考虑人员运动特征的通道行人流与房间人群疏散模拟研究

发布时间：2018-11-24 16:55

【摘要】：随着我国经济社会的发展,人们对物质精神生活的需求越来越高,各类人员密集的中大型公共场所也日益增多。对于这些人员密集场所,一旦加入外界扰动而且人群管理不当的话,极易发生拥挤踩踏事故引起群死群伤。如何快速有效地将人员安全疏散到指定地点尽量减少堵塞,一直都是研究热点,对保障人们生命安全至关重要。作为一类典型的空间受限区域,房间安全疏散是建筑疏散最重要的环节之一。广义上来说,很多空间受限区域,如影剧院大厅、商场中庭区域、地铁车厢与站台,甚至某些具有封闭边界的广场都可以被看成“房间”。房间与房间之间,或者房间与开阔空间之间通过通道相连接,通道作为“瓶颈”将直接影响人员通行效率。本文采用计算机模拟作为主要的研究手段,考虑人员的运动行为特征,针对通道内行人流与房间内人员疏散开展研究,旨在为发展有效优化的疏散方法提供理论与技术支撑。 行人动力学是一类非线性复杂系统,其基本图是一个最为重要的研究对象。即使在相同实验条件下不同研究人员得出的基本图都可能有很大差异,而且对基本图差异性的解释也是千差万别。基于此,本文从两类行人微观运动行为出发,即随机慢化过程和锁步效应,研究了这种差异性。建立了一种预估-修正的元胞自动机模型：第一步预估步,预估所跟踪行人主运动方向前方元胞下一时间步的状态；第二步修正步,修正所跟踪行人下一时间步的位置。发现了随机慢化过程和锁步效应对基本图曲线形式(如凹凸性、拐点位置)及特征参数(如最大流量、临界密度等)有显著影响。随机慢化因子减小了有效空间的利用,尤其在中密度区域。锁步效应则增强了有效空间的利用,尤其在高密度和低速度区域中。 随后利用同步更新的多场域元胞自动机模型,对开放性边界的T型通道交错行人流行人之间相互作用进行了模拟。在入口人员密度较低时,结构中行人运动表现为自由流动；在入口人员密度较高且人员左行概率与右行概率相差不大时,系统表现为完全堵塞,阻碍行人运动的主要因素是相向行人之间的干扰作用；左行概率与右行概率相差较大时,系统表现为非完全堵塞,阻碍行人运动的主要因素是转变为同向行人的干扰、通道有效宽度的减小和“瓶颈”限制。 作为简单非对称排它过程的一种扩展模式,场域元胞自动机在重现人员群体自组织现象、细化个体运动行为特征以及通过将远程作用转变为局部作用减小计算复杂度时有着独特的优势而广泛为研究人员所接受。房间疏散是建筑疏散的重要的组成部分。在实验和现场研究中,可以观测到出口吸引的非均匀性。为了得到个体对出口吸引中心的偏向性与群体疏散效率的影响规律,本文对场域元胞自动机静态场的构造方法进行了改进。与对照组进行比较,出口吸引的非均匀性不利于群体的疏散效率。由于出口几何中心与出口吸引中心的位置偏差产生局部汇流延长了群体疏散时间。此外,由于个体偏向性强度的增加导致静态场梯度在吸引中心方向的增大,也降低了群体的疏散效率。与其它因素比较,出口吸引的非均匀性的确会明显地影响到群体疏散效率。 利用同步更新模式的元胞自动机在考虑不同运动能力时,会出现困难。这是因为在这种条件下,必须考虑人员路径的重叠与交叉,行人之间的冲突解决过程也会变得更为复杂。然而,由于如人员年龄、性别、身体状况等的生理机能以及包括对危险的感知与反应能力等心理行为的差异性,疏散人员的期望速度可能会出现很大的不同。除此以外,疏散人员会根据疏散环境不断地调整期望速度。因此,本文还建立了一种多速度的场域元胞自动机模型。利用较少的CPU消耗时间,可以很好地模拟出微小速度变化的密集人群疏散过程,并具备着良好的可扩展性。研究发现：单值速度疏散与多速度疏散存在着明显差异。疏散平台可以通过无量纲流量(F数)进行很好的预测,这个无量纲F数可以描述疏散系统的堵塞程度。研究还发现群体疏散时间几乎由低期望速度人群决定,尽管这部分人群所占比例不高。同时,还发现高期望速度人群容易使得疏散系统更快的趋于堵塞。
[Abstract]:With the development of our country's economy and society, people's demand for physical and spiritual life is getting higher and higher. For these people-intensive places, once the external disturbance is added and the people's management is not proper, it is extremely easy to cause the crowd to be injured by the crowded trampling accident. How to quickly and effectively evacuate the personnel to the designated place to minimize the blockage has been the focus of the study and is of vital importance to the safety of people's life. As a typical space-limited area, the safe evacuation of the room is one of the most important links in building evacuation. in a broad sense, many space-limited areas, such as a theatre hall, a mall atrium area, a subway car and a station, and even some square with a closed boundary can be viewed as a 鈥淭he room鈥，

本文编号：2354408