疏散瓶頸的群體動力學實驗與仿真研究.pdf

1、踩踏事件是公共聚集場所的主要事故災害類型之一，瓶頸場景由于空間結(jié)構(gòu)的強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。論文基于實驗和仿真的方法圍繞疏散瓶頸的群體動力學展開研究，針對人群運動過程中的多方面影響因素進行了聯(lián)合探討，解釋了疏散中群體現(xiàn)象的內(nèi)部機理，為瓶頸場景的優(yōu)化設計提供了參考依據(jù)。論文的主要工作如下:
　　(1)提出群體動力學的恒穩(wěn)態(tài)檢測方法。基于統(tǒng)計物理學中的CUSUM(Cumulative Sum Control

2、 Chart)算法，根據(jù)疏散瓶頸的群體動力學特性進行了合理改進，通過自回歸過程對檢測參數(shù)臨界值進行了校準，并全面驗證了改進算法的穩(wěn)定性，為后續(xù)研究打下了基礎。
　　(2)開展基本瓶頸場景的群體動力學實驗研究。介紹了四組基本瓶頸場景的群體動力學實驗，闡述了實驗數(shù)據(jù)的采集、提取及分析過程，針對實驗中的群體動力學特性參數(shù)進行了全面研究。整合四組實驗的數(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實驗數(shù)據(jù)，將其進行對比并提取

3、具有普遍性的結(jié)論。主要結(jié)論包括:寬瓶頸實驗與窄瓶頸實驗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;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系斜率先增加后減小最后保持不變。
　　(3)開展基于實驗的群體動力學仿真驗證研究。使用人群疏散軟件FDS+Evac針對基本

4、瓶頸場景的人群運動過程進行了仿真，基于群體動力學實驗數(shù)據(jù)對仿真結(jié)果進行了驗證，將多重群體動力學特性參數(shù)相結(jié)合開展了全面的混合仿真驗證研究，大幅提升了驗證結(jié)果的可靠度。
　　(4)開展復雜瓶頸場景的路徑選擇研究。介紹了三組復雜瓶頸場景的群體動力學路徑選擇實驗，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，闡明了復雜瓶頸場景中路徑選擇過程的內(nèi)在機理。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)劃行為共同權衡，前者起主導作用，后者起輔助作用;初始選擇行為的預判性基于出口寬度、出口距離和出口附近人群密度進行;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)開展復雜瓶頸場景的布局優(yōu)化研究。以元胞自動機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雜瓶頸場景進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的恒穩(wěn)態(tài)檢測方法，使得相關研究具有規(guī)范性。(2)開展寬瓶頸場景的群體動力學實驗研究，將瓶頸寬度的研究范圍擴展至5.0m，彌補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特性參數(shù)相結(jié)合的全面混合仿真驗證方法，大幅提升了驗證結(jié)果的可靠度。
　　基于疏散瓶頸的群體動力學研究是預防踩踏事件的重點工作。論文為瓶頸場景的優(yōu)化設計提供了科學合理的參考依據(jù)，