Plánování evakuace založené na lokálních technikách kooperativního hledání cest

Abstract

V tejto práci sa venujeme otázke evakuácie z budov alebo priestranstiev z perspektívy algoritmov na kooperatívne hľadanie ciest. Definujeme problém na zvaný multi-agentná evakuácia, ktorý sa skladá z neorientovaného grafu, v ktorého vrcholoch sa nachádzajú agenti (napríklad ľudia, roboty alebo postavy v počítačovej hre). Vrcholy v grafe sú označené ako ohrozené alebo bezpečné a úlohou je naplánovať presun agentov z ohrozených do bezpečných vrcholov v čo najkratšom čase. Existujú centralizované algoritmy založené na modelovaní tokov v sieťach, ktoré dokážu tento problém riešiť optimálne vzhľadom na rôzne ukazovatele. V reálnom svete sa však tieto algoritmy dajú aplikovať len problematicky, pretože skutoční agenti nie sú schopní nasledovať centrálne generovaný plán a musia reagovať na meniace sa situácie, ako napríklad nekooperujúcich agentov. Preto sme navrhli a implementovali algoritmus na plánovanie evakuácie založený na technikách lokálneho kooperatívneho hľadania ciest. Simulácie na viacerých realistických situáciách ukazujú, že riešenia generované týmto algoritmom majú kvalitu podobnú riešeniam z centralizovaných algoritmov.

This thesis addresses the problem of evacuation from buildings and open areas from the perspective of cooperative path-finding algorithms. We define a problem called Multi-Agent Evacuation based on undirected graphs with agents (such as people, robots, or game characters) located in their vertices. Each vertex can either be marked as safe or as endangered. The task consists of moving the agents from endangered to safe vertices as quickly as possible. There are centralized algorithms for solving this problem that are optimal with respect to various objectives. Such algorithms are hardly applicable to real-world scenarios because real agents are unable to follow the centrally generated plan and must react to changes in the environment. Therefore, we designed and implemented an evacuation planning algorithm based on local cooperative path finding techniques. Simulations on various realistic situations show that solutions generated by this algorithm are of a quality similar to the solutions from centralized algorithms.