視野受限條件下的行人運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)與模型研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(shí)伴隨著行人出行頻率的增加和大型公共活動(dòng)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(gè)體運(yùn)動(dòng)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(shí)產(chǎn)生的煙塵或其它原因造成電力照明系統(tǒng)崩潰會(huì)導(dǎo)致外界能見度下降，此時(shí)行人的視野會(huì)受到不同程度的影響。所以本文采用實(shí)驗(yàn)

2、和模型相結(jié)合的方法，對視野受限下行人微觀運(yùn)動(dòng)和疏散過程進(jìn)行了研究。
　　為獲取行人在視野受限條件下運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，我們首先開展了基本的單列行人運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。后期基于實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng);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(yùn)動(dòng)速度關(guān)系可以分為運(yùn)動(dòng)受限和自由運(yùn)動(dòng)兩個(gè)階段:在運(yùn)動(dòng)受限階段，前向

3、距離與運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)階段，不同透光率下行人的自由運(yùn)動(dòng)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(gè)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(shí)驗(yàn)和模型模擬。在部分受限的超市疏散實(shí)驗(yàn)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(jì)了調(diào)查問卷進(jìn)一步對受限視野下的行人疏散進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)問卷結(jié)果與實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果的高度吻合驗(yàn)證了模型的可靠性。針對完全受限

5、的情況，實(shí)驗(yàn)觀察到行人首先會(huì)沿著當(dāng)前的朝向運(yùn)動(dòng)去尋找墻壁;在找到墻后此時(shí)行人有選擇左手側(cè)方向運(yùn)動(dòng)的傾向;之后行人會(huì)繼續(xù)沿墻運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中行人會(huì)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(yàn)結(jié)果表明行人沿墻運(yùn)動(dòng)速度大于未找到墻的運(yùn)動(dòng)速度。隨后基于實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中行人的典型運(yùn)動(dòng)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(diǎn)也有不同點(diǎn)。相同點(diǎn)是:人員在均

6、勻分布、隨機(jī)分布和集中分布下，整體的疏散時(shí)間差別不大;兩種視野情況下的行人疏散時(shí)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(shí)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(shí)間間隔都呈現(xiàn)冪律關(guān)系。不同點(diǎn)是:正常視野下行人運(yùn)動(dòng)速度更快并且疏散距離更短，故其所需的疏散時(shí)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(yùn)動(dòng)和疏散有了更深的認(rèn)識(shí)，接下來將探討該如何對視野受限環(huán)境中的行人進(jìn)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(yùn)動(dòng)速度及引導(dǎo)策略對疏散時(shí)間的影響開展了模擬研究。最終模擬結(jié)果表明:有標(biāo)識(shí)的引導(dǎo)員在人群中容易被

8、其他行人識(shí)別，從而能發(fā)揮更大引導(dǎo)作用，其疏散時(shí)間較無標(biāo)識(shí)的引導(dǎo)員情況降低了7％;動(dòng)態(tài)引導(dǎo)中引導(dǎo)員通過自身運(yùn)動(dòng)擴(kuò)大了引導(dǎo)范圍，疏散時(shí)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(shí)間的情況下存在一個(gè)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(shí)際中其他行人的分布有關(guān);引導(dǎo)員的運(yùn)動(dòng)速度約為其他行人速度的75％時(shí)，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