基于改進(jìn)社會(huì)力模型的行人復(fù)雜運(yùn)動(dòng)行為仿真研究.pdf

1、在行人運(yùn)動(dòng)研究中廣泛應(yīng)用社會(huì)力模型開展研究，但是傳統(tǒng)模型在描述恐慌人群的反應(yīng)時(shí)仍存在諸多不足。本文在進(jìn)行基于改進(jìn)社會(huì)力模型的行人復(fù)雜運(yùn)動(dòng)行為仿真研究中，首先分析了傳統(tǒng)社會(huì)力模型的基本原理，結(jié)合人群恐慌狀態(tài)描述，總結(jié)了傳統(tǒng)模型的局限。針對(duì)模型的局限，結(jié)合已有相關(guān)研究，對(duì)傳統(tǒng)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，引入恐慌系數(shù)以整合常態(tài)下和恐慌狀態(tài)下的行人運(yùn)動(dòng)，并開展人群實(shí)驗(yàn)獲取所需數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，以人頭時(shí)距分布和誤差統(tǒng)計(jì)量的指標(biāo)選定備選參數(shù)集，再驗(yàn)證改進(jìn)后模

2、型的優(yōu)化效果。最后選定行人仿真軟件Vissim，基于改進(jìn)模型對(duì)幾種典型的行人復(fù)雜運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真研究，探究不同情況下的行人運(yùn)動(dòng)特性。本文的研究成果與主要結(jié)論包括以下幾點(diǎn):
　　1.對(duì)傳統(tǒng)社會(huì)力模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析，結(jié)合恐慌狀態(tài)描述，總結(jié)了現(xiàn)有模型的局限，傳統(tǒng)模型以牛頓第二定律的形式，通過行人自驅(qū)動(dòng)力、行人間的心理排斥力以及行人與障礙物或墻體間的心理排斥力描述行人的加速度變化。傳統(tǒng)模型在描述恐慌場(chǎng)景下的行人運(yùn)動(dòng)時(shí)存在不足，實(shí)際上行人個(gè)體模型

3、應(yīng)該是橢圓形表征，自驅(qū)動(dòng)力中的期望速度也應(yīng)滿足一定的分布，而行人在恐慌下存在物理排斥力，力的作用是各向異性的，受力個(gè)體分析時(shí)也只考慮最鄰近的幾個(gè)施力個(gè)體。此外，在運(yùn)用社會(huì)力模型模擬行人運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)利用實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定和效果驗(yàn)證。
　　2.針對(duì)傳統(tǒng)社會(huì)力模型的結(jié)構(gòu)局限，改進(jìn)了社會(huì)力模型。在模型結(jié)構(gòu)上，引入描述恐慌程度的恐慌系數(shù)pp，行人的個(gè)體速度分布曲線、基于角度相關(guān)前因子的行人間物理排斥力、行人與障礙物或墻體間的物理排斥力

4、以及最大影響源參數(shù)，完成了對(duì)模型結(jié)構(gòu)的調(diào)整。結(jié)合已有研究和所需數(shù)據(jù)，開展人群疏散實(shí)驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以標(biāo)定模型中涉及的行人類別參數(shù)，對(duì)于難以量化的、存在多個(gè)備選參數(shù)集的心理排斥力和物理排斥力強(qiáng)度系數(shù)，通過仿真數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的人頭時(shí)距分布對(duì)比、計(jì)算誤差統(tǒng)計(jì)量F的方法，選取最優(yōu)參數(shù)取值A(chǔ)psy(i)=Apsy=3.3，Aphy(i)=Aphy=2.2，至此改進(jìn)模型的全部參數(shù)標(biāo)定完畢，并利用敏感性系數(shù)檢驗(yàn)了模型參數(shù)對(duì)模型仿真應(yīng)用結(jié)果的影響。最后

5、利用改進(jìn)模型與Viswalk默認(rèn)采用的傳統(tǒng)模型輸出對(duì)應(yīng)仿真結(jié)果，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)，驗(yàn)證了改進(jìn)模型能顯著提高(t檢驗(yàn)p值為0.002)恐慌狀態(tài)下行人運(yùn)動(dòng)仿真的準(zhǔn)確度（準(zhǔn)確度提高約27％）。
　　3.通過行人微觀仿真軟件Viswalk，運(yùn)用研究提出的改進(jìn)模型對(duì)行人復(fù)雜運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行了仿真研究，探究了常態(tài)下和恐慌狀態(tài)下行人的相關(guān)運(yùn)動(dòng)特性。遵循Viswalk一般仿真流程，先從行人的2D/3D模型分布和行走行為參數(shù)入手設(shè)定了行人類別參數(shù)，結(jié)合行

6、人常態(tài)下和恐慌狀態(tài)下的期望速度分布，確定了行人組成參數(shù)，然后根據(jù)不同要求繪制行人面域、障礙物和檢測(cè)面域，確定仿真環(huán)境和仿真場(chǎng)景，輸入行人流量和路徑?jīng)Q策，最后運(yùn)行仿真提取檢測(cè)面域的行人平均運(yùn)動(dòng)速度數(shù)據(jù)、人群平均疏散時(shí)間數(shù)據(jù)以及人群的人頭時(shí)距分布數(shù)據(jù)。在轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的研究中，仿真結(jié)果顯示行人轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)發(fā)生速度衰減，其衰減幅度與轉(zhuǎn)向角度正相關(guān);常態(tài)下隨著轉(zhuǎn)角增大轉(zhuǎn)向后的速度逐漸回升至接近轉(zhuǎn)向前的速度，恐慌狀態(tài)下行人存在補(bǔ)償心理，隨著轉(zhuǎn)角增大行人的轉(zhuǎn)

7、向后速度迅速回升甚至超過轉(zhuǎn)向前速度;顯著性檢驗(yàn)還表明恐慌狀態(tài)下小轉(zhuǎn)向角度已經(jīng)能對(duì)轉(zhuǎn)向速度產(chǎn)生顯著衰減，因此人流量大的場(chǎng)所需要更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乜紤]其建筑設(shè)計(jì)。在匯流運(yùn)動(dòng)的研究中，仿真結(jié)果顯示匯流時(shí)行人速度降低，降低量與匯流角度正相關(guān);常態(tài)下匯流完成后速度小幅回升，匯流角度越大，匯流后速度回升幅度越大;恐慌狀態(tài)下匯流完成后速度持續(xù)降低，隨著匯流角度的增大，匯流后速度的降低幅度逐漸縮小;顯著性檢驗(yàn)表明模擬恐慌狀態(tài)下，行人匯流速度在匯流角度大于60°時(shí)

8、就會(huì)發(fā)生顯著性衰減，因此對(duì)存在大量行人運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)所，需更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乜紤]行人組織，其建筑設(shè)計(jì)也應(yīng)該滿足更高的標(biāo)準(zhǔn)。在瓶頸疏散運(yùn)動(dòng)的研究中，仿真結(jié)果顯示常態(tài)下中間出口的疏散效率總體上優(yōu)于角落出口，而恐慌狀態(tài)下角落出口有更優(yōu)的疏散效率;當(dāng)近出口處放置有直徑為1m的障礙物時(shí)，其擺放位置距離出口越遠(yuǎn)，瓶頸的疏散能力越小，而當(dāng)障礙物直徑為0.6m時(shí)，其擺放位置距出口越遠(yuǎn)，瓶頸疏散能力越大;不同狀態(tài)下存在不同的最優(yōu)出口設(shè)計(jì)，常態(tài)下中間出口、障礙物直徑1m