基于元胞自动机的火灾场景行人流疏散仿真研究

基于元胞自动机的场强模型在二维平面行人流疏散问题的研究中已得到了广泛应用.已有模型主要描述行人基于出口位置并跟随其余行人进行疏散的行为特征,未充分考虑火灾蔓延和局部拥堵对行为选择的影响,难以准确模拟这些情景下的疏散过程.实际情况下,火灾环境将显著影响行人的移动方向,周边行人流的拥堵程度则影响行人的移动需求.提出基于火灾场景的移动方向,考虑火灾导致的恐慌对移动方向的影响;基于行人流场景的期望速度,考虑行人流中局部拥堵对移动需求的影响,对已有场强模型进行修正.参数分析表明:考虑基于场景的移动方向和期望速度规则后,疏散时间和平均死亡人数均呈现变化;不考虑移动方向和期望速度的行为特征将低估疏散总时间,并高估火灾导致的平均死亡人数.     

双出口房间人群疏散的出口选择行为

采用基于背景场的元胞自动机模型研究双出口房间的人群疏散. 为了刻画行人的出口选择行为, 引入了衰减背景场, 其中考虑了出口处拥堵的影响. 出口区域内人数的变化导致衰减背景场随之动态改变. 在疏散过程中, 行人根据变化的背景场来选择出口. 数值模拟结果显示, 在衰减背景场的作用下, 多数行人选择大出口, 少数行人选择小出口. 从两个出口离开的人群几乎同时完成疏散, 因此疏散时间明显缩短, 两个出口都得到了有效利用. 背景场衰减系数可以作为衡量行人对出口拥堵状况变化敏感程度的标志, 但衰减系数并非越大越好. 当衰减系数较大时, 会出现振荡流并导致疏散时间变长. 确定了临界衰减系数, 当衰减系数取临界值时, 疏散时间最短, 出口利用率最大. 模拟结果表明, 采用衰减背景场可以很好地描述多出口人群疏散的出口选择行为.     

人群疏散的社会力蚁群模型

密集人群的运动仿真研究是当下辅助实际应用的一种重要手段.针对现有疏散仿真存在的诸如模拟精确度较低、疏散模型不连续、人群行为过于单一等问题,本文提出一种新的人群疏散模型,该模型将社会力模型与蚁群算法相结合,用社会力作为蚁群算法中信息素更新策略的度量值.建立社会力蚁群模型,该模型充分考虑了人群疏散中个体间的作用力关系,解决了算法中易于出现的停滞和早熟现象.实验结果表明,该方法可以有效发挥蚁群算法在人群模拟中的优势,较传统算法具有更高的效率和运算速度,对大规模建筑内人群疏散有重要参考价值.     

潜意识效应的人群应急疏散研究

从行为建模思想出发,在Tajima格子气模型基础上,考虑不同空间环境下行人的潜意识行为,建立了具有潜意识效应的人群应急疏散格子气模型,用以刻画行人疏散过程中的偏向选择及决策行为。数值模拟研究了大厅内人群疏散的动力学行为,并探讨了潜意识行为作用空间大小、潜意识行为偏向强度、出口宽度、系统大小及人员密度等因素对人群疏散效率的影响。结果表明:拓展的格子气模型能够真实地再现疏散过程中出现的"成拱"现象;潜意识行为能够有效地提高人群的疏散效率;饱和流量和疏散时间对出口宽度具有确定的标度关系。     

基于元胞自动机和SIS传染算法的恐慌状态下行人疏散模型

为了研究人群在恐慌状态下的疏散行为特征,基于元胞自动机和SIS传染算法提出了一种用于恐慌状态下的行人疏散模型.通过场域模型给出了行人的移动收益公式,并利用SIS传染算法来研究恐慌情绪在人群中的传播规律及对疏散行为造成的影响,同时,给出了恐慌情绪量化公式.然后,通过仿真实验对疏散时间、行人密度、恐慌情绪比值和平均速度等参数进行了分析和讨论.仿真实验结果表明:行人密度与恐慌人数之间为正相关,人群到出口的距离与恐慌人数比例、恐慌因子W_p之间为正相关;恐慌情绪比值与疏散时间、恐慌因子W_p之间为负相关,人群平均速度与行人密度之间为负相关.     

地铁车站通道行人超越行为改进社会力模型研究

社会力模型由于模型机制原因,在行人微观仿真时无法实现主动超越行为,现有模型改进研究可通过不同方式实现主动超越,但未关注主动超越完整轨迹的实现和验证。本文以地铁车站通道内中低密度下的单向行人流为研究对象,通过行人步行轨迹分析主动超越行为的轨迹和心理特征。据此通过前进力、换道力、边际力组合构成驱动力,改进社会力模型,实现主动超越,通过速度-密度基本图、超越轨迹及超越行为等对模型有效性进行验证。结果表明,改进社会力模型在实现行人的主动超越行为的基础上,实现了行人返回超越前原始步行道的行为特征,可再现符合实际的行人主动超越轨迹。     

双出口教室的人群疏散建模和模拟

采用动态背景场元胞自动机模型研究了双出口教室的人群疏散.该模型将静态的障碍物分为不可穿越和可穿越两种,行人被当作移动的障碍物,因此背景场随人群的运动而变化.行人通过比较两个出口在其当前所在位置产生的背景场值来选择目标出口.通过数值模拟研究了不同出口宽度和桌椅排列下双出口教室的人群疏散过程,得到了不同位置处的疏散时间分布以及平均和最大疏散时间的变化曲线.模拟结果表明,距离因素是学生选择出口的主要因素.疏散开始时,学生倾向于进入就近的过道.疏散过程中,少数中间的学生会由于目标出口的拥堵而选择另一出口.当学生到达目标出口附近时,通常不会再选择其他出口.模拟结果与日常经验一致.该模型可以用于具有复杂内部结构、多出口房间的人群疏散模拟.     

基于改进社会力模型的地铁车站应急疏散模型

应急情况下的客流疏散对地铁车站运营安全至关重要。综合考虑行人心理状态和社会属性的影响,对行人感知范围进行了重新定义,并对应急疏散情况下的行人绕行效应进行了分析验证。应用Anylogic软件对上海地铁9号线松江大学城站的实际客流情况进行建模并进行对比分析。模型修正后,总体疏散时间减少了7.5%,出口2处滞留的行人密度降低了1.14人/m~2,行人行走距离增加了5.0%。经验证得出,改进后的社会力模型符合实际疏散情况。     

考虑共同避让行为的门诊大厅多向行人仿真

医院门诊大厅建筑面积大、服务功能多,导致多向行人冲突频繁发生,影响行人服务感受,在大厅的空间规划、设计及管理时应充分考虑行人的多向冲突特性.实地调研发现,医院门诊大厅行人聚集区域的共同避让行为主要受行人通视、两共同避让行人间步行方向夹角及二者间距影响.基于社会力模型原理,结合共同避让行为影响因素,引入共同避让时行人间吸引力,建立门诊大厅多向行人共同避让行为仿真模型.以某中医院门诊大厅为例,通过共同避让行为特征和行人流参数对比,验证了仿真模型的真实性,据此研究不同门诊大厅空间布局对行人走行质量的影响,得到现状服务人流量及门诊大厅面积下,门诊大厅行人聚集区域长宽比以1∶0.1 ～1∶0.6为宜的结论.该模型可对医院门诊大厅等行人多向冲突频繁空间进行定量分析,为该类空间规划、设计及管理提供理论支持及方法依据.     

基于口岸行人需求空间的经典社会力模型研究

为了有效分析通关口岸行人交通特性,提高口岸安全管理水平,以澳门某通关口岸的行人密度调查数据为基础,分析建立需求空间预测数学模型.对比国内外研究成果与口岸行人需求空间的差别,标定了通关口岸大厅的行人行走行为参数.再通过行人需求空间模型的研究,确定了社会力模型参数的取值范围.最后,通过VISSIM仿真平台,开展仿真研究,以行人自动渠化和瓶颈摆动现象作为衡量指标,对比分析社会力影响范围参数标定后与缺省值情况下的行人交通模拟效果.仿真结果说明当社会力影响范围为0.31～0.45时,能够有效减少行人振荡,行人之间有一定的挤压效果,仿真结果更有效,更符合实际交通状况,从而验证本文标定参数方法的可行性.