arrangement(basically for the accommodation decks and the public places). The contribution of the developed stress model was fundamental during the effort to build a reliable model. By backtracking to the science of behavory so as to simulate the human response to stress, the theory of “General Adaption Syndrome(GAS)” was investigated which is popular among the areas of sociology and psychology of crowds. This theory defines the human stress response qualitatively. Additionally a method of quantification of the GAS model is applied that was detected in relevant papers. The resultant model is combined with a method which scales stress and assigns the quantified stress to different zones. Eventually a sum of attitudes can be accorded to each stress zone. The whole combined model is based on approved mathematical equations and is elaborately analyzed in the current report. The aforementioned are illustrated through the physics and rendering machine of Unity while indicative results are provided for a random ship model at the end of the report. In addition many assets and packages of Unity were used. The artificial intelligence asset for the navigation and pathfinding of the agents is a main asset used for the application. Appropriate code was developed for the functions of the application and is essentially analyzed in this report. The code efficiency was supervised carefully in order to build an application that is able to run simulations for a great number of agents, thus for greater vessels as possible.	en
heal.advisorName	Γκίνης, Αλέξανδρος	el
heal.advisorName	Λιάσκος, Ορέστης	el
heal.committeeMemberName	Βεντίκος, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Γκίνης, Αλέξανδρος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδάκης, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μελέτης Πλοίου και Θαλάσσιων Μεταφορών. Εργαστήριο Μελέτης Πλοίου	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	123 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false