行人相向流和進(jìn)入流的實(shí)驗(yàn)與模型研究.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，城市中涌現(xiàn)出了越來越多的大型公共建筑，建筑結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，如大型廣場(chǎng)、購物中心、地鐵、火車站和飛機(jī)場(chǎng)等，大量人群聚集的機(jī)會(huì)也相應(yīng)增多，從日常的外出購物，到大型體育盛會(huì)和音樂節(jié)，再到大型的宗教儀式等，時(shí)常發(fā)生擁擠堵塞的現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，容易出現(xiàn)擁擠踩踏事件，造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。其中，相向行人流經(jīng)常出現(xiàn)在我們的日常生活中，如人行橫道、超市和地鐵通道等行人交通設(shè)施內(nèi)。關(guān)于相向行人流的研究可以

2、為行人交通設(shè)施的設(shè)計(jì)和改造提供科學(xué)的建議，包括如何提高設(shè)施的通行能力，避免出現(xiàn)人群的過度擁擠。與疏散這種行人流相對(duì)應(yīng)的是行人進(jìn)入流，即行人進(jìn)入電梯、地鐵和公交車等設(shè)施內(nèi)部的現(xiàn)象，這種行人進(jìn)入設(shè)施內(nèi)部的過程也是非常普遍。當(dāng)行人密度過高，進(jìn)入和分布不規(guī)則時(shí)，尤其是同時(shí)存在行人進(jìn)入和出去的相向行人流時(shí)，容易引起擁擠踩踏，需要引起重視。因此，研究行人相向流和進(jìn)入流具有極其重要的社會(huì)意義。
　　為了探討行人相向流和進(jìn)入流的運(yùn)動(dòng)和分布規(guī)律，本

3、文開展了行人流實(shí)驗(yàn)和模型研究。首先開展了通道內(nèi)相向行人流的實(shí)驗(yàn)研究，研究了不同瓶頸寬度和行人流方向比例對(duì)行人運(yùn)動(dòng)的影響。實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了明顯的行人分層現(xiàn)象，分析發(fā)現(xiàn)行人流分層現(xiàn)象是一種自組織行為，與瓶頸內(nèi)的初始行人分布有關(guān)，行人具有明顯的跟隨同向行人并避開反向行人的傾向。研究發(fā)現(xiàn)，瓶頸寬度會(huì)對(duì)分層數(shù)目產(chǎn)生影響，但行人流方向比例對(duì)行人分層影響不明顯。實(shí)驗(yàn)獲得了高密度下的速度-密度關(guān)系，豐富了行人流的基本數(shù)據(jù)庫。瓶頸寬度對(duì)行人流密度分布范圍影響

4、較大，發(fā)現(xiàn)并不是瓶頸寬度越窄，行人越擁擠，一個(gè)較大的瓶頸寬度可能造成更高的密度分布，這與瓶頸寬度對(duì)行人分層數(shù)目產(chǎn)生的影響有關(guān)，在一個(gè)較大的瓶頸寬度下產(chǎn)生了更多的行人分層，導(dǎo)致行人更加擁擠，密度更大，這為行人交通設(shè)施的設(shè)計(jì)提供了參考，并不是道路越寬，通行效率就會(huì)越高，合理的設(shè)計(jì)不僅會(huì)降低行人擁擠還可節(jié)約資源。
　　本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)的行人運(yùn)動(dòng)特性以及前人研究成果建立了相向行人流模型，該模型考慮了行人的感知區(qū)域、碰撞規(guī)避、跟隨、位置互換

5、等常見相向行人流特性。首先利用經(jīng)典的行人基本圖對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，然后利用建立的相向流模型研究了通道內(nèi)不同布局的障礙物對(duì)相向行人流的疏散影響。通過模擬發(fā)現(xiàn)不同布局的行人交通設(shè)施具有不同的通行能力，一些不合理的設(shè)計(jì)極易導(dǎo)致行人的擁堵，影響行人的正常行走，而合理的設(shè)計(jì)反而能提高通行能力，減少擁擠程度。
　　行人進(jìn)入流，是和常見的疏散過程相對(duì)應(yīng)的一種行人流過程。它描述的是行人從室外空間運(yùn)動(dòng)到有限空間內(nèi)，并在空間內(nèi)分布和穩(wěn)定的過程，如行人進(jìn)

6、入電梯、公交車的過程。為了研究行人進(jìn)入流過程的特點(diǎn)，我們分別開展了正方形房間和存在單獨(dú)出入口的房間的行人進(jìn)入流實(shí)驗(yàn)。在正方形房間實(shí)驗(yàn)中，研究首先獲得了行人進(jìn)入流的一般性規(guī)律，包括行人進(jìn)入流的過程、時(shí)間、速度和空間分布等特征。通過分析穩(wěn)定狀態(tài)下房間內(nèi)行人的空間分布發(fā)現(xiàn)行人會(huì)盡量避免選擇正對(duì)入口的區(qū)域，從而使得入口前存在一片空白區(qū)域，在人數(shù)不是過大的情況下，行人在房間內(nèi)的分布并不是均勻分布或隨機(jī)分布的，而是有著明顯靠近邊界分布的特征。隨后，

7、研究了一些特殊規(guī)則下行人的進(jìn)入流過程的特征。在進(jìn)入房間的過程中選擇適當(dāng)?shù)呐抨?duì)規(guī)則，比如隨入口寬度選擇合適的排隊(duì)數(shù)目，可以保證行人進(jìn)入流過程的安全有序，而且還可以保持較高的通行能力。針對(duì)行人在進(jìn)入時(shí)可能會(huì)同時(shí)考慮出去過程的情況，和正常情況下的行人進(jìn)入流過程進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)行人偏向邊界分布的趨勢(shì)不明顯，而是向出入口處擁擠。在視野受限情況下，行人的進(jìn)入流過程也會(huì)受到很大影響，行人的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)明顯降低，入口處的行人通行效率也有著明顯降低，而且行

8、人在房間內(nèi)的分布更加隨機(jī)。在行人進(jìn)入流過程中設(shè)置了三種不同的障礙物布局，發(fā)現(xiàn)正對(duì)入口設(shè)置障礙物會(huì)在一定程度上降低行人進(jìn)入的通行效率，尤其應(yīng)避免在入口中間設(shè)置障礙物。通過設(shè)置三種不同進(jìn)出規(guī)則的行人相向流實(shí)驗(yàn)，分析了進(jìn)出規(guī)則對(duì)行人進(jìn)入流以及出去過程的影響。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，“同時(shí)進(jìn)出”規(guī)則對(duì)行人進(jìn)入流和出去流過程都有明顯的影響，使得相向行人流存在一定的沖突競(jìng)爭(zhēng)，行人不能保持通行的連續(xù)性，降低了行人進(jìn)入流效率。而在“先出后進(jìn)”規(guī)則使得相向流存在時(shí)間分

9、隔，避免了出入口處通行效率的降低。
　　在存在單獨(dú)出入口的房間的行人進(jìn)入流實(shí)驗(yàn)中，研究發(fā)現(xiàn)，行人進(jìn)入房間以后的分布也是不均勻的，行人會(huì)在房間的中間位置聚集分布。行人在分布的過程中受到入口和出口位置的影響，同時(shí)會(huì)受到行人之間的空間關(guān)系的影響，即行人會(huì)傾向于選擇靠近出口，又會(huì)和周圍行人保持一定的距離。在日常生活中可能存在一些惰性行人，他們?cè)谶M(jìn)入行人交通設(shè)施后由于惰性等因素選擇隨意停靠。研究發(fā)現(xiàn)，惰性行人的存在會(huì)對(duì)行人進(jìn)入和出去以及分布