考慮人員行為特征的行人與疏散動力學研究.pdf

1、人員疏散是公共安全領(lǐng)域的一個重要研究方向，是緊急情況下保證人員生命安全最重要的措施之一。行人與疏散動力學研究有利于高效、安全以及舒適的行人交通設(shè)施設(shè)計（如在地鐵站、體育場館、機場等）和大規(guī)模人群管理。隨著近年來突發(fā)事件的不斷增加，行人與疏散動力學研究吸引了許多學者的關(guān)注，人們已經(jīng)利用大量的模型和實驗來探究人群行為以及疏散動力學規(guī)律。事實上，人員運動行為與其心理行為緊密相關(guān)，行人的決策往往會受到其周圍環(huán)境的影響，而這些方面在目前的研究中并

2、沒有得到很好地分析，尤其在基于元胞自動機的運動模型中。
　　本文首先通過建模方式研究了行人心理行為對其運動的影響。由于在一些緊急情況下，人員的行為決策會受到情緒的影響，人群情緒感染可能引起統(tǒng)一的適應性或非適應性行為，因此，本文試圖把傳染病動力學SIR（易感染者—感染者—恢復者）倉室模型改進成元胞自動機模型用于模擬人群中的情緒感染過程（易感染者—感染者—恢復者—易感染者），并結(jié)合簡單行人運動過程。建立的模型命名為“CA-SIRS模型

3、”。模擬結(jié)果表明，情緒傳播過程會出現(xiàn)多個感染周期，并最終趨于動態(tài)穩(wěn)定;在給定系統(tǒng)中，初始感染者比例對系統(tǒng)最終動態(tài)穩(wěn)定時的感染者比例影響不大;感染頻率隨著人群平均密度的增加而增大;個體運動會促進情緒傳播并增加最終動態(tài)穩(wěn)定時的感染者比例;降低感染周期以及再次被感染的概率會顯著減少感染者人數(shù)。根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，本文進一步將人群情緒感染過程與多格子模型結(jié)合用于研究相向行人流動力學，并與恐慌引起的人群踩踏事故案例進行對比分析。從有無涉及情緒傳播過程時

4、的人群平均速度隨時間的變化情況中，我們可以發(fā)現(xiàn)，雖然情緒感染會增加人員的期望速度，但是容易引起系統(tǒng)擁堵狀態(tài)，這是因為雙向行人之間的沖突增加。根據(jù)速度—密度關(guān)系，本文利用人群密度和雙向行人分別所占的比例討論了系統(tǒng)的三種人員運動狀態(tài)，即分層相、過渡相和堵塞相，這為安全組織群體活動提供了實際參考。為了深入了解關(guān)于擁擠踩踏引起的人群災難事故，例如2010年柬埔寨踩踏事故，我們分析了系統(tǒng)中的人員受力分布以及最大承受力的累積分布，這些結(jié)果為人們從受

5、力角度估計人員傷亡數(shù)量提供了一定的指導。
　　接著，本文采用實驗與建模的方法研究了建筑中人員周圍環(huán)境（如疏散指示、周圍的其他人員或者障礙物）對其疏散過程的影響。實驗在建筑物內(nèi)開展，涉及兩個場景下的個體和群體運動情況，總共有119人參與了4種運動條件下的9組實驗。實驗過程采用固定攝像機和小型頭戴式運動攝像儀記錄。根據(jù)每組實驗后的問卷調(diào)查以及視頻分析，我們討論了人員出口選擇情況、尋路行為、疏散指示的影響以及決策時間。結(jié)果表明，大部分人

6、雖然對建筑布局不熟悉，但是仍然選擇最近出口;人員運動過程中，跟隨現(xiàn)象嚴重;在場景1中，個體情況下的平均疏散指示察覺概率和平均人員接受疏散指示概率均大于群體條件下的;不同條件下，很少人注意處于低處的疏散指示。另外，本文也對比了在不同決策點處對建筑布局熟悉者和不熟悉者之間的平均決策時間差異。根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)，本文提出了基于模糊理論的元胞自動機疏散模型，建立了能夠描述人們從周圍環(huán)境獲取的不確定、主觀信息的模糊推理系統(tǒng)。模糊推理系統(tǒng)類似人員推理過程

7、，其輸入變量是人員的感知信息以及不同的個體特征，輸出變量為人員選擇某個運動方向的可能性大小。模型模擬了兩個場景下（即內(nèi)部有無障礙物單出口房間）的人員疏散過程，再現(xiàn)了真實疏散場景中的一些典型現(xiàn)象，例如出口處人群弓形分布、擁堵、“快即是慢效應”等，與其他模型和實驗得出的結(jié)果一致。該模型豐富和改善了傳統(tǒng)基于元胞自動機的疏散模型的運動規(guī)則。
　　基于模糊推理技術(shù)，本文進一步研究了信息傳遞作用下的人群疏散動力學。我們設(shè)計了用于描述人員屬性以

8、及信息接收量的隸屬度函數(shù)和推理規(guī)則庫，建立了模糊推理系統(tǒng)以確定人員的行為決策，即運動速度大小和方向。模擬場景為四方向行人流，模擬結(jié)果顯示信息傳遞作用并非在所有情況下都能使人員疏散順利完成，而是與系統(tǒng)中的行人決策有關(guān)，尤其在高密度條件下。低密度下增加行人的自驅(qū)動作用大小，或者高密度下增加選擇第三種運動方式（即期望運動方向朝距離危險源最遠的格點）的行人比例有利于人員疏散。與前人研究相比，本文的工作更深入認識了人群中危險信息傳遞對人員疏散動力