心理迫切因素对行人疏散动力学的影响研究

为更准确地描述行人疏散动力学特征,利用目前行人疏散模型对行人疏散进行模拟研究发现:疏散空间行人拥堵时,会出现疏散区域某些位置的行人一直处于竞争劣势而保持位置不动的现象,这与行人实际疏散运动不符.考虑到现实情况,行人在等待的过程中会积极寻找机会,实现成功疏散;基于此,在疏散模型中引入了心理迫切因素的概念,表征了行人等待过程中竞争能力的变化,完善了行人疏散模型.对新模型模拟研究发现,在考虑等待时的心理迫切因素后,该模型能够更好地表达行人疏散的动力学特征,可更为准确地再现行人的疏散运动轨迹和路径,同时研究发现,引入等待迫切因素后并不会影响总的疏散时间.     

一种基于社会力的行人-自行车混合疏散模型及模拟研究

当公共安全事件发生时,借助自行车进行疏散是一种重要方式。针对这种情况,开展了行人-自行车混合疏散建模和模拟研究。为了更好量化自行车的超越行为,引入了临时期望运动方向,改变自行车的自驱力,实现对自行车避让超越行为的细致描述;修改了单车模型来更新自行车的运动,建立了一种多层次的自行车运动子模型。将该模型与行人社会力模型相结合,得到一种基于社会力的行人-自行车混合疏散模型“MixSF”。模拟发现,MixSF能够较好地再现混合疏散中的超越行为。在实验条件下,发现个体密度小于0.548人/m2时,自行车占比的增加能加快疏散;相对密度大于0.81时,自行车失去疏散速度优势。     

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。     

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。     

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。     

障碍物对房间人群疏散过程影响的宏观模拟研究

公共建筑内随机分布的障碍物可能对突发事件下密集人群疏散过程中人员速度、路径选择行为产生影响.考虑较为密集人群疏散过程与宏观流体流动过程的相似性,用连续性方程描述人群密度变化过程,结合障碍物对人员运动行为的影响,建立了考虑障碍物影响的人员疏散宏观模型.采用该模型计算重现了疏散出口附近的高密度人群拱形和椭圆形分布,定量分析了障碍物以不同概率分布于建筑内不同位置时对疏散过程中人员密度演化以及完成疏散所需时间的影响.     

基于数字图像处理的人员运动参数提取方法研究

针对人员疏散研究中提取疏散场景行人运动参数的需要,采用数字图像处理技术对记录行人运动的视频进行了处理.首先对背景进行混合高斯建模并提取前景,然后采用mean-shift算法对视频中彼此相连的多个行人目标进行有效地聚类分割并准确地跟踪每个行人,得到了包含有行人运动特性时空信息的运动轨迹,利用轨迹得到了行人在行进过程中的速度变化特征.结果表明该文所提出方法可以方便、快速、准确地提取人员运动特性参数,可望对提取人员疏散实验以及真实场景中行人运动的基础数据,如速度、密度、流量等提供有效的技术手段.     

多条件约束三维动态行人疏散路径优化方法

针对约束环境下的行人疏散路径选择问题,提出了三维动态行人疏散路径优化方法。通过元胞自动机模型的拓展建立了三维行人疏散网格模型和三维解空间,在此基础上,综合考虑行人视域、路径距离、行人空间分布等多条件约束。引入路径寻优方法(Ant Colony Algorithm)、改进的社会力模型、更新的启发函数和信息素,构建了新的行人路径选择与优化机制。仿真结果符合实际路径优化需求,模型算法平衡了各出口利用率,提高了行人整体疏散效率,为三维空间下的行人疏散路径优化问题的解决提供了新的思路和方案,生成的疏散路径信息有望反馈到地标系统中并有效指导突发情况下行人的路径选择。     

人群分区疏散优化算法研究

在疏散过程中,出口利用不均现象时有发生,距离最短路径并不一定是最快的路径。提出了大规模人群分区疏散优化算法,该算法以疏散时间最短为目标,综合考虑了人群分布、出口位置、出口宽度等因素,通过迭代计算,求解每个行人的最优出口选择,从而得到优化疏散分区结果。以具有多个出口的某大型步行商业街区疏散为例,利用经典的无后退有偏随机行走模型进行模拟计算,对是否采用优化分区的疏散时间进行了比较分析。结果表明:采用优化分区疏散时,部分人员放弃路径最短的疏散出口,而被导向选择宽度较宽和附近人员密度较低的出口,从而提高整体疏散效率。该算法解决了以距离最短为目标的疏散分区方式导致的出口利用不均和不充分的现象,有效提高了疏散效率,对于区域分区疏散策略的制定具有一定指导意义。     

双出口疏散吸引区域模型建立与模拟分析

为研究建筑体内人员疏散的出口选择行为,提出基于元胞自动机的人员疏散模型。以学校常见的双出口教室为例进行研究,建立双出口疏散吸引区域模型,得出人员密度较低和较高时疏散吸引区域边界的函数表达式,指出人员密度较高时,边界函数基本满足边界到出口距离的平方之比等于出口的宽度之比;通过对出口宽度、人员数量和出口位置等参量进行仿真分析,充分验证了提出的双出口疏散吸引区域模型的合理性;研究结果有助于合理分配疏散人员,充分发挥建筑疏散的潜在能力。     

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。     

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。     

能见度对个体疏散速度及路径选择的影响研

为提供火灾条件下人员疏散基础数据,基于4层教学楼疏散平台,开展了不同能见度环境下个体疏散实验,研究了能见度对人员疏散速度及路径选择的影响。研究结果表明:正常能见度条件下,人员的平均疏散速度为（2.37±0.23）m/s,个体间疏散速度差异明显,随着能见度降低,人员的平均疏散速度呈现均匀下降趋势,个体疏散速度最终均趋近于（0.36±0.10）m/s;人员水平疏散速度显著大于下行疏散速度,且水平疏散速度受能见度影响更大;当能见度较高时,人员以视觉作为寻路方式,倾向于选择自己最熟悉的路线进行疏散;能见度较低时,人员主要依靠触觉作为寻路方式,即借助墙或楼梯扶手进行疏散,此时人员的路径选择受到周围围挡物的共同作用。     

考虑行为特征的人群疏散模拟研究*

为研究聚集活动中的行人在移动过程中所表现出的行为特征对人群整体移动过程的影响,通过实验观察与计算机仿真模拟的方法对人员移动进行研究。通过对实验视频的观察分析,在CTM模型基础上建立考虑人员跟随行为与保持距离行为特性的移动模型,并在简单无障碍和复杂多障碍的场景进行仿真实验。结果表明:模型能有效地描述行人的运动特征,而且拥挤程度和行人间排斥作用越大时行人移动越慢,整个疏散过程花费时间越长;障碍物的存在会影响人群在出口处的“成拱现象”,对理解人员的运动规律和防止拥挤踩踏事故具有一定理论和现实意义。     

基于改进最优迈步模型的楼梯区域疏散模拟

面对火灾等紧急事件,如何从多层和高层建筑内快速有效地疏散人群是火灾安全研究的一个重要课题。针对楼梯间这一重要疏散场景,考虑行人在台阶与转角平台处的迈步特征差别,在转角平台提出并采用圆形连续场域的生成法和运动规则,构建了一种改进的最优迈步模型。利用该模型重现了NIST进行的疏散演习场景,并从实时疏散人数、总疏散时间和基本图等方面进行了分析。结果表明:模型符合真实楼梯间行人疏散特性,可用于楼梯区域行人流的研究和分析。     

多层建筑楼梯疏散宽度组合仿真研究

为探究事故发生时楼梯宽度对多层建筑疏散效率的影响，结合多层建筑楼梯疏散特点，建立多层建筑楼梯疏散模型。基于多层建筑疏散过程，以社会力模型为基础，分析多层建筑行人疏散方式，构建楼梯疏散汇流模型；计算各楼层行人汇流时间以及楼梯汇流疏散效率；以某多层教学楼为仿真案例，构建不同楼梯宽度组合疏散场景，仿真多层建筑物疏散过程，获取各楼层汇流时间及楼梯疏散效率。结果表明:楼层平台汇流持续时间与楼层所在位置正相关，楼层所在位置越高，汇流持续时间越长；低楼层楼梯宽度增加有利于优化中间楼层行人汇流作用，提高多层建筑疏散效率，而高楼层楼梯宽度增加则会加剧中间楼层行人汇流对疏散的不利影响，降低多层建筑疏散效率。     

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。     

基于行人恐慌情绪解析的改进社会力模型

为深入研究行人恐慌情绪对突发事件下群体疏散效率的影响特性,首先,考虑滞留时间、局部密度、行人与出口的距离、周围人员密度以及行人恐慌情绪传播等因素,解析并构建由自恐慌和恐慌传播2部分组成的行人恐慌情绪量化模型,并将其引入社会力模型中进行改进优化;然后,采用与经典现象对比的方法验证模型的有效性;最后,运用Anylogic软件进行仿真分析。结果表明：改进后的模型能够较好地反映行人在恐慌情形下的疏散运动特性;适度的恐慌情绪,如当恐慌度小于0.3时,可以加快人群的疏散速度;较高的恐慌情绪,如当恐慌值大于0.3时,则会加剧瓶颈现象,出现所谓的“快即是慢”现象,从而降低疏散效率。     

考虑行人跨越障碍物能力的元胞自动机模型*

为深入研究不同类型的行人跨越障碍物行为,建立改进的元胞自动机模型,利用Dijkstra算法计算静态场,根据跨越障碍物能力不同将行人分为强跨越能力、弱跨越能力和无跨越能力3类,通过调查大型商场出入口相关尺寸参数和障碍物分布情况,构建商场疏散通道的疏散场景,分析可跨越障碍物的摆放方式与长度、行人密度和在障碍物可跨越条件下出口大小等因素对疏散过程的影响。研究结果表明:考虑跨越障碍物行为更符合疏散实际情况,且具有不同跨越能力的行人达到一定比例时最有利于疏散;行人密度越小,可跨越障碍物的位置对疏散影响越明显;出口在一定大小时就已经满足疏散要求,增大出口对疏散促进作用较小。     

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。