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。     

基于改进蝴蝶算法和社会力模型的多出口疏散模型研究*

为提高多出口场景下行人疏散效率和精度,基于蝴蝶算法和社会力模型,提出一种新的应急疏散仿真路径规划方法。在原有社会力模型中,考虑距离出口远近及行人所处位置拥挤度对运动过程中期望速度的影响,引入速度调节因子,描述行人在疏散中的期望速度变化;针对蝴蝶算法中后期收敛速度慢和易陷入局部最优的缺陷,提出自适应感知概率参数以增强局部搜索和全局搜索之间的平衡;在每轮迭代结束时引入迭代局部搜索策略,扰动局部最优解获得中间状态,并重新搜索上述中间状态得到全局最优解。研究结果表明:提出的应急疏散仿真路径规划方法在多出口环境下能够更有效地利用出口资源,提高疏散效率。     

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。     

多出口场景下考虑动态出口选择的人员疏散

为使多出口场景下人员疏散情况与实际更吻合，基于元胞自动机(CA)建立考虑更换目标出口的动态出口选择模型。综合考虑行人到出口的距离和出口前的拥挤程度对其选择的影响；通过选择模糊度和出口保持率来模拟行人选择出口的犹豫和随机性；再根据疏散环境的变化计算各出口被选择概率，更新行人的目标出口。比较动态出口选择策略与静态出口选择策略的差异。结果表明：动态出口选择策略有低密度无效和高密度有效2个阶段，且在高密度下选择模糊度小更利于疏散。出口保持率的增加能否提高疏散效率与选择模糊度有关。出口区域半径的增加在一定程度上能降低疏散时间。与静态出口选择策略相比，该策略可以提高出口利用率，缓解各出口密度不平衡程度，提高疏散效率。     

基于组合模型的地铁车站行人疏散仿真优化研究

为提高疏散情况下地铁车站内行人运动行为仿真的准确性与高效性,提出采用社会力模型中的行人间排斥力、出口吸引力和障碍物排斥力理论,优化元胞自动机(CA)模型环境,构建基于组合模型的行人疏散仿真模型;采用移动残差计算法,优化元胞在网格中的移动规则;最后通过仿真试验标定行人疏散路径决策参数(静态吸引场参数、障碍物排斥场参数、力场耦合参数)。结果表明:基于组合模型的行人疏散仿真模型能够依据不同行人速度变更的移动规则,模拟出行人受障碍物、其他行人影响作用下的行人流动情况,更真实地反映疏散情况下行人流动情况,提高城市轨道交通运营安全决策水平。     

一种基于多出口环境的人群疏散改进模型

为有效提高多出口环境下人群疏散的模拟精度,基于社会力模型和粒子鸽群算法,建立一种新的人群疏散模型;该模型改进传统社会力模型中影响行人运动的自驱力方向,利用场域模型来获得行人的运动方向,同时将此方向作为社会力模型中自驱力方向;结合场域值、平均速度和拥挤度提出多出口环境下的疏散优化模型,并通过粒子鸽群算法对上述优化模型实现快速求解。结果表明:随着人群密度的增加,平均疏散速度呈现出先降低后缓慢增加的趋势;在人群密度较小时,场域权重值越大对应的疏散时间越小。     

考虑结伴行为的双出口超市元胞自动机模型

为研究结伴行为以及障碍物对疏散过程的影响,建立考虑2人结伴行为的双出口元胞自动机疏散模型。模型在静态场中引入危险度模拟行人路径选择,设置个体和2人结伴疏散人群,研究不同行人密度下二者的疏散过程,比较疏散效率;分析相同密度下不同结伴比例的行人疏散过程,得到最优比例;设置横向、竖向和横竖3种障碍物排列方式,模拟个体疏散和结伴疏散2种情况,得到障碍物最佳排列。结果表明:对于个体疏散和结伴疏散,行人密度增加会增加疏散时间,相同行人密度下个体疏散优于结伴疏散;相同结伴比例下,行人疏散时间随着行人密度的增加而增加,结伴比例小于0.6时,疏散效率较高;最佳障碍物排列方式为横竖排列,建议结伴行人比例为0.4。     

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。     

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。     

考虑视野范围模糊性的从众疏散模型

为了提高疏散模拟的真实性,针对行人视野范围模糊性的特点,应用膨胀-连通域算法建立一种视野范围动态变化模型,分析不同人员数量、熟悉环境人数占比下从众行为对疏散时间的影响。结果表明：从众行为对疏散时间的影响具有两面性。人数较少情况下,从众行为可减少行人随机移动,减少疏散时间;人数较多但熟悉环境行人占比较少时,盲目从众容易导致行人受群体错误方向影响偏离出口,增加疏散时间。视野范围动态变化模型较固定值模型的从众群体现象特征更明显。     

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。     

考虑恐慌情绪感染下行人绊倒行为的疏散模型

为研究恐慌情绪下行人跨越障碍物时绊倒行为对疏散进程的影响,提出1种多模型耦合的元胞自动机模型。基于OCEAN模型和SIS模型建立个性化的情绪感染模型,模拟人群中恐慌情绪的动态感染;引入社会力模型中力的作用,判断恐慌行人是否会被障碍物绊倒;讨论情绪阈值、行人密度、可跨越障碍物长度及位置、帮扶阈值等因素对疏散结果的影响。研究结果表明：情绪阈值越高,疏散时间越长,绊倒次数越少;行人密度越高,疏散时间越长,绊倒次数越多;可跨越障碍物长度和位置的变化均会对疏散时间和绊倒次数产生一定影响;帮扶阈值越低,倒地行人的平均恢复时间越短。研究结果以期为后续此类研究和预防工作提供参考与依据。     

基于模糊规则和BFS算法的行人疏散模型研究*

为建立更加真实的行人疏散模型,基于模糊规则和广度优先搜索（BFS）算法,利用元胞自动机,提出1种优化的行人疏散模型。引入动态模糊速度规则,建立移动速度与周边环境的模糊对应关系,从而模拟行人在不同环境下的运动速度;通过设定危险度规则,使用基于双端队列的BFS算法快速计算每个格子距离安全出口的“静态危险度”,并与出口处人群密度的“动态危险度”耦合,使元胞自发地向“总危险度”更低的方向移动;结合动态速度规则建立1种基于排队理论的出口疏散机制。结果表明:所建模型能够再现行人流自组织现象,真实地反应行人不同的移动方式以及疏散的具体过程;模型考虑了出口排队疏散机制对疏散时间的影响,使疏散效率得到提高,为行人疏散模型的建立以及公共场所的设施布局等应急疏散预案提供有效参考。     

利用动态贝叶斯网络实现人群聚集风险分析

为动态探究影响人群聚集风险的主要因素及定量评估人群聚集风险,依据贝叶斯估计理论改进静态贝叶斯网络模型,建立动态贝叶斯网络模型。用该模型可根据实时采集数据计算后验参数,获取动态定量风险评估结果。利用所建的动态贝叶斯网络模型动态定量评估北京市某大型商业街区人群聚集风险。结果表明:该街区初始人群聚集拥堵概率为0.8×10~(-3),踩踏概率为7.6×10~(-6)。随着实时观测数据的引入,最终拥堵概率为2.4×10~(-3),踩踏概率为1.63×10~(-5),其中疏散不及时、疏散通道不畅、疏散标志不清等3个因素的相对重要度影响因子较大,是主要影响因素。实例中各基本事件的发生概率和相对影响因子动态变化,证明该模型有效。     

基于自适应共生生物搜索的人群疏散方法

为了解决传统场域模型在刻画人群疏散过程中的不足，基于自适应共生生物搜索方法来改进场域模型，构建了一种新的室内空间人群疏散优化模型。首先，该模型将路径拥挤度和局部方向拥堵度2个因素融入场域模型，以此构建最小疏散时间的目标优化函数。其次，通过调整动态自适应因子对共生生物搜索的共栖阶段进行扰动，解决优化方法的局部最优问题。最后，根据搭建的真实疏散环境与仿真试验平台，对比分析了改进模型与传统场域模型之间的性能状况。结果表明：传统场域模型在出口处容易造成大量拥挤，而优化模型能够有效实现躲避拥堵；同时优化模型可以根据不同时间段动态调整疏散策略，提高疏散效率。     

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...     

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。