Evakuierungsplanung - Universität Kaiserslautern

- 1 - 

Evakuierungsplanung 

Horst W. Hamacher und Stevanus A. Tjandra 

Universität Kaiserslautern 

Danke an: Peter Bohrer 

Florian Dreifus 

Michael Porr 

Modellierung im Interdisziplinären StudienProgramm (MISP): Katastrophenvorhersage und -Management 

Universität Kaiserslautern, 9. Mai 2003 

UNIVERSITÄT 

KAISERSLAUTERN

- 2 - 

� Einleitung 

� Verhaltensmuster 

• Kreislauf des Notfallmanagements 

• Was ist eine Evakuierung? 

• Evakuierungsplanung 

• Arten der Evakuierung 

• Probleme im Zusammenhang mit Evakuierung 

� Verfahren zu Evakuierungsmodellen 



Inhalt 

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Mildern 

Kreislauf des Notfallmanagements 

Bereit sein 

Notfall 

Normalisieren 

Reagieren 

BEREIT SEIN: Was man vor einem Notfall tun kann 

Vorkehrung zur Notfallvermeidung, Notfallübung, öffentliche Information,... 

MILDERN: Auswirkung von Notfällen minimieren 

Reduzierung der Folgewirkung von Notfällen (Sonderfonds, günstige Darlehen,....) 

REAGIEREN: Gefahren, die durch Notfall ausgelöst werden, minimieren 

Warnung, Evakuierung, Unterkunft, Schutz vor Hitze und Kälte, Medizinische Versorgung,... 

NORMALISIEREN: Rückkehr der Gemeinschaft zur Normalität 

Schadensfeststellung, Beseitigung von Schutt, Dekontamination, Notfallhilfszentren, Krisenberatung,... 



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- 4 - 

� Feuer 

� Gasleck 

� Bombendrohung 

� Erdbeben 

� Wirbelsturm 

Auslöser 

Notfallsituation 

Was ist eine Evakuierung ? 

Aktion 

Evakuierung 

Evakuierungsrouten 



Ziel 

Sicherheit 

Notfallunterkünfte 

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- 5 - 

Eintritt des Notfalls 

Notfallunterkünfte eingerichtet 

Notfallunterkunft 

Zeitablauf der Notfallunterkünfte 

(Quarantelli [1995]) 

Vorläufige Unterkunft 



Notfallunterkünfte 

0 24h 48h 72h 5. Tag 30. Tag 60. Tag 1 Jahr + 

Vorläufige Wohnung 

Endgültige Wohnung 

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(Dirk Reichert, Deutsche Rote Kreuz [2002]) 

� Hilfestellung zur Entscheidungsfindung 

� Zuordnung aller notwendigen Maßnahmen 

in Sachgruppen 

� Bereitstellung von Checklisten 

� Festlegung von Zuständigkeiten 

� Bereitstellung einsatzrelevanter Informationen 

� Bereitstellung eines lageabhängigen Zeitschemas 

Evakuierungsplanung 



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- 7 - 

� Räumungsvorbereitung und 

Verkehrsplanung 

� Warnung und Information 

� Transport 

� Aufnahme / Registrierung 

� Sicherung und Kontrolle • Parkflächen 

• Verkehrslenkung einrichten 

� Unterbringung • Transporte durchführen 

� Betreuung 

� Versorgung und Evakuierung von Tieren 

Betreuung durchführen 

� Rückführung • Dekontaminationen 



Sachgruppen 

• Evakuierungsgebiet festlegen 

• Vorbereitung der Evakuierung 

besonderer Objekte 

• Warnmittel • Sammelplätze festlegen 

• Warntexte • Aufnahmebereiche erstellen 

• Warnung • Bereitstellungsraum durchführen: für Sirenwarnung, Fahrzeuge 

• Transportbedarf ermitteln 

• Landeplätze Warnung über für Hubschrauber 

Medien (Radio), 

• Transportkapazitäten 

• Aufnahmegebiete 

je Verkehrsträger 

• Abfahrpunkte Lautsprecherfahrzeuge, / - abschnittePresseinformation 

ermitteln und 

• Gebäude 

bereitstellen 

• Fahrstrecken festlegen und und Zusteigenpunkte 

herrichten 

• Kennzeichnung veranlassen 

• Zufahrtsstraßen • Kennzeichnung sperren, der Sammelplätze Rettungswege und freihalten 

• Registrierstellen 

Ermittlung Abfahrpunkte von Objekten besonderer Schutzstufe 

• Unterbringungsbedarf 

• Personenauskunftsstellen 

Planung besonderer Schutzmaßnahmen 

• Geeignete 

• Familienzusammenführung 

Gebäude ermitteln und herrichten 

Personalbedarfsplanung 

• Betreuungsdienste • Transportbedarf 

• Aufenthaltsregelung 

Überregionale 

einteilen festlegen 

Verkehrsplanung 

und einsetzen 

• Ärztliche • Transporte zusammenstellen und durchführen 

• 

/ 

Kontrolle 

psychologische 

auf Zurückbleiber 

/ soziale 

• Energie, Wasser, Betriebsstoffe 

• Notversorgung nicht evakuierter Tiere 

• Messungen • Versorgungsgüter bereitstellen • Ermittlung des Viehbestandes 

• Rückführungen • Entsorgung veranlassen 

•Transportbedarf ermitteln 

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- 8 - 

Mitwirkende Organisationen: 

die Feuerwehren 

( http://www.feuerwehr.de/ ) 

das Deutsche Rote Kreuz 

( http://www.drk.de/ ) 

das Technische Hilfswerk 

( http://www.thw.de/ ) 

der Arbeiter-Samariter-Bund 

( http://www.asb-online.de/home/home.htm ) 

( http://www.dlrg.de/ ) 

( http://www.johanniter.de/ ) 

( http://www.malteser.de/ ) 



Katastrophenschutz 

die Deutsche Lebens-Rettungs-Gesellscahft 

die Johanniter-Unfall-Hilfe 

der Malteser-Hilfsdienst 

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- 9 - 

Polizei 110 

Feuerwehr 112 

Rettungsdienst 

Ärztlicher Notdienst 

Wichtige Rufnummern 

Notfall: 

• Wo ist etwas geschehen ? 

• Was ist geschehen ? 

• Wie viele Verletzte ? 

• Welcher Art ? 

• Warten auf Rückfragen !! 

Feuer: 

• Wo brennt es ? 

• Was brennt ? 

• Wie viel brennt (Umfang) ? 

• Welche Gefahren ? 

(Personen in Gefahr, 

Gasflaschen gelagert o.ä.) 

• Warten auf Rückfragen !! 



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- 10 - 

� (Reaktionszeit des Überwachungssystems) + 

� Zeit, die von Bewohnern benötigt wird, um die 

Gefahrensituation zu erkennen 

(Wahrnehmungszeit) + 

Evakuierungszeit 

Zeit zwischen Initiierung des Notfalls und Erreichen der 

Sicherheit aller Bewohner 

� Zeit, die von Bewohnern benötigt wird, um zu 

entscheiden, welche Reaktion angemessen ist Enthaltene Aktivitäten: Zeit 

(Verhaltens- und Reaktionszeit) • Benötigte Suche nach Informationen: 

+ weiteren Informationen 

• • Suchen typische und Laufgeschwindigkeit 

sammeln von Begleitern 

• • Wertgegenstände Gruppenverhaltensichern 

• Gestalt und Anzahl der Bevölkerung 

� Zeit, die benötigt wird, um zum Ausgang/ zur 

sicheren Zone zu gelangen (Fluchtzeit). 



= Pre-movement 

• Feuerwehr rufen 

• • Feuer Anzahl bekämpfen der verfügbaren und nicht 

verfügbaren Ausgänge 

• Evakuierungsstrategien: 

totale/partielle Evakuierung 

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- 11 - 

Evakuierung aus Flugzeugen 

� Alle Passagiere und die Besatzung müssen innerhalb 

von 90 Sekunden aus dem Flugzeug evakuiert werden können. 

(Federal Aviation Administration (FAA, USA)) 

� 60-foot rule: 

(FAA-USA und Joint Aviation Regulations-Europe) 

Notausgänge sollen in Längsrichtung des Flugzeugs nicht 

weiter als 

60 Fuß (ca. 18m) 

vom nächsten Notausgang auf der selben Seite des selben 

Decks entfernt sein. 

Arten der Evakuierung 



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- 12 - 

Evakuierung aus Schiffen 

(International Maritime Organization, IMO, und 

the international convention for the Safety Of Life At Sea, SOLAS): 


� Evakuierungszeit: Die Zeit, die benötigt wird, bis alle Passagiere 

und die Besatzung von ihrem jeweiligen 

Standort zum Zeitpunkt der Alarmierung zum 

Verlassen des Schiffs sicher vom Schiff in 

Lebensrettungsvorrichtungen sind, d.h. 

Evakuierungszeit := Sammlungszeit + Einschiffungszeit 

� maximale Einschiffungszeit beträgt 30 Minuten 

� maximale Evakuierungszeit beträgt 60 Minuten 

� Rettungsboote und Rettungsflöße an Bord jeden Schiffs fassen 

mindestens 100% der Leute an Bord 



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- 13 - 

Gebäudeevakuierung 

• Hochhaus 

• Krankenhaus 

• Sportstadion 

National Fire Protection Association (NFPA): 

� Die Bewohner des brennenden Stockwerkes und der Stockwerke 

direkt darüber und darunter sollten sofort über die Feuertreppe 

zumindest einige Stockwerke nach unten gehen. 

� Während eines Feuers oder eines ähnlichen Notfalls im Gebäude 

darf der Fahrstuhl in keinem Fall benutzt werden – auch nicht in 

einem zweigeschößigen Haus. 

� Feueralarmsysteme in Hochhäusern müssen eine 

Notfall-Sprechanlage besitzen. 

Ausgebildetetes Notfallpersonal schätzt die Lage ein und kann 

dann entsprechende Nachrichten an die Bewohner geben. 




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- 14 - 

Evakuierung von Regionen 

Notfall-Planungs-Zonen: 

Immediate Response Zone (IRZ) 

dem Gefahrenpunkt nächstgelegenes Gebiet, 

wo punktuelle und effektive Reaktion am 

wichtigsten ist. 

Protective Action Zone (PAZ), 

etwas entfernteres Gebiet, das aber immer 

noch potentiell gefährdet ist, abhängig von 

der Art des Unfalls und den Wetterbedingungen 

Precautionary Zone (PZ), 


die äußerste Begrenzung, hinter der keine negativen Auswirkungen 

als Ergebnis des Unglücks zu erwarten sind, und wo deshalb auch 

keine signifikante Katastrophenplanung erforderlich ist. 



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- 15 - 

Zu Lösende Aufgaben bei Evakuierungen 

� Standortplanung und Zuordnung von Notfalleinrichtungen 

(Sundstrom, Blood, and Matheny [1995] and Matheny, Keith, Sundstrom, and Blood [1997]) 

� Verteilung der zu Evakuierenden 

(Choi, Francis, Hamacher, and Tufekci [1988], 

Owen, Galea, and Lawrence [1996], and Hamacher and Tjandra [2002]) 


(Sime [1994], Sandberg [1997], Helbing, Farkas, Molnár, and Vicsek [2002]) 

� Vorbereitung auf den Notfall - Design 

(Tanaka, Hagiwara, and Mimura [1996], Withington [2002]) 

� Gefahrenverbreitung und Analyse 

(Jones [1992], Klote [1995], Ebihara, Notake, Yashiro [1996]) 



http://www.directionalsoundevacuation.com/ 

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- 16 - 






Inhalt 

• Evakuierungsübung in der Universität Kaiserslautern 

• Individuelle Verhaltensmuster 

• Phänomene in Paniksituationen 

• Menschliches Verhalten im Feuer 

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- 17 - 

Evakuierungsübung in der Universität Kaiserslautern 



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- 18 - 

Individuelle Verhaltensmuster 

Reaktion auf Alarm 

Wahl des Evakuierungsweges 

Bewegungen 

Sicherheit 

Bereich ? 



ja 

Ende 

nein 

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- 19 - 

Typische Eigenschaften: 

Phänomene in Paniksituationen 

� Menschen bewegen sich schneller als normal und tendieren zu 

blindem Aktionismus 

� An den Ausgängen bildet sich Gedränge. Manchmal 

können Überlagerungen und Verstopfungen beobachtet 

werden. (Helbing, Farkas, Molnár, and Vicsek [2002]) 

http://angel.elte.hu/∼panic 



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- 20 - 


� Gefahr durch Gedränge akkumuliert sich und kann zu 

gefährliche Engpässen führen. 

� Die Flucht wird gebremst durch hingefallene und 

verletzte Menschen, die zu Hindernissen werden. 

( Unglück im Hillsborough Fußballstadion, 15. April 1989 

96 Liverpool Fans tot, 700 Verletzte) 

(Helbing, Farkas, Molnár, and Vicsek [2002]) 




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- 21 - 


Asymmetrisch plazierte Säulen an den Ausgängen können 

Verstopfungen reduzieren und verhindern die Bildung von 

fatalen Engpässen. 



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- 22 - 

Arbeitsgruppe Helbing, Dresden: 

Internet Link für Simulation 




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- 23 - 

� Menschen tendieren zu Herdenverhalten 


� Alternative Ausgänge werden oft übersehen oder nicht 

effizient genutzt. 

Fluchtwege während des Feuers im Woolworth Markt, Manchester, 1979 (Sime J.D. [1989]) 

Fluchtweg Treppe A Treppe B Rolltreppe Fenster Dach 

Besucher 71 0 22 7 0 

Angestellte 27 41 5 14 13 



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- 24 - 

Menschliches Verhalten im Feuer 

( Building Research Establishment (BRE) digest 388, Nov. 1993; Galea [2002]) 

� Menschen ziehen vertraute Wege bei der Flucht vor, 

d.h. die Vertrautheit mit den Fluchtwegen ist bei der 

Richtungswahl mindestens genauso wichtig wie die 

Weglänge. 

� Menschen tendieren dazu, in Gruppen und nicht individuell 

zu agieren. 

� Leitung durch Angestellte beeinflußt die Bewegung 

� Menschen tendieren dazu, den Alarm zu mißachten 

� Wenn frühe Hinweise auf Feuer zweifelhaft sind, versuchen 

Menschen mehr Informationen zu sammeln, um ihre Aktionen 

zu planen. 



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- 25 - 






Inhalt 

• Mikroskopische Verfahren 

• Makroskopische Verfahren 

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- 26 - 

Mikroskopische Verfahren 

= 

Modell des Evakuierungsverhaltens 

Vorraussetzungen (vgl. z.B. Sime J.D. [1994], Hamacher and Tjandra [2002]): 

� Personen bewegen sich oft mit Gruppen oder Familienmitgliedern 

und versuchen Personen, zu denen sie 

emotionale Bindungen haben, so nah wie möglich zu sein. 

� Die Möglichkeit von Personen sich zu den Ausgängen zu begeben 

kann beträchtlich variieren (z.B. junge Menschen, ältere Menschen 

oder behinderte Menschen). 

� Die pre-movement Zeit ist genau so wichtig, wie die Zeit die es 

benötigt um den Ausgang tatsächlich zu erreichen. 



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- 27 - 

basierend auf Simulation: 

Mikroskopische Verfahren - Überblick 

Doheny und Fraser (1996): 

EGRESS - Simulation von Evakuierungen an Küsten 

Owen, Galea, und Lawrence (1996): 

buildingExodus, airExodus, maritimeExodus 

Klüpfel, König, Wahle, und Schreckenberg (2000): 

Simulation von Evakuierungsprozessen auf Passagierschiffen 

Helbing, Farkas, und Vicsek (2000): 

Simulation von Fluchtpanik 

Hamacher und Tjandra (2000): 

Simulation von Gebäudeevakuierung (SIMPLE++) 



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- 28 - 

Simulation von Gebäudeevakuierung 



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- 29 - 

Simulation von Gebäudeevakuierung 



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- 30 - 

Gemeinsame Komponenten der Evakuierungssimulation 

Simulation Model 

Physik. Objekte Ablauf Manager Output Manager 

Knoten 

Attribute 

• Kapazität 

• W-Verteilung von 

Hindernissen 

• Ausgänge, Türen 

Räume oder 

Kreuzungen 

Kanten 

Attribute 

• Länge, Breite 

• Treppenhaus : auf 

oder ab, Steigung 

der Treppen 

• Hinweisschilder 

• W-Verteilung von 

Hindernissen 

Blockierungs 

Arten 

Evakuierten 

Attribute 

• Männer, Frauen, 

Kinder, Behinderte 

• Geschwindigkeit 

• Reaktionszeit 

• Vertrautheit 

• Panik Level 

• Feuer (Energie, Ausbreitungsgeschwindigkeit) 

• Rauch (Dichte, Ausbreitungsgeschwindigkeit) 

• Sichtverhältnis 



• Evakuierungszeit 

• Räumungszeit der Etagen 

• Evakuierte pro Ausgang 

• Evakuierte pro Kante 

• Aufzeichnung der Routen, 

die benutzt wurden 

• Die Geschwindigkeit der Evakuierenden 

ist Abhängig vom Panik Level 

• Zufällige Auswahl 

• Vorherbestimmender kürzester Weg 

(auf der Kanten-Länge basierend) 

• Herdenverhalten 

• Vermeidung von Kreisen 

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- 31 - 

Makroskopisches Verfahren 

Voraussetzungen (vgl. z.B. Sime J.D. [1994], Hamacher und Tjandra [2002] ): 

� Personen beginnen zu flüchten, sobald sie den Alarm hören 

� Die Zeit, die benötigt wird, um einen Bereich zu evakuieren, 

ist primär von der Fluchtzeit abhängig 

� Personen tendieren dazu, sich zum nächstgelegenen Ausgang 

zu begeben 

� Personen bewegen sich unabhängig voneinander 

� Alle anwesenden Personen verfügen über die gleichen 

physischen Voraussetzungen, einen Ausgang zu erreichen 



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- 32 - 

↑Ausgang 

Ausgang 

Ausgang 

Darstellung eines Gebäudes als Netzwerk 

Ausgang 

Ausgang 

Ausgang 

Knoten 

Kante 

(capacity, travel time) 



(10,0) 

8 

0 

0 

(12,1) 

7 

(10,0) 

(12,1) 

(17,1) 

(9,2) 

(9,2) 

13 

14 

15 

(3,2) 

(9,2) 

(9,2) 

(9,0) 

22 

(3,5) 

(120,0) 

107 

(3,3) 

107 40 

0 

2 

(40,0) 

(16,2) 

5 

(12,5) 

(45,0) 

(16,0) 

(13,3) 

107 (4,1) 

25 

6 

1 

(8,1) 

(16,2) 

3 

(7,0) 

(5,3) 

(18,2) 

(3,1) 

107 

0 

(4,4) 

4 

20 

(9,2) 

(20,0) 

(3,3) 

107 

(3,2) 

(9,2) 

21 

16 

17 

(9,2) 

18 

19 

(12,1) 

(9,2) 

(9,0) 

(17,1) 

(9,2) 

(9,2) 

24 

(12,1) 

23 

(9,0) 

(12,1) 

9 

0 

(10,0) 

(10,0) 

(10,0) 

10 

(10,0) 

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0 

12 

11

- 33 - 

Gebäude: 

1 

Personen in jedem Raum: 

1 2 3 4 

5 3 2 - q i 

2 

3 

4 

Architektur ⇔ Statisches Netzwerk 

⇔ 

Kapazität und Reisezeit: 

1,2 2,3 2,4 3,4 

10 5 1 7 u ij 

3 2 1 1 λ ij 



5 

Statisches Netzwerk : 

1 

10, 3 

3 

2 

3 

2 

5, 2 

1, 1 

7, 1 

4 

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- 34 - 

Bewegungen der Evakuierten = Dynamischer Fluss 

O 

Zeit t= 0 1 2 3 4 T=5 

5 

2 

3 

� 

� 

� 

7 

10 

5 

1 

� 

� 

� 

� 

10 

5 5 

� 

� 

� 



� 

� 

� 

� 

� 

� � 

1 1 1 1 

7 7 7 7 

Personen in jedem Raum: 

1 2 3 4 

5 3 2 - q i 

Fluss x(t) im zeiterweiterten Netzwerk 

= Dynamischer Fluss im statischen Netzwerk 

Wie viele Personen können bis zu einer 

gegebenen Zeit T evakuiert werden ? 

= 

Wie viel Dynamischer Fluss kann in T 

Periodendurch das Netzwerk fließen ? 

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- 35 - 

Dynamische Netzwerke und Evakuierung 

Problem des am frühsten ankommenden Flusses (EAFP) 

(Hoppe und Tardos [1994], Hamacher und Tjandra [2003a]) 

• unzuverlässige Informationen über die Personen, 

• x(t) Flussverteilung der Evakuierten zum Zeitpunkt t, 

• Ziel evakuiere für jeden Zeitpunkt T'≤ T so viele 

Personen wie möglich 

Problem des schnellsten Flusses (Quickest Flow Problem) 

(Burkard, Dlaska, und Klinz [1993], Hamacher und Tjandra [2003a]) 

• Personenanzahl zu Beginn q s (0) > 0 ist bekannt, 

• x(t) Flussverteilung der Evakuierten zum Zeitpunkt t, 

• Ziel bestimme minimale Evakuierungszeit 

Kürzester Weg (Shortest Path Problem) 

(Kostreva und Wiecek [1994], Hamacher und Tjandra [2003b]) 

• bestimme Evakuierungsroute 



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- 36 - 

Ziel: 

Problem des am frühsten ankommenden Flusses 

T ' 

Max V Σ T'≤ T (x):= Σ Σ Σ x id (t'), ∀T '≤ T 

t=0 (i,d)∈A {t' : t' +λ id (t' )= t} 

Flusserhaltungsgleichung: 

Σ Σ x ji (t' ) - Σ x ij (t) = x ii (t) - x ii (t-1), i ∈ N-{s,d}, t ≤ T 

(j,i) ∈A {t' : t' +λ ji (t' )= t} (i,j) ∈A 

Bedingung für die Kapazität der Kanten (bewegter Fluss) : 

0 ≤ x ij (t) ≤ u ij (t), (i,j) ∈A, t ≤ T 

Bedingung für die Kapazität der Knoten (stationärer Fluss) : 

0 ≤ x ii (t) ≤ a i (t), i∈N-{s,d}, t ≤ T 



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- 37 - 

Ziel: 

Problem des schnellsten Flusses 

Min T 

Flusserhaltungsgleichung: 

qs(t) > 0 , i=s, t=0 

� Σ Σ xji (t' ) - Σ xij (t) = xii (t)-xii (t-1)-{ 

(j,i) ∈A {t' : t' +λji (t' )= t} (i,j) ∈A 0 , sonst 

T 

� Σ Σ xid (t) = qs(0) t=0 (i, d) ∈A 

t+λid (t ) ≤ T 

Bedingung für die Kapazität der Kanten (bewegter Fluss) : 

0 ≤ x ij (t) ≤ u ij (t), (i,j) ∈A, t ≤ T 

Bedingung für die Kapazität der Knoten (stationärer Fluss) : 

0 ≤ x ii (t) ≤ a i (t), i∈N-{d}, t ≤ T 



, i ∈ N-{d}, t ≤ T 

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- 38 - 

Simulation und Optimierung 

Simulation 

Bessere Lösung 

Optimierung 

Benutze 

zeitabhängigen dynamischen 

kürzesten Weg mit mehreren 

Zielfunktionen 



Hybrides Verfahren 

Cellular automata: 

Simulieren des Bewegungsverhaltens 

• Nagel und Schreckenberg [1992] 

• Klüpfel, König, Wahle, und Schreckenberg [2000] 

Dynamischer Netwerkfluss: 

Definiere die Entscheidungsvariablen 

Im Zusammenhang mit der Evakuierung: 

• Fluchtmöglichkeit von einer Position zur Zeit t 

Definiert durch den Abstand zum Ausgang 

• Feuerintensität zum Zeitpunkt t 

Entfernung zur Flammenherd 

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- 39 - 

ENDE 

Auf Wiedersehen 



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