考虑环境熟悉度与疏散策略的元胞自动机模型

为明确环境熟悉度及疏散策略对行人疏散过程的影响,在静态场域模型中引入行人转化规则,建立考虑环境熟悉度与疏散策略的元胞自动机(CA)模型;该模型将行人分为熟悉环境和不熟悉环境2类,考虑环境熟悉度改变对疏散过程的影响;模拟仿真2种疏散策略和行人转化规则,讨论在不同能见度下,盲目疏散、理性疏散及改变行人转化概率对疏散的影响。结果表明:环境熟悉度影响疏散效率,环境熟悉度与疏散效率成正比;行人密度较小时,能见度对疏散影响大,最佳能见度为11(4.4 m),能见度大于11(4.4 m)时应选择理性疏散;环境熟悉度不变时,转化概率增加会使得疏散时间减少,最佳转化参数为0.01。     

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。     

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。     

考虑帮助行为的人员疏散元胞自动机模型

为研究帮助行为在疏散过程中的作用,模拟疏散过程中人员的帮助行为,建立一种考虑帮助行为的元胞自动机模型,模型中把疏散人员分为提供帮助的年轻人和需要帮助的老年人;通过仿真分析疏散过程中帮助行为在老年人占有比例和位置分布等不同情况下对疏散效率和疏散过程的影响以及人员离开疏散空间的时间特征。研究表明:年轻人的帮助行为可以提高疏散的效率,但是其效果受到帮助的概率、老年人占有比例和位置分布的影响;当老年人占有比例小于80%时,帮助行为的效果较好,且帮助概率越高效果越好;帮助行为在老年人分布整个房间时比老年人只分布在出口附近时对疏散效率的影响更显著;帮助行为在老年人占有比例和位置分布等不同情况下对疏散过程不同阶段影响的不同;帮助行为可以优化人员离开的时间分布。     

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。     

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。     

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.     

考虑恐慌情绪和沿墙引导的行人疏散模型

为探究有限视域条件下救援人员对恐慌行人的疏散引导策略,利用元胞自动机模型,模拟建筑中存在危险源时行人的恐慌疏散行为,以及救援人员沿墙走引导策略对疏散过程的影响。首先,建立考虑救援人员沿墙引导的恐慌疏散动力学模型;然后,模拟存在危险源条件下救援人员沿墙引导时的人群疏散动力学过程;最后,重点分析行人恐慌程度、危险源位置对疏散过程的影响。结果表明:行人恐慌程度越高,对危险源越敏感,越不能理性地寻找安全出口而出现盲目跟随、角落聚集等现象,救援人员沿墙引导可有效缓释人群的恐慌情绪,提升疏散效率;当危险源距离安全出口较近时,行人恐慌程度较高,疏散时间较长,而救援人员沿墙引导能显著提升疏散效率,且危险源距离安全出口越近,疏散引导效果越显著;在有限视域条件下,行人在恐慌情绪的影响下更倾向于沿墙疏散,并出现盲目跟随、角落聚集等不安全行为,沿墙走引导方式能促进行人人理性疏散,提高人群疏散效率。     

考虑视觉障碍行人的疏散模型

为研究视觉障碍行人对人群疏散的影响,首先根据ISOBE等人的可控试验结果,描述视觉障碍行人疏散行为,并考虑正常行人对视觉障碍行人的帮助行为,采用移动概率和修正Moore邻域规定的小团体运动规则,建立考虑视觉障碍行人的场域元胞自动机疏散模型;然后通过模拟视觉障碍行人活动场所人群疏散的运动状态和演化过程,探究帮助行为、视觉障碍行人占比、出口位置对整体疏散结果的影响。结果表明:正常行人对视觉障碍行人的帮助行为能有效减少疏散时间,帮助行为对于混合人群疏散效率的提升作用随着人群密度的增加愈发显著;混合人群中视觉障碍行人占比增大会导致疏散效率降低,且这种不利影响随着人群密度的增加会加剧;相比于出口在墙角或出口距墙角有一定距离,出口位置在墙壁中心对于混合人群疏散更有利。     

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.     

公共场所人员应急疏散引导研究

在公共场所应急疏散的过程中,应急疏散人员往往需要更多地依靠自身经验,而非传统的完全理性决策。为解决这一问题,提出一种具有引导者的多主体系统人员应急疏散交互模型,对模型中的Agent进行分类,建立单独Agent、结伴Agent和引导者Agent三类群体Agent,对疏散人员在引导者的指挥和控制作用下进行模拟。仿真结果表明在应急管理中设置引导者,可以在疏散初始阶段引领疏散人员快速明确疏散目标,减少迂回现象;疏散过程中合理疏导人群利用疏散出口,避免某一出口过度拥堵;引导者在疏散过程中进行密度控制,可以使整个疏散过程更合理有序,整体提高疏散效率。     

大型购物中心人员疏散引导模拟优化研究

紧急情况下,大型公共场所人员在疏散过程中往往慌不择路,导致疏散设施使用不均、疏散路径拥堵、疏散难度加剧。针对该问题,以出口和楼梯等疏散资源得到充分利用为目标,提出疏散路径优化的基本思想,运用EVACNET4建立建筑网络疏散模型,并以某大型购物中心为实例对象,开展“无路径优化、无疏散引导”和“有路径优化、有疏散引导”2种情景下的疏散过程模拟及对比分析,通过引导疏散实现路径优化方案和疏散效率的提升。研究结果表明:有路径优化和疏散引导的方案可实现更短的疏散时间、更均衡的出口利用率。