烟雾场景下的人员疏散仿真研究

针对人员疏散时受烟雾扩散实时动态变化影响较大的问题,建立一种改进的元胞自动机模型,用于烟雾场景下的疏散仿真。首先,在动态参数模型基础上提出烟雾场景下疏散人员视野半径的变化规则,以描述烟雾环境变化对人员行为的影响;同时,建立区域从众行为的运动规则;然后,利用该模型对单双出口场景下的人员疏散过程进行数值模拟研究;最后,分析烟雾场景下视野变化、从众行为及出口宽度对于疏散的影响。研究表明:从众行为在部分情况下对疏散作用具有不确定性,引导员的存在可使疏散效率极大提高;视野范围的变化对疏散时间有一定影响,疏散人员数量较少时影响较大;增加出口宽度能够提高疏散效率,但当出口宽度达到一定程度时效果提升不明显。     

考虑环境熟悉度与引导的人员疏散元胞自动机模型研究*

为研究环境熟悉度及引导作用对行人疏散影响，建立考虑环境熟悉度及引导作用的行人疏散元胞自动机模型。模型引入环境熟悉度参数，将行人分为熟悉环境行人与不熟悉环境行人，不同的行人具备不同的运动方式；基于引导标志的有向引导作用构建引导场，使行人能跟随引导移动；以某超市为例，研究其环境熟悉度、引导作用及引导有效性对行人疏散的影响。结果表明:行人疏散时间随着环境熟悉度的增加而减少；在相同的环境熟悉度下，不熟悉环境行人选择跟随引导移动相比于随机移动及跟随行人移动疏散效率更高；环境熟悉度较低时，行人疏散时间随引导有效性提高呈现先减少后增加的趋势。     

基于元胞自动机的火源威胁下人员疏散模型*

为研究火源对人员疏散的影响，在现有场域模型的基础上进行扩展，结合元胞自动机提出1种考虑多出口吸引、人员从众行为与火源威胁3者耦合作用的场域疏散模型。此模型综合考虑心理和环境等因素，定量描述人员之间、人与环境之间的相互影响，将出口吸引、从众心理与火源威胁3个影响行人疏散决策的元素归一化，以静态场和动态场耦合作用确定的转移概率作为行人移动的准则。采用此模型，分别对火源位置、火源威胁范围扩散速度在疏散中的影响进行模拟研究。结果表明:模型在一定程度上能够反映火源威胁下行人的疏散过程，再现了行人躲避和趋众行为，能为火源威胁下行人疏散提供理论借鉴。     

考虑熟悉度与恐慌效应的人群引导疏散仿真算法研究*

为研究紧急情况下人群疏散行为特点,结合势场理论和多出口选择模型,建立考虑引导、熟悉度和恐慌效应的PFT-LMES人群疏散算法。通过搭建有障碍和无障碍2种室内场景,研究不同环境熟悉度以及行人密度下引导作用对人群疏散效果的影响。研究结果表明:引导作用能够提高疏散效率,平衡各出口利用率,引导效果随行人密度增加更加显著;总体疏散时间随引导强度的提高表现为先减小后增大;当接受引导的人数占总数的42%时,2出口各自选择人数与出口通行能力比例基本一致,引导效果达到最优;相对于环境熟悉度较高的人群,不熟悉环境行人的引导效果更为显著。研究结果可为大型场所的紧急高效疏散提供参考。     

近身攻击情景下恐慌情绪对疏散行为的影响研究

为研究近身攻击情景下行人疏散过程，基于恐慌情绪吸收模型、开放性-责任心-外向性-利他性-神经质(Openness-Conscientiousness-Extroversion-Agreeableness-Neuroticism, OCEAN)模型设计该情景下的行人恐慌情绪模型，通过改进传统的社会力模型体现恐慌情绪对行人行为的影响。经仿真验证，基于动态恐慌情绪驱动的行人应急疏散模型——行人恐慌情绪(Personnel Panic Emotion, PPE)-动态行为(Dynamic Behavior, DB)模型能有效体现该情景下行人疏散特征。设计两组对比试验，研究恐慌情绪、防御人员对疏散过程的影响。结果表明：1)考虑恐慌情绪下，疏散时间缩短42 s,被袭击人数减少5人，拥堵点由5处减少为3处，但行人疏散前期出现短时混乱，后期拥堵点的面积、人流密度更大；2)在疏散前期恐慌情绪传播主要受恐怖分子位置影响，全部行人开始疏散后，因拐角和出口处拥堵，恐怖情绪迅速大范围传播；3)防御人员能有效抑制恐慌传播，减轻恐慌情绪对疏散行为的负面影响，进一步提高疏散效率。该研究为此类情景的人员疏散提供了理论依...     

考虑环境熟悉度的行人疏散模型研究

为研究不同环境熟悉度下行人疏散时的特性,将熟悉度参数引入到传统地场模型中,修正模型的转移概率,并将模型中原有动态场改进为基于距离选择的动态场,建立扩展的行人疏散模型。以无障碍物建筑物及教室为例,分析熟悉度不变、可变时各参数对行人疏散的影响。数值模拟结果表明,扩展模型在给定静态参数条件下,疏散时间随熟悉程度的增加而减少;熟悉度较低时,陌生概率下的跟随移动策略优于其他策略;同时模型能够避免自身及后方行人的干扰。该模型可为建筑物设计、疏散性能评估和突发事件下的疏散引导等提供一定指导。     

低可见度情况下从众行为对疏散的影响分析

在火灾等紧急情况下,可见度较低时的行人疏散与正常时的疏散情况有明显的区 别。基于前人成果的基础上,通过引入从众效应阐述了可见度较低时的元胞自动机疏散 理论模型,并定义区分了普遍性从众、理性从众和盲目从众。研究结果表明:理性从众 对疏散能够起到良好的优化作用;盲目从众对疏散的作用效果具有不可预测性,在某些 情况下盲目从众甚至会对疏散起到严重阻碍的作用。因此,建议在条件允许的条件下积 极采用理性从众的行为方式,尽量避免采用盲目从众。研究还发现,理性从众对疏散的 优化效果基本不受初始行人数量、出口宽度和可视距离的影响。     

考虑毒气危害的疏散出口选择行为研究

为了模拟毒气泄漏情景下的人群疏散过程,提出了考虑人群拥堵和毒气危害的出口选择模型,在地面场疏散模型的基础上扩展了毒气场表达和毒气信息传递模式。将出口选择模型引入扩展的疏散模型进行人群疏散仿真,分析了出口间隔、毒气场参数、毒气源位置对不同出口疏散时间和人数的影响。研究结果表明:出口间距的设置存在临界值,设置大小应避免等于该临界值,否则容易造成行人频繁变换目标出口,且人的视野半径越大,该取值越大;毒气源位置对疏散结果具有显著影响,毒气的扩散范围影响较小,但由于影响到毒气信息携带者的数量,毒气扩散范围会导致疏散结果的不确定性。     

考虑小群体行为的建筑疏散试验研究

为探究小群体行为对行人疏散决策及运动过程的影响,开展复杂建筑布局内的行人疏散试验。试验人员按照小群体规模以及对建筑物布局熟悉程度分为24组,获取所有组别小群体的出口选择、疏散路径、疏散速度和决策时间等数据。研究结果表明:小群体疏散速度慢于个人疏散,但与小群体规模没有相关性;对建筑物布局熟悉的小群体疏散效率更高;相比个人,小群体需要更长的疏散决策时间;同时,面对多条路径时,行人倾向于选择楼梯等垂直疏散设施继续疏散。     

视野受限时出口指示标志对行人疏散的作用研究

为完善视野受限时的行人疏散理论,探讨了出口指示标志在行人疏散中的作用和其他影响疏散的因素。在前人工作的基础上,进一步阐述了视野受限时的疏散理论模型,统计估算了行人的疏散时间;并利用计算机仿真对比研究了出口指示标志在行人疏散过程中的作用。结果表明,出口指示标志能够明显地影响行人疏散过程中的动力学特征,避免了无出口指示标志时的盲目和绕行现象,优化了行人疏散路径,提高了疏散效率。同时发现,在不同出口宽度下大的视野距离会对疏散起积极作用;初始行人密度较小时,行人数量的变化对疏散时间影响不大;初始行人密度较大时,疏散时间与行人数量间呈线性关系。     

基于元胞自动机恐慌状态下人群疏散模型研究

为了研究恐慌情绪对疏散中人群行为的影响，结合决策理论和情绪感染相关理论，同时考虑恐慌情绪对行人决策的影响和恐慌情绪本身的动力学特性，如情绪感染和衰减等，采用元胞自动机方法，建立基于场域模型的恐慌状态下行人决策修正模型，采用该模型研究恐慌情绪对人群疏散行为的作用规律。研究发现:当处于优势疏散位置的行人，由于恐慌做出非理性决策，不仅降低了自身的疏散效率，而且会占据其他行人的最优疏散路径，因此导致整体疏散效率的下降；随着恐慌情绪阈值增加，同一时刻的恐慌人数减小，疏散时间减小，且存在某一临界值，使疏散时间最短；情绪自衰减速率是影响恐慌情绪的关键因素，且存在决定恐慌情绪的蔓延或者衰减的临界值；行人的恐慌程度随着行人密度的增加而增加，因为人群规模较大时，恐慌情绪的感染次数增加，并在人群中得到反复加强，从而使人均恐慌值增加。     

考虑从众阈值和主体特征的人群疏散元胞自动机模型*

为研究从众行为对人群疏散效率的影响,建立考虑从众阈值和主体特征的人群疏散元胞自动机模型,通过引入从众阈值反映人群中不同个体的从众选择程度,耦合每个主体不同特征属性、不同人员认知能力导致的疏散从众选择差异,利用元胞自动机模拟人群运动状态及动态演化过程,探究从众行为对人群疏散过程的作用规律。结果表明:人群疏散中选择从众行为的人员比例与整体疏散效率存在对应关系,本模型原始工况下,当人群中约60%的人员做出从众选择时,疏散效率相对最优。     

考虑跨越障碍物行为的元胞自动机模型

为研究跨越障碍物行为对人员疏散进程的影响,建立考虑跨越障碍物行为的人员疏散元胞自动机模型。模型中引入危险度的概念,利用危险度区分可跨越障碍物与不可跨越障碍物;通过2种不同的邻域,实现行人的跨越障碍物行为;建立某地震后的疏散场景,对不同初始行人密度及跨越障碍物行人比例的疏散过程进行模拟,分析初始行人密度、跨越障碍物行为以及跨越障碍物行人比例对人员疏散过程的影响。仿真结果表明:行人跨越障碍物行为使得模拟过程更加符合实际行人面对障碍物的运动模式,消除了障碍物路口行人必须绕过障碍物引起的某些阻塞;与不存在行人跨越障碍物行为相比,初始行人密度增加对存在行人跨越障碍物行为的场景影响更小;行人在面对可跨越障碍物时,跨越障碍物行人比例越高,疏散所需时间越短。     

考虑人群拥堵的疏散出口选择行为研究及建模

出口选择是疏散过程中最重要和复杂的决策行为之一,受到空间结构、人群分布和行人认知等多方面因素的影响,为了使疏散仿真能够合理地模拟出行人的寻路和逃生过程,提出了考虑人群拥堵的出口选择模型。该模型基于多元Logit离散选择模型,考虑到影响个体疏散时间的因素以及对不同出口类型的偏好。研究发现个体的疏散时间随着拥堵人群位置的不同而有所差异,从而以决策者而不是出口的角度定义了一个计数区域来估计影响决策者排队时间的人数。并且研究出口重新选择的触发条件和程序。将出口选择模型和程序引入BuildingEXODUS软件进行疏散仿真,通过对比显示,仿真结果更符合真实情况,特别是在具有障碍物和人群分布不均匀的场景中更显优势。     

人因习惯心理对安全疏散的影响研究

针对人员习惯心理的影响因素及其对安全疏散的影响问题，提出一种综合考虑习惯心理和恐慌、从众心理影响下的人员出口选择计算方法。通过问卷调查和访谈，获得人员在熟悉环境中产生习惯心理的原因，采用Pathfinder软件模拟某高校学生食堂的安全疏散情况，得到习惯心理及恐慌、从众心理综合影响下安全疏散时间、出口使用效率以及人员个体疏散时间的差异。结果表明:“目的导向”是人员在熟悉环境中形成习惯心理的主要因素;在人员聚集程度大的方位设计宽度较大的出口，以及在人员习惯的行进方向设计建筑物的主要出口，可以有效提高建筑物紧急疏散的效率。     

考虑导向标志影响的行人疏散模型研究

量化行人对导向标志的认知作用,不仅有助于分析疏散过程中导向标志对行人疏散的影响,也对人员密集场所安全设施的规划建设具有重要意义。在深入分析行人对导向标志认知过程的基础上,确定了行人对导向标志认知过程的影响因素,并将这些因素引入人员密集场所行人疏散过程建模中,利用元胞自动机提出基于导向标志可见域的行人疏散模型。通过Matlab编程对模型进行实现,并以商场超市作为模拟场景算例进行仿真。结果表明:导向标志的设置有助于减少行人总体疏散时间、个体疏散时间和行人平均疏散距离,提升整体疏散性能。导向标志的设置数量和设置位置对于疏散性能具有一定的影响。     

基于人因安全心理视角下人员疏散时间模型研究

为提高疏散时间模型的可靠度,基于人因工程中安全心理因素理论对高校宿舍疏散时间模型进行研究。采用了多元线性回归分析和曲线估计方法,通过疏散演习获取实验数据,构建安全疏散心理因素指标,在人员疏散时间回归模型的基础上,结合SPSS软件的回归分析,建立了疏散时间回归方程。在考虑群集疏散速度的前提下,对疏散时间方程进行优化,并利用Origin等高线图直观地表现了疏散时间、速度、人数三个变量的关系。结果表明:疏散时间主要受性别、楼层、指挥者和环境熟悉度的影响,疏散人数与疏散时间呈三次曲线关系,研究结果可为人员疏散设计和疏散方案的制定、疏散路径的优化提供参考。     

考虑绕行效应的人员疏散元胞自动机模型研究

在传统的元胞自动机疏散模型中，行人只考虑临近的4个网格状态以做出运动决策，而在实际疏散过程中，每个人会从更大的感知范围内收集信息，并会主动避开障碍物，从而选择更合理的路径。针对此问题，建立考虑绕行行为的元胞自动机模型（DCA模型），模型引入行人感知范围参数，用于反映行人对障碍物的反应程度或绕行倾向；通过建立单门疏散场景，研究绕行效应对疏散的影响。研究结果表明:考虑绕行效应时，行人能够更好地绕过障碍物，在出口前形成典型的拱形聚集形态；感知范围越大，拱形聚集形态形成的越快；通过将DCA模型与经典的无后退的有偏随机行走模型和场域模型分别进行比较，DCA模型可以减少不必要和不合理的后退运动行为，这与实际更为一致。     

熟悉环境条件下的公共场所人员疏散仿真模型研究

建立能够准确描述熟悉公共场所环境人员真实疏散行为的仿真模型,用于指导编制开发具有较高仿真度的程序软件。该模型是在参考Helbing社会力模型建模思想的基础上,分析和量化影响熟悉环境人员疏散行为的主要因素,同时引入可翻越度概念区分不同属性障碍物对人员疏散行为的不同影响,并结合分子模拟原理建立,最后运用C#编程语言实现一个比较具有代表性虚拟场景的模拟,其仿真结果显示模型能够较为完整地体现熟悉环境人员的疏散轨迹及移动速度变化,适用于高铁客运站等公共场所。     

生化恐怖袭击情境下引导疏散中行人行为仿真研究

恐怖袭击事件发生在人员密集、环境复杂的公共场所时,极易造成大量的人员伤 亡。为了研究行人行为特征对应急引导过程的影响,采集疏散行人行为特征数据以SPSS 统计软件分析,并将分析结果导入基于社会力原理建立的疏散模型进行仿真实验。研究 结果表明:行人的性别、受教育程度及疏散经验个体特征的差异对引导疏散的结果具有 直接的影响,关系到引导疏散过程的成功与否。应急管理方案制定中,应针对性的为各 类行人指定安全预案以及提供培训演练。