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。     

复杂建筑结构人员疏散的元胞自动机模拟研究

为研究复杂建筑结构下人员疏散特征,依据元胞自动机理论建立了多障碍物多出口条件下的疏散模型。该模型结合"静态场+动态场"理论能反映真实场景中的人员疏散过程。利用该模型分别对教室内不同人员密度和不同人员初始分布的疏散过程进行模拟,并重点分析走廊宽度、出口宽度和出口间距对人员疏散效率的影响。研究结果表明:人员疏散时间随着人员密度的增加而增加;并且合理的人员分布可提高出口的利用率及疏散效率。此外,人员疏散时间随走廊宽度的增加呈指数衰减趋势,房间的出口间距较出口宽度对疏散时间的影响更为显著。     

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。     

基于涟漪扩散算法的元胞自动机人员疏散模型研究

为探究大型公共场所内应急疏散调控策略的合理性、有效性和安全性,开展了2类场所的应急疏散调控策略的仿真研究,记录疏散时间、疏散拥堵时间和路径拥堵程度作为衡量应急疏散调控措施的指标,建立以多对多涟漪扩散算法为核心的线性元胞自动机模型。结果显示,与原有的疏散路线相比,使用算法规划的应急疏散路径可以缩短疏散时间;与仅仅使用算法规划应急疏散路径相比,考虑单一的路径拥堵情况或路网结构而增加的调控措施可能与疏散初衷相悖;但在使用算法规划路径的基础上,综合考虑路径拥堵情况和路网结构而增设的调控措施,其疏散效果是最好的。研究结果可为应急疏散管理者提供紧急情况下的调控策略,避免疏散过程中出现的拥挤、踩踏等二次事故的发生,进而保障人群的疏散安全。     

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。     

人员疏散的二维元胞自动机随机模型研究

用自主研发的二维元胞自动机(CA)随机模型模拟人员疏散过程,不仅给出了疏散时间,还可观察到疏散过程中的一些典型现象,如门口集结或堵塞.进一步分析了初始人员密度对疏散的影响,结果表明,人员初始密度越大,疏散过程中的出口平均流量越低,即疏散效率越低.在基本模型的基础上,建立了人员疏散二维元胞自动机扩展模型,用以模拟人员倒地行为对疏散过程的影响.结果表明,人员倒地数目增加,疏散时间成非线性增加;若某条疏散路径上有人员倒地,其后续人员可能"舍近求远",改变疏散路径的过程导致疏散时间增加.模型着眼于模拟人的行为细节,从而为以后的细致研究打下了基础.     

基于声学引导的元胞自动机疏散仿真研究

为了提高大型公共建筑人群疏散效率,采用广度优先搜索算法(Breadth First Search, BFS)建立“静态场强”,以声学引导、心理行为特性等信息建立“动态场强”,构建基于声学引导的疏散模型,并利用此模型研究不同声源特性对疏散的影响。结果表明,通过声学引导可以有效改变人的行为,使区域内的人员快速选择最优路径,大幅提高疏散效率。声源信号引导人员朝着同方向移动,在狭窄区域内易产生瓶颈现象。当背景噪声过高或声源频率与材料的最大吸声系数频率相近时,声学引导对疏散效率的提升较为有限。     

基于元胞自动机的换乘枢纽车站人员安全疏散研究

换乘枢纽车站人员疏散要求不明确具体,仿真研究使其在设计阶段可进行安全评估。结合突发事件下人员的行为特征,基于元胞自动机模型,综合分析人员与环境、人员自身之间的交互。依据已有地铁设计规范,模拟某虚拟车站高峰期人员疏散过程。仿真结果显示:站厅层安全隐患较小,而站台层存在一定安全隐患,通过改变工作人员位置,可改善疏散效率。     

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Pathfinder的特殊地铁站点人群紧急疏散模拟

为了保障地铁安全运营,提高突发事件发生后人员疏散的效率,基于实际地铁站的尺寸和载客量,利用Pathfinder软件对北京市某特殊地铁站进行建模;结合站点内不同时间段的人流特征,分析站点内可能存在的不利工况,并对各类工况进行仿真模拟。结果表明:地铁站点内疏散的瓶颈区域为站台和站厅连接处的楼梯口;早高峰时期列车满员时,候车人数超过200需要采取限流措施;晚高峰时期列车人数在1 056左右时,候车人数超过576需增加引导人员限制人员流动。研究成果可为特殊地铁站点的疏散通道设计和日常的人流安全管理提供理论依据。     

地铁站台导流栏杆对人员疏散的影响研究

为研究地铁站台导流栏杆对人员疏散的影响,以某地铁车站为研究对象,采用数值模拟方法研究地铁站台导流栏杆的设置方式及长度对人员疏散的影响,为地铁车站导流栏杆的设置及优化提供参考。研究结果表明:随着固定导流栏杆长度的增加,人员疏散时间呈现增加趋势,固定导流栏杆长度为14 m时比不设导流栏杆时疏散效率降低了20.8%,人员在长度为14 m的固定导流栏杆内呈现通道型排队现象;随着可推拉导流栏杆长度的增加,人员疏散时间呈现减小趋势,可推拉导流栏杆长度为6 m时比固定导流栏杆长度为14 m时的疏散效率提高了9.7%。     

"鸟巢"演唱会人员疏散CA-BP仿真研究

针对现今大型活动中的人群踩踏事故频发问题,通过对"鸟巢"演唱会进行人流疏散仿真分析,研究紧急情况下人流疏散逃生规律及均衡疏散方法.通过设置人员速度、移动余值、出口逃生条件等因素扩展元胞自动机行人流模型,并借助Matlab语言实现可视化仿真模拟,以探究人流疏散逃生规律;引入疏散系数,并通过建立BP神经网络获取较优疏散系数,均衡各个出口所承担的疏散任务.结果表明,"鸟巢"演唱会在疏散过程中人群对通行出口的选择较为不合理,仿真疏散总时间长达455.5 s,与理想疏散曲线所得疏散总时间270.0s相比,存在40.7％的偏差,为减小此偏差引入出口疏散系数指导人群定向选择出口,通过仿真模拟得到的疏散总时间为312.0 s,减少约31.5％,出口选择不均衡现象被显著缓解.最后提出了针对疏散不平衡问题的相关措施.     

地铁站异质人群疏散折返行为模拟分析

为了解折返行为对异质人群的疏散影响,应用Pathfinder软件对地铁站异质人群突发状况下疏散折返行为进行研究。对人员面对不同情景时的折返意向进行调研,分析了疏散楼梯宽度、折返人员比例、折返位置、列车到站数量、折返人员类型等对地铁站疏散速率以及疏散时间的影响。研究结果表明:折返比例、折返距离和难度与稳定疏散期疏散速率呈负相关,与疏散时间呈正相关,疏散楼梯宽度倍数则反之;地铁站停靠的列车数量与疏散时间呈正相关;肩越窄、运动速度越快,稳定疏散期的疏散速率越大、整体疏散时间短。     

地铁事故应急疏散模拟及优化研究

为探究如何提高地铁车站应急疏散的效率,以我国近十年来地铁常见事故类型统计为基础,在事故风险分析的前提下,利用风险矩阵和元胞自动机设定应急疏散等级,分析不同事故水平下相应疏散措施。以北京地铁西直门站为实例,使用疏散仿真软件Pathfinder构建模拟环境,对高峰时期下站内最短逃生路径进行疏散模拟;按照事故与疏散的响应过程,从预防次生事故角度出发,针对西直门站疏散过程中可能发生的踩踏事故的诱发因素进行优化;研究拥堵对疏散进度的具体影响,选取使用率较低的M通道设施,进行不同使用率下的多次模拟,得到最优的疏散方案,研究结果可为进一步提高疏散设施利用率、改善应急疏散效果提供技术支持。     

体育馆中人员安全疏散的仿真分析

针对现今公共活动中的人群踩踏事故频发问题,应用计算机仿真技术研究紧急情况下建筑物中人群逃生规律及设施优化方法。设置人员体质、移动余值、出口逃生条件等因素,扩展元胞自动机(CA)行人流模型。利用Matlab语言实现可视化模拟。对莱阳市某体育馆进行人流疏散模拟,分析得到其安全设施的最佳设定参数,实现优化目的。结果表明:该体育馆仿真疏散完成总时间为103.5 s,可引发踩踏事故的疏散危险期长达49.0 s,疏散危险期长度为判断踩踏事故发生可能性的重要指标;出口宽度、数量均与疏散时间呈负相关,且均存在疏散能力饱和点。据此提出将宽度改建为2.5 m、数量增加到6个的优化方案,此方案疏散危险期为9.0 s,疏散总时间缩短到33.5 s。