考慮環(huán)境信息和個(gè)體特性的人員疏散元胞自動(dòng)機(jī)模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、人員疏散是一種多參數(shù)影響的復(fù)雜過(guò)程，需要研究的內(nèi)容也非常廣泛，其中就包括人員運(yùn)動(dòng)規(guī)律和他們對(duì)環(huán)境信息行為反應(yīng)的研究。由于從疏散演習(xí)和災(zāi)后調(diào)查獲得的數(shù)據(jù)比較缺乏，所以目前這個(gè)領(lǐng)域的研究以計(jì)算機(jī)模擬為主。 本博士論文的第一章，作者在對(duì)人員疏散研究?jī)?nèi)容和方法綜合分析的基礎(chǔ)上確立了本文的主要目的：試圖建立合理的，充分考慮人員特性行為和環(huán)境信息影響的緊急情況下人員疏散模型，并通過(guò)該模型對(duì)人員運(yùn)動(dòng)的特殊現(xiàn)象進(jìn)行研究，以期了解人員運(yùn)動(dòng)規(guī)律和影

2、響疏散效率的關(guān)鍵因素；另外，創(chuàng)造條件進(jìn)行疏散實(shí)驗(yàn)，通過(guò)第一手實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型的可靠度和適用度，同時(shí)為改進(jìn)模型提供思路；最終希望為建筑物的設(shè)計(jì)和疏散演習(xí)方案的策劃提供理論支持。 在接下來(lái)的兩章中，作者提出了一種考慮了個(gè)體特性的人員運(yùn)動(dòng)元胞自動(dòng)機(jī)(CA)模型，并借此研究了正常情況下人員自身的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。其中，第二章主要關(guān)注了以“推擠．穿行”為代表的非常規(guī)運(yùn)動(dòng)行為對(duì)行人流動(dòng)力學(xué)過(guò)程的影響。我們提出了一種描述個(gè)體行為的數(shù)學(xué)方法，特別是“推

3、擠-穿行”行為。通過(guò)對(duì)相向人員流和二維人員流的模擬，定量分析了個(gè)體的非常規(guī)移動(dòng)對(duì)宏觀運(yùn)動(dòng)的影響，著重考察了動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)變過(guò)程。我們發(fā)現(xiàn)，基于不同的人員密度和微觀特性，人員動(dòng)力流過(guò)程可分成4個(gè)相位：自由相、過(guò)渡相、受限相和阻塞相。另外，對(duì)循環(huán)邊界條件而言，相變臨界密度與系統(tǒng)尺寸無(wú)關(guān)。我們調(diào)查了個(gè)體移動(dòng)路線和宏觀相位的關(guān)系。最后，本章比照中國(guó)人口實(shí)際尺寸標(biāo)準(zhǔn)，指出了“推擠-穿行”行為可接受的人員密度范圍。 在第三章中，我們重點(diǎn)考察了以“

4、右行偏好”(人們偏向于沿道路右側(cè)行走)為代表的非對(duì)稱選擇心理對(duì)人員運(yùn)動(dòng)的影響。本章用CA模型模擬了通道中人員相向流。我們提出了“右偏強(qiáng)度”k，即右移概率與左移概率的比值。模擬中再現(xiàn)了從自由流到堵塞相的動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)變過(guò)程。采用循環(huán)邊界條件時(shí)，對(duì)于確定的k，相變臨界密度與通道尺寸無(wú)關(guān)。參照國(guó)際上心理學(xué)和社會(huì)學(xué)的研究成果，本章考察了k=1，2,8的情形，發(fā)現(xiàn)k=8時(shí)最符合實(shí)際情況。在此基礎(chǔ)上，我們討論了“右偏強(qiáng)度”的計(jì)算表達(dá)式。在本章最后，我們將

5、模擬結(jié)果與日本學(xué)者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(M．Isobe，2004)做了比較，證實(shí)當(dāng)人員密度低于危險(xiǎn)值時(shí)，偏右行走能提高通道使用效率。另外，我們還探討了通道中行人流的踩踏現(xiàn)象。 在對(duì)正常情況下人員運(yùn)動(dòng)規(guī)律有一定了解后，我們把注意力集中在如何描述緊急疏散時(shí)人員的行為和反應(yīng)。這也是本文的核心研究部分。在第四章中我們提出了一種考慮環(huán)境信息影響的多速度人員疏散模型。作為人員疏散過(guò)程中必不可少的因素，“靜態(tài)信息”(建筑結(jié)構(gòu)、空間慣性等等)和“動(dòng)態(tài)信息

6、”(警報(bào)信號(hào)等等)在本章中通過(guò)模擬和實(shí)驗(yàn)得到較為深入的研究。我們展示了7種情況(通過(guò)控制疏散人數(shù)、能見(jiàn)度、警報(bào)、出口寬度等條件)下教室疏散的實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果，主要關(guān)注了個(gè)體逃生路線、時(shí)間和人員流率等。盡管人員運(yùn)動(dòng)有較強(qiáng)的隨機(jī)性，但我們的模型仍可以很好地半定量地再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果。 在第四章末，我們規(guī)劃了基于信息傳播理論的人員疏散模型框架，主要提出了緊急疏散中狹義和廣義信息的概念。它可以作為從理論方法到應(yīng)用軟件的一種技術(shù)途徑。