基于信息诱导与博弈行为的人群疏散动力学建模及复杂特性研究

发布时间：2018-12-17 11:50

【摘要】：随着我国城市化进程的加快,人们物质文化的需求不断提高,广场、影剧院、大型商场等公共场所已成为广大人民群众日常生活中不可或缺的组成部分。这些大型公共场所具有人群高度密集、流动性大等特点,一旦发生突发公共安全事件(如火灾、踩踏等),极易因疏散行为或应急策略不当造成重大的人员伤亡和财产损失。因此,灾害发生时确保大量聚集人群快速、有序、安全地疏散是突发事件应急处置中一个最为关键的环节,也是亟需研究解决的重大问题。而在紧急情况下开展信息诱导、行人博弈心理及行为规律的研究,对于科学地指导和解决此类问题具有重要的现实意义。本文在格子气模型和元胞自动机模型的基础上,针对信息诱导、行人博弈心理特点及烟雾情况下考虑引导者引导,建立相应的行人疏散模型,并进行数值模拟与分析,探讨了行人疏散动力学机制。此外,还为行人安全疏散及建筑物的合理设计提供相关依据。全文的主要工作如下：一、耦合元胞自动机中的“静态场”,将Tajima格子气模型进行拓展,考虑信息诱导对人群疏散的影响,提出一个描述信息诱导的人群应急疏散格子气模型,研究信息源的数量、位置分布、强弱等因素对行人疏散效率的影响,并探讨了信息诱导所诱发的行人流宏观现象的生成机理。在Tajima格子气模型的基础上,结合元胞自动机中“静态场”的概念,引入认知度来反映行人在获知诱导信息后的决策行为,建立一个描述信息诱导的行人疏散格子气模型。数值模拟研究了信息源的数量、位置分布、强弱等因素对大厅内行人疏散过程的影响,并对行人疏散过程中的时空动力学特性进行了讨论。结果表明：有信息源诱导比无信息源(即Tajima模型)诱导更能大幅度地提高疏散效率：出口位置处的信息源对疏散效率起主导作用；在紧急疏散过程中,如果行人能够严格地按照正确的疏散诱导信息进行运动,会大幅度地减少行人总体疏散时间,提高整体疏散性能。二、考虑行人的博弈行为,提出行为策略动态变化的行人疏散格子气模型,研究初始合作者所占比例、博弈收益矩阵中的参数及偏向强度等因素对人群疏散动力学的影响,并探讨疏散过程中学习策略变化对行人运动的演化规律和时空斑图形成的微观机理。基于Tajima的格子气模型,考虑行人的博弈行为,运用博弈理论来解决行人位置冲突问题,建立了描述行为策略动态变化的行人疏散格子气模型,数值模拟研究了初始合作者所占比例、博弈收益矩阵中的参数及偏向强度等因素对行人疏散动力学的影响。研究表明：考虑行人的博弈行为不但没有提高疏散效率,反而会导致疏散过程变得缓慢,疏散时间增长；当系统中不存在背叛者时,疏散效率最高；偏向强度越大,疏散效率越高；此外,在疏散过程中,当发生位置冲突并产生博弈时,二人博弈将占主导地位,其博弈收益矩阵中的参数p越大疏散效率越高,而q对疏散效率几乎无影响。三、针对火灾发生时的烟雾弥漫,行人视野和信息获取受限制的情况下,考虑“引导者”的引导,建立引导者效应的行人疏散格子气模型,研究有、无引导者引导对疏散效率的影响,并对引导者的理性和非理性行为所诱发的人群宏观现象的产生机制及时空动力学特性进行了探讨。针对火灾发生时的烟雾弥漫,行人视野和信息获取受限制的情况下,考虑“引导者”的引导,建立引导者效应的行人疏散Moore邻域的格子气模型。通过数值模拟研究了有、无引导者引导对人群疏散效率的影响,同时研究了引导者的影响区域范围大小、强弱及引导者的理性和非理性行为对大厅内行人疏散过程的影响。结果表明,理性引导者通过分析,并采取正确的疏散方式能够大幅度地提高疏散效率；引导者影响的区域范围越大,疏散效率越高；此外,在有烟雾情况下,若在引导者影响范围内,越多的行人听从引导者的指挥,会促使行人运动效率提高,疏散时间减少。最后,对全文进行了总结及展望,并指出今后需要进一步研究的问题。
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【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：D63

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