行人相向流和進入流的實驗與模型研究.pdf

1、隨著社會的發(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、購物中心、地鐵、火車站和飛機場等，大量人群聚集的機會也相應(yīng)增多，從日常的外出購物，到大型體育盛會和音樂節(jié)，再到大型的宗教儀式等，時常發(fā)生擁擠堵塞的現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生緊急情況時，容易出現(xiàn)擁擠踩踏事件，造成重大的人員傷亡和財產(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應(yīng)的是行人進入流，即行人進入電梯、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，進入和分布不規(guī)則時，尤其是同時存在行人進入和出去的相向行人流時，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入流具有極其重要的社會意義。
　　為了探討行人相向流和進入流的運動和分布規(guī)律，本

3、文開展了行人流實驗和模型研究。首先開展了通道內(nèi)相向行人流的實驗研究，研究了不同瓶頸寬度和行人流方向比例對行人運動的影響。實驗中出現(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)，瓶頸寬度會對分層數(shù)目產(chǎn)生影響，但行人流方向比例對行人分層影響不明顯。實驗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，這與瓶頸寬度對行人分層數(shù)目產(chǎn)生的影響有關(guān)，在一個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)計提供了參考，并不是道路越寬，通行效率就會越高，合理的設(shè)計不僅會降低行人擁擠還可節(jié)約資源。
　　本文根據(jù)實驗總結(jié)的行人運動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)典的行人基本圖對模型進行了驗證，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)計反而能提高通行能力，減少擁擠程度。
　　行人進入流，是和常見的疏散過程相對應(yīng)的一種行人流過程。它描述的是行人從室外空間運動到有限空間內(nèi)，并在空間內(nèi)分布和穩(wěn)定的過程，如行人進

6、入電梯、公交車的過程。為了研究行人進入流過程的特點，我們分別開展了正方形房間和存在單獨出入口的房間的行人進入流實驗。在正方形房間實驗中，研究首先獲得了行人進入流的一般性規(guī)律，包括行人進入流的過程、時間、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)行人會盡量避免選擇正對入口的區(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)則下行人的進入流過程的特征。在進入房間的過程中選擇適當(dāng)?shù)呐抨犚?guī)則，比如隨入口寬度選擇合適的排隊數(shù)目，可以保證行人進入流過程的安全有序，而且還可以保持較高的通行能力。針對行人在進入時可能會同時考慮出去過程的情況，和正常情況下的行人進入流過程進行了對比，發(fā)現(xiàn)行人偏向邊界分布的趨勢不明顯，而是向出入口處擁擠。在視野受限情況下，行人的進入流過程也會受到很大影響，行人的運動速度會明顯降低，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。在行人進入流過程中設(shè)置了三種不同的障礙物布局，發(fā)現(xiàn)正對入口設(shè)置障礙物會在一定程度上降低行人進入的通行效率，尤其應(yīng)避免在入口中間設(shè)置障礙物。通過設(shè)置三種不同進出規(guī)則的行人相向流實驗，分析了進出規(guī)則對行人進入流以及出去過程的影響。對比發(fā)現(xiàn)，“同時進出”規(guī)則對行人進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爭，行人不能保持通行的連續(xù)性，降低了行人進入流效率。而在“先出后進”規(guī)則使得相向流存在時間分

9、隔，避免了出入口處通行效率的降低。
　　在存在單獨出入口的房間的行人進入流實驗中，研究發(fā)現(xiàn)，行人進入房間以后的分布也是不均勻的，行人會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，同時會受到行人之間的空間關(guān)系的影響，即行人會傾向于選擇靠近出口，又會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，他們在進入行人交通設(shè)施后由于惰性等因素選擇隨意停靠。研究發(fā)現(xiàn)，惰性行人的存在會對行人進入和出去以及分布