疏散瓶頸的群體動力學(xué)實(shí)驗(yàn)與仿真研究.pdf

1、踩踏事件是公共聚集場所的主要事故災(zāi)害類型之一，瓶頸場景由于空間結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈收縮和人流容量的巨大反差成為踩踏事件的高發(fā)地點(diǎn)。論文基于實(shí)驗(yàn)和仿真的方法圍繞疏散瓶頸的群體動力學(xué)展開研究，針對人群運(yùn)動過程中的多方面影響因素進(jìn)行了聯(lián)合探討，解釋了疏散中群體現(xiàn)象的內(nèi)部機(jī)理，為瓶頸場景的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。論文的主要工作如下:
　　(1)提出群體動力學(xué)的恒穩(wěn)態(tài)檢測方法。基于統(tǒng)計(jì)物理學(xué)中的CUSUM(Cumulative Sum Control

2、 Chart)算法，根據(jù)疏散瓶頸的群體動力學(xué)特性進(jìn)行了合理改進(jìn)，通過自回歸過程對檢測參數(shù)臨界值進(jìn)行了校準(zhǔn)，并全面驗(yàn)證了改進(jìn)算法的穩(wěn)定性，為后續(xù)研究打下了基礎(chǔ)。
　　(2)開展基本瓶頸場景的群體動力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。介紹了四組基本瓶頸場景的群體動力學(xué)實(shí)驗(yàn)，闡述了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、提取及分析過程，針對實(shí)驗(yàn)中的群體動力學(xué)特性參數(shù)進(jìn)行了全面研究。整合四組實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果，同時匯總目前所能采集到的所有基本瓶頸場景群體動力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將其進(jìn)行對比并提取

3、具有普遍性的結(jié)論。主要結(jié)論包括:寬瓶頸實(shí)驗(yàn)與窄瓶頸實(shí)驗(yàn)中的行人流量遵循統(tǒng)一的變化規(guī)則;行人數(shù)量與瓶頸寬度之比大于115人/米時全態(tài)行人流量與恒穩(wěn)態(tài)行人流量間的差異可忽略不計(jì);全態(tài)行人流量和恒穩(wěn)態(tài)行人流量均與瓶頸寬度呈線性增長關(guān)系，其斜率在若干影響因素的共同作用下數(shù)值各異;瓶頸前側(cè)區(qū)域?qū)挾扰c瓶頸寬度之比使得線性關(guān)系斜率先增加后減小最后保持不變。
　　(3)開展基于實(shí)驗(yàn)的群體動力學(xué)仿真驗(yàn)證研究。使用人群疏散軟件FDS+Evac針對基本

4、瓶頸場景的人群運(yùn)動過程進(jìn)行了仿真，基于群體動力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，將多重群體動力學(xué)特性參數(shù)相結(jié)合開展了全面的混合仿真驗(yàn)證研究，大幅提升了驗(yàn)證結(jié)果的可靠度。
　　(4)開展復(fù)雜瓶頸場景的路徑選擇研究。介紹了三組復(fù)雜瓶頸場景的群體動力學(xué)路徑選擇實(shí)驗(yàn)，研究了出口寬度、出口距離和出口附近人群密度對初始選擇行為以及路徑再規(guī)劃行為的影響，闡明了復(fù)雜瓶頸場景中路徑選擇過程的內(nèi)在機(jī)理。主要結(jié)論包括:路徑選擇中的出口使用率由初始選擇行為

5、和路徑再規(guī)劃行為共同權(quán)衡，前者起主導(dǎo)作用，后者起輔助作用;初始選擇行為的預(yù)判性基于出口寬度、出口距離和出口附近人群密度進(jìn)行;路徑再規(guī)劃行為具有普遍性和小概率性，其發(fā)生時間概率的分布近似于正態(tài)分布。
　　(5)開展復(fù)雜瓶頸場景的布局優(yōu)化研究。以元胞自動機(jī)模型為底層模型建立了路徑選擇模型，針對三個出口排列方式不同的復(fù)雜瓶頸場景進(jìn)行了人群疏散過程的仿真，研究了出口距離和出口附近人群密度對路徑選擇的影響，提出了復(fù)雜瓶頸場景中出口排列方式的

6、最優(yōu)方案。
　　論文的創(chuàng)新之處在于:(1)首次提出專門針對群體動力學(xué)的恒穩(wěn)態(tài)檢測方法，使得相關(guān)研究具有規(guī)范性。(2)開展寬瓶頸場景的群體動力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，將瓶頸寬度的研究范圍擴(kuò)展至5.0m，彌補(bǔ)了研究成果中寬瓶頸場景的數(shù)據(jù)缺失。(3)提出將多重群體動力學(xué)特性參數(shù)相結(jié)合的全面混合仿真驗(yàn)證方法，大幅提升了驗(yàn)證結(jié)果的可靠度。
　　基于疏散瓶頸的群體動力學(xué)研究是預(yù)防踩踏事件的重點(diǎn)工作。論文為瓶頸場景的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了科學(xué)合理的參考依據(jù)，