若干情境下行人走行及疏散行為的實驗和仿真研究.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。不同于機動車輛的運動受限于固定的道路環(huán)境以及特定的交通規(guī)則，行人的運動分布于整個城市內的地面空間以及建筑物內的活動空間，沒有特定的規(guī)則約束，因此其運動行為具有很大的靈活性、隨機性。而且行人的走行行為每天都在不斷地重復和演化，變得非常復雜，因此無法利用簡單的刺激-反應模式去預測行人在各種情境下的運動行為。對于研究者來說，為了更好地認清和理解行人復雜的運動行為，就必須通

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

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

4、驗中實驗者被要求在離散的空間和時間下運動。在實驗中觀測到了行人之間非常明顯的合作行為，使得兩個方向的行人群體形成相應的離開通道，阻止了死鎖現象的發(fā)生。進一步，組織了正常情況下的對向行人運動實驗。兩個實驗的對比顯示:在低密度時兩個實驗的結果比較接近，而到了高密度時兩個實驗則出現了很大的差異。實驗的結論表明為了更好地使用元胞自動機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，從對比實驗的結果來看，一些其他的因素比如行人運動的靈活性、

5、元胞的尺寸以及行人速度的異質性也是值得考慮的。
　　(2)基于行為的對向行人流元胞自動機模型。提出了一種基于行為的對向行人流元胞自動機模型?？紤]行人的主動減速和換道行為，對開口邊界條件下通道內的對向行人流演化進行了模擬。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分離時間指標對對向行人流的演化過程進行量化分析。模擬的結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，通過和一些經典的對向行人流元胞自動機模型

6、相比，證明新模型能夠在很大程度上抑制死鎖現象的發(fā)生。
　　(3)有限視野和聽覺條件下交流機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。假設人群由兩類行人組成:一種是了解出口信息的個體，另一種是不了解出口信息的個體。在疏散過程中，不了解出口信息的行人可以和感知域內了解出口信息的行人進行交流，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幾種情況的仿真對比，發(fā)現交流和記憶效應能夠提高疏散

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驗及建模。在視野受限的緊急情況下，順墻行走行為被認為是一種非常重要的指導行人尋路的行為模式。盡管在現有的許多行人疏散模型中都考慮了行人的順墻行走行為，然而這一方面的實證研究以及實驗結果依然很匱乏。幾個相關的問題，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（順時針或逆時針），以及行人是如何處置在順墻行走