視野受限條件下的行人運動實驗與模型研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑設(shè)施大量涌現(xiàn)，同時伴隨著行人出行頻率的增加和大型公共活動的增多，在一些公共場所如學(xué)校、體育館、地鐵站、火車站等經(jīng)常出現(xiàn)大規(guī)模人群的聚集。在高密度人群環(huán)境中，個體運動嚴(yán)重受阻，容易引發(fā)擁擠踩踏。當(dāng)前針對行人疏散的研究絕大多數(shù)都集中在行人視野正常、外界能見度良好的情況下，然而當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時產(chǎn)生的煙塵或其它原因造成電力照明系統(tǒng)崩潰會導(dǎo)致外界能見度下降，此時行人的視野會受到不同程度的影響。所以本文采用實驗

2、和模型相結(jié)合的方法，對視野受限下行人微觀運動和疏散過程進行了研究。
　　為獲取行人在視野受限條件下運動的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，我們首先開展了基本的單列行人運動實驗。后期基于實驗視頻和軌跡分析，發(fā)現(xiàn)行人在視野受限情況下傾向于尋找邊界和跟隨前方行人運動;隨著人員密度的增加，行人軌跡的側(cè)向擺幅增大;隨著能見度的降低，高密度下走?，F(xiàn)象開始占據(jù)交通主導(dǎo)，并逐漸向中等密度延伸;前向距離與運動速度關(guān)系可以分為運動受限和自由運動兩個階段:在運動受限階段，前向

3、距離與運動速度之間的相關(guān)性隨著視野受限程度的加重而越來越弱;而在自由運動階段，不同透光率下行人的自由運動速度都符合高斯分布(vLT=0.3％～N(1.31,0.072),vLT=0.1％～N(0.71,0.092)和vLT=0.0％～N(0.45,0.102));視野受限條件下密度與流量關(guān)系大致可以分為三個階段:自由流階段、最大流階段和擁擠流階段。透光率0.3％、0.1％和0.0％下的最大流量分別為1.3s-1、1.1s-1和0.9s-

4、1左右。
　　為研究視野受限情況下行人的疏散過程，我們分別針對視野部分受限和完全受限兩種情況開展了疏散實驗和模型模擬。在部分受限的超市疏散實驗中，觀察到行人的一些典型行為包括跟隨行為、幫助行為和尋找依附物行為。隨后又設(shè)計了調(diào)查問卷進一步對受限視野下的行人疏散進行研究，發(fā)現(xiàn)問卷結(jié)果與實驗觀察結(jié)果存在一定差異。最后構(gòu)建了考慮視野受限情況下行人典型行為特征的疏散模型，不同場景下模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的高度吻合驗證了模型的可靠性。針對完全受限

5、的情況，實驗觀察到行人首先會沿著當(dāng)前的朝向運動去尋找墻壁;在找到墻后此時行人有選擇左手側(cè)方向運動的傾向;之后行人會繼續(xù)沿墻運動，運動過程中行人會采取不同的策略來解決與他人的沖突，直至最后找到出口離開。此外T檢驗結(jié)果表明行人沿墻運動速度大于未找到墻的運動速度。隨后基于實驗觀察和分析結(jié)果，建立了多格子人員疏散模型，模擬重現(xiàn)了實驗中行人的典型運動特征。最后通過對比正常視野和視野完全受限下的疏散，發(fā)現(xiàn)兩者既有相同點也有不同點。相同點是:人員在均

6、勻分布、隨機分布和集中分布下，整體的疏散時間差別不大;兩種視野情況下的行人疏散時間都隨著初始人員密度的增加而上升;增加出口數(shù)量能降低人員疏散時間，視野完全受限情況下效果更顯著;疏散過程中連續(xù)兩人通過出口的時間間隔都呈現(xiàn)冪律關(guān)系。不同點是:正常視野下行人運動速度更快并且疏散距離更短，故其所需的疏散時間明顯要短于視野完全受限下的疏散;增加出口寬度對于正常視野下的疏散十分有利而對于視野完全受限下的疏散幾乎沒有影響;正常視野條件下疏散中行人大多

7、集中在出口附近，而在視野完全受限下墻的周邊是人員高密度區(qū)域。
　　通過以上研究我們對視野受限條件下的行人運動和疏散有了更深的認(rèn)識，接下來將探討該如何對視野受限環(huán)境中的行人進行疏散引導(dǎo)。首先，基于多格子模型我們建立了考慮引導(dǎo)員存在的人員疏散模型。模型中一共設(shè)置兩種行人類型:引導(dǎo)員和跟隨者。其次，針對視野受限情況下的引導(dǎo)員數(shù)量、類型、分布、運動速度及引導(dǎo)策略對疏散時間的影響開展了模擬研究。最終模擬結(jié)果表明:有標(biāo)識的引導(dǎo)員在人群中容易被

8、其他行人識別，從而能發(fā)揮更大引導(dǎo)作用，其疏散時間較無標(biāo)識的引導(dǎo)員情況降低了7％;動態(tài)引導(dǎo)中引導(dǎo)員通過自身運動擴大了引導(dǎo)范圍，疏散時間較靜態(tài)引導(dǎo)下減少了20％;綜合考慮人力成本和疏散時間的情況下存在一個相對較優(yōu)的引導(dǎo)員數(shù)量;引導(dǎo)員的均勻分布能覆蓋更大的引導(dǎo)面積從而更有利于整體疏散，但這跟實際中其他行人的分布有關(guān);引導(dǎo)員的運動速度約為其他行人速度的75％時，疏散引導(dǎo)效果最優(yōu);對比不同的疏散引導(dǎo)策略，發(fā)現(xiàn)綜合考慮與目標(biāo)行人的距離和目標(biāo)行人周圍