人員疏散中個體和群體行為的實驗和計算機模擬研究.pdf

1、當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或踩踏事故時，人員疏散困難問題往往成為威脅人們生命安全的重要因素，進(jìn)行緊急情況下人員行為和人員疏散規(guī)律的研究對保障社會公共安全水平意義重大。但由于災(zāi)難性事故的危險性和不可重復(fù)性，人們能夠獲取到的真實事故資料非常有限，因此各國的研究者較多地是通過小規(guī)模的疏散演習(xí)或?qū)嶒瀬慝@得人員疏散過程的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，然后利用計算機技術(shù)對人員行為和疏散過程進(jìn)行模擬研究。
　　 本文首先開展了一組在布滿桌椅的教室內(nèi)進(jìn)行的在報警聲音指導(dǎo)下的人員疏

2、散實驗。實驗中我們通過讓被試者戴上不透明的眼罩來模仿火災(zāi)等事故中由于煙氣或斷電而造成的人員視野受限的情況，并與不戴眼罩的情況進(jìn)行了對比。通過對出口流量，個體疏散時間，人員行走路線等的統(tǒng)計和分析，我們從報警聲音、人員視野和出口寬度三個角度闡述了這三個因素對疏散過程和人員行為的影響。
　　 通過觀察實驗錄像，我們還發(fā)現(xiàn)了疏散中的“速度變化”、“性別差異”、“依附行為”以及“潛意識環(huán)境認(rèn)識及其衰退”等特殊現(xiàn)象。在這些實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，

3、我們用元胞自動機模型進(jìn)行了一系列模擬研究。
　　 通過分析實驗中人員對出口的選擇和觀察錄像，我們發(fā)現(xiàn)除了與出口之間的距離外，出口處的人流密度也是影響人員出口選擇的因素之一。人們往往更加傾向于選擇人少的出口，盡管這些出口距離自己更遠(yuǎn)些。因此，我們在一個元胞自動機模型中引入了出口區(qū)域人流密度因子來模擬人員對出口區(qū)域內(nèi)人流密度的認(rèn)識和判斷行為。模擬結(jié)果和實驗結(jié)果的對比研究表明，對人員的出口選擇行為來講，除了距離出口的遠(yuǎn)近以外，出口處人

4、流密度也是不可忽視的。在模型中引入出口處人流密度因子可以使模擬結(jié)果與真實情況更接近。
　　 實驗中我們還觀察到了人員對環(huán)境信息的潛意識認(rèn)識行為，即人員對環(huán)境比較熟悉時會在大腦中產(chǎn)生對環(huán)境的潛意識認(rèn)識，即使失去了視覺也能夠依靠潛意識的指導(dǎo)合理地進(jìn)行疏散，但這種潛意識認(rèn)識會隨時間的推移而逐漸消退。我們根據(jù)這一實驗結(jié)果，在對比分析“地場”元胞自動機模型幾種不同基本模擬規(guī)則的基礎(chǔ)上提出了考慮人員視野受限情況下對環(huán)境的潛意識認(rèn)識行為及其消

5、退的模擬模型，并對實驗進(jìn)行了模擬研究，結(jié)果表明聲音信息在人員視野受限時比不受限時發(fā)揮了更大的作用，但卻不是決定性的作用，因為人員的潛意識環(huán)境認(rèn)識行為使得在視野受限時環(huán)境信息并沒有完全被忽略。模擬結(jié)果與實驗結(jié)果比較符合。
　　 最后，我們探討了人員疏散中的男女性別差異和人員之間的信息傳遞行為。
　　 通過觀察實驗錄像和分析實驗中不同性別的人的疏散時間、速度以及行為特征，我們發(fā)現(xiàn)男性比女性平均速度要高出0.2~0.3m/s，

6、并且同一實驗條件下，同一位置的不同性別學(xué)生所需的疏散時間是不同的，總體上女性所需的時間比男性長。
　　 然后，我們在元胞自動機模型的基礎(chǔ)上建立了考慮男女性別差異的計算機模擬模型，研究了人員疏散過程中的性別差異及其對疏散結(jié)果的影響。另外，本文還結(jié)合實驗中觀察到的人與人之間的信息傳遞現(xiàn)象，采用“多層信息地圖”的元胞自動機模擬方法實現(xiàn)了對出口堵塞和存在隱蔽出口等特殊疏散場景下人員之間信息傳遞現(xiàn)象的模擬。結(jié)果表明這種多層信息地圖模擬可以