考慮環(huán)境信息和個體特性的人員疏散元胞自動機模擬及實驗研究.pdf

1、人員疏散是一種多參數(shù)影響的復雜過程，需要研究的內(nèi)容也非常廣泛，其中就包括人員運動規(guī)律和他們對環(huán)境信息行為反應的研究。由于從疏散演習和災后調(diào)查獲得的數(shù)據(jù)比較缺乏，所以目前這個領(lǐng)域的研究以計算機模擬為主。 本博士論文的第一章，作者在對人員疏散研究內(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，并通過該模型對人員運動的特殊現(xiàn)象進行研究，以期了解人員運動規(guī)律和影

2、響疏散效率的關(guān)鍵因素；另外，創(chuàng)造條件進行疏散實驗，通過第一手實驗數(shù)據(jù)驗證模型的可靠度和適用度，同時為改進模型提供思路；最終希望為建筑物的設(shè)計和疏散演習方案的策劃提供理論支持。 在接下來的兩章中，作者提出了一種考慮了個體特性的人員運動元胞自動機(CA)模型，并借此研究了正常情況下人員自身的運動規(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)運動行為對行人流動力學過程的影響。我們提出了一種描述個體行為的數(shù)學方法，特別是“推

3、擠-穿行”行為。通過對相向人員流和二維人員流的模擬，定量分析了個體的非常規(guī)移動對宏觀運動的影響，著重考察了動力學轉(zhuǎn)變過程。我們發(fā)現(xiàn)，基于不同的人員密度和微觀特性，人員動力流過程可分成4個相位：自由相、過渡相、受限相和阻塞相。另外，對循環(huán)邊界條件而言，相變臨界密度與系統(tǒng)尺寸無關(guān)。我們調(diào)查了個體移動路線和宏觀相位的關(guān)系。最后，本章比照中國人口實際尺寸標準，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)為代表的非對稱選擇心理對人員運動的影響。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力學轉(zhuǎn)變過程。采用循環(huán)邊界條件時，對于確定的k，相變臨界密度與通道尺寸無關(guān)。參照國際上心理學和社會學的研究成果，本章考察了k=1，2,8的情形，發(fā)現(xiàn)k=8時最符合實際情況。在此基礎(chǔ)上，我們討論了“右偏強度”的計算表達式。在本章最后，我們將

5、模擬結(jié)果與日本學者的實驗結(jié)果(M．Isobe，2004)做了比較，證實當人員密度低于危險值時，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。 在對正常情況下人員運動規(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人員的行為和反應。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“動態(tài)信息

6、”(警報信號等等)在本章中通過模擬和實驗得到較為深入的研究。我們展示了7種情況(通過控制疏散人數(shù)、能見度、警報、出口寬度等條件)下教室疏散的實驗和模擬結(jié)果，主要關(guān)注了個體逃生路線、時間和人員流率等。盡管人員運動有較強的隨機性，但我們的模型仍可以很好地半定量地再現(xiàn)實驗觀察結(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用軟件的一種技術(shù)途徑。