若干情境下行人走行及疏散行為的實(shí)驗(yàn)和仿真研究.pdf

1、步行是一種最基本、最原始的出行方式，是人們各種出行活動不可分割的一部分。不同于機(jī)動車輛的運(yùn)動受限于固定的道路環(huán)境以及特定的交通規(guī)則，行人的運(yùn)動分布于整個(gè)城市內(nèi)的地面空間以及建筑物內(nèi)的活動空間，沒有特定的規(guī)則約束，因此其運(yùn)動行為具有很大的靈活性、隨機(jī)性。而且行人的走行行為每天都在不斷地重復(fù)和演化，變得非常復(fù)雜，因此無法利用簡單的刺激-反應(yīng)模式去預(yù)測行人在各種情境下的運(yùn)動行為。對于研究者來說，為了更好地認(rèn)清和理解行人復(fù)雜的運(yùn)動行為，就必須通

2、過大量的實(shí)地觀測以及可控的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)去探究和掌握行人之間以及行人與環(huán)境之間復(fù)雜的、非線性的相互作用關(guān)系。在此基礎(chǔ)之上，借助于有關(guān)的仿真模型重現(xiàn)觀測到的行人運(yùn)動行為，并將其應(yīng)用到更為廣泛的場景中去模擬和預(yù)測行人的行為及其和環(huán)境之間的相互影響，從而為行人設(shè)施的設(shè)計(jì)、評價(jià)以及大規(guī)模人群的管理和疏散提供相應(yīng)的理論依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)。本論文的研究也是遵循這一思路，以可控的行人運(yùn)動實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，提取和分析行人在各種特定場景下的運(yùn)動行為特性，并通過相關(guān)的微

3、觀仿真模型對行人的運(yùn)動行為進(jìn)行建模和分析。具體地來說，本論文的研究包含以下四個(gè)方面的內(nèi)容:
　　(1)離散時(shí)空下對向行人流運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)及分析。元胞自動機(jī)被廣泛地應(yīng)用于行人運(yùn)動建模。然而，使用元胞自動機(jī)模型在模擬對向行人流中經(jīng)常會遇到死鎖現(xiàn)象的發(fā)生。一個(gè)可能的原因是現(xiàn)有的元胞自動機(jī)模型還不能正確地體現(xiàn)行人在運(yùn)動時(shí)的認(rèn)知和決策過程。為了探究如果讓真正的行人在離散的時(shí)間和空間下運(yùn)動時(shí)，死鎖現(xiàn)象是否會出現(xiàn)，組織了一個(gè)對向行人流運(yùn)動實(shí)驗(yàn)。在實(shí)

4、驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)者被要求在離散的空間和時(shí)間下運(yùn)動。在實(shí)驗(yàn)中觀測到了行人之間非常明顯的合作行為，使得兩個(gè)方向的行人群體形成相應(yīng)的離開通道，阻止了死鎖現(xiàn)象的發(fā)生。進(jìn)一步，組織了正常情況下的對向行人運(yùn)動實(shí)驗(yàn)。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的對比顯示:在低密度時(shí)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果比較接近，而到了高密度時(shí)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)則出現(xiàn)了很大的差異。實(shí)驗(yàn)的結(jié)論表明為了更好地使用元胞自動機(jī)來模擬對向行人流必須考慮行人之間廣泛的合作行為。另外，從對比實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來看，一些其他的因素比如行人運(yùn)動的靈活性、

5、元胞的尺寸以及行人速度的異質(zhì)性也是值得考慮的。
　　(2)基于行為的對向行人流元胞自動機(jī)模型。提出了一種基于行為的對向行人流元胞自動機(jī)模型。考慮行人的主動減速和換道行為，對開口邊界條件下通道內(nèi)的對向行人流演化進(jìn)行了模擬。提出了優(yōu)勢通路的概念來刻畫行人的換道行為。通過密度線圖和兩個(gè)分離時(shí)間指標(biāo)對對向行人流的演化過程進(jìn)行量化分析。模擬的結(jié)果表明即使在高密度的條件下新模型也可以形成穩(wěn)定的分層通路，通過和一些經(jīng)典的對向行人流元胞自動機(jī)模型

6、相比，證明新模型能夠在很大程度上抑制死鎖現(xiàn)象的發(fā)生。
　　(3)有限視野和聽覺條件下交流機(jī)制對行人疏散的影響研究?；谏鐣δＰ脱芯苛诵腥嗽谝曇昂吐犛X受限情況下的疏散行為。假設(shè)人群由兩類行人組成:一種是了解出口信息的個(gè)體，另一種是不了解出口信息的個(gè)體。在疏散過程中，不了解出口信息的行人可以和感知域內(nèi)了解出口信息的行人進(jìn)行交流，從而獲得并記憶出口的信息。通過對有無交流以及有無記憶效應(yīng)幾種情況的仿真對比，發(fā)現(xiàn)交流和記憶效應(yīng)能夠提高疏散

7、的效率。另外，還探究了兩類行人之間的交流行為對于緊急出口疏散效率的影響。
　　(4)有限視野條件下行人順墻行走行為的實(shí)驗(yàn)及建模。在視野受限的緊急情況下，順墻行走行為被認(rèn)為是一種非常重要的指導(dǎo)行人尋路的行為模式。盡管在現(xiàn)有的許多行人疏散模型中都考慮了行人的順墻行走行為，然而這一方面的實(shí)證研究以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果依然很匱乏。幾個(gè)相關(guān)的問題，比如行人是如何尋找墻壁的，行人是如何決定其順墻行走的方向（順時(shí)針或逆時(shí)針），以及行人是如何處置在順墻行走