高速列车座椅过道区域内的人员运动特征与疏散行为研究

发布时间：2020-05-23 06:37

【摘要】：高速列车是重要的长途客运交通方式,乘客的安全疏散问题近年来备受关注。由于客舱区域内的座椅分布通常十分密集,主要的活动区域为狭长的座椅过道区域,是一种典型的疏散瓶颈。当突发紧急情况时,乘客需要进入座椅过道,才能依次向安全出口疏散。在客舱内的座椅过道区域,不仅人员密度大,而且乘客疏散行为复杂。部分乘客在疏散时会携带个人物品、相互推挤,过道内也存在大量疏散冲突事件。因此,在座椅过道区域的人员运动特征和疏散行为都值得被进一步讨论。基于对座椅过道区域内行人动力学规律和疏散模拟方法开展深入研究,能够更好地针对乘客安全疏散问题开展分析。本文采用可控实验和数值模拟相结合的研究方法,对座椅过道区域的人员运动特征和疏散行为进行了研究。主要研究工作和结论如下:(1)研究了座椅过道区域内人员的运动特征。通过开展了单人行走和单列人员行走实验,分别研究了座椅过道宽度、行人携带行李等因素的影响。对于单人行走实验,主要分析了行人行走速度的变化;对于单列行人行走实验,主要分析了行走速度、人员间距、基本图等关键参数。关于人员运动特征的实验研究数据和结论,将成为疏散数值模拟工作重要的输入部分。单人行走实验发现,在宽度为0.5 m的座椅过道区域内,行人正常行走和快速行走的速度分别约为1.4 m/s和1.7 m/s。在座椅过道宽度大于0.40 m时,行人就能够顺畅通行。行人随身携带行李箱时,行走速度将会明显降低,步频略有提升,步幅明显减小。单列行人行走实验发现,在座椅过道环境中,行人通常保持约0.7 m安全间距,行走速度大致随前方空余间距线性增长。此外,行人动力学的基本图规律与开放空间环境中呈现相似的结果。座椅布置对行人运动产生了阻碍效果,也造成了行人运动实验结果有更大的随机性。(2)研究了座椅过道区域的人员疏散行为。通过开展人员疏散实验,研究了在不同座椅过道宽度、疏散方向条件下,过道区域内的人员疏散现象。实验主要分析了人员疏散时间、拥挤程度、疏散次序、和过道内的疏散冲突。人员疏散行为实验的观测结果,将作为疏散数值模拟效果的重要评价依据。疏散实验结果发现,在座椅过道宽度为0.5 m左右时,过道内的人员疏散平均比流率随过道宽度的增大而减小。此外,从实验结果中观察到,人员疏散次序主要由人员所在坐席的排号决定,前排人员比后排人员更先疏散离开座椅过道区域。本文还引用经典的疏散冲突模型思想,提出了占位概率动态模型,合理地描述了座椅过道内的疏散冲突现象。通过统计疏散冲突的事件结果,最终计算了不同方向人员赢得占位的概率权重。(3)研究了座椅过道区域的人员疏散数值模拟方法。在疏散模拟研究中,不仅介绍了适用于座椅过道区域的人员疏散数学模型,讨论了疏散数值模拟方法,还提出了一种新的智能体疏散模型。同时,进一步明确了社会力模型和智能体模型中设计的模拟参数设置。利用编程工具和信息学算法,解决了程序设计上的一些难题,并最终开发了人员疏散模拟程序。程序分别采用社会力模型和智能体模型,对座椅过道内的人员疏散场景进行模拟计算。通过数值模拟结果与疏散实验结果的对照分析,我们比较了人员疏散次序、疏散流率、拥堵情况等方面的结果,最终发现智能体模型更加适用于座椅过道区域的人员疏散模拟。因此,我们采用智能体模型对一些复杂的典型客舱乘客疏散的场景进行了模拟,从而证明了智能体模型的实用性。本文的研究能够为乘客安全疏散管理与交通工具客舱的设计提供指导,最后我们提出了未来的研究展望。
【图文】：

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列车是目前最主要的长途客运交通方式，以高效率、方便快捷、稳定可靠等特点逡逑获得了众多旅客的青睐。逡逑图１．１展示了典型的高速铁路列车的外观与内饰。由于高铁列车有较大的设逡逑计运载量，因此在客舱内部的乘客座椅分布十分密集。客舱内的活动区域主要是逡逑狭长的座椅过道，乘客坐席分布两侧。从乘客安全的角度考虑，拥挤的环境是不逡逑利于人员活动和紧急疏散的（Ｈｏｏｇｅｎｄｏｏｍ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２００５，邋Ｈｅｌｂｉｎｇ邋２０１２，邋Ｇａｌｅａ邋ｅｔ邋ａｌ．逡逑２０１４）。所以，当高铁列车突发紧急事故后，乘务人员需要组织乘客安全疏散，而逡逑保证每个乘客的安全将无疑是巨大的挑战。逡逑１逡逑

统计图,列车火灾,事故图

ｔｉ．００邋－．ｓｉｉｉｉｌｌｌｌｌ逡逑２００７邋２００８邋２００９邋２０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５邋２０１６邋２０１７邋２０Ｊ８逡逑图１．２近十年中国氋铁年客运量统计图逡逑（ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ＿ｒａｉｌ＿ｉｎ＿Ｃｈｉｎａ）逡逑高速列车的安全问题是交通科学研究领域的热门话题。近十年来，随着高速逡逑铁路网络在多个国家范围内的迅速扩张，这个问题得到了越来越多的关注。据记逡逑录（Ｋａｎｇ邋２００６，邋Ｓｃｈａｆｅｒ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２００８，邋Ｅｖａｎｓ邋２０１１，邋Ｓｉｌｌａ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２０１２，，邋Ｌｉｕ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２０１８ｂ），近逡逑些年发生了许多火车事故，其中有数起十分严重的灾难（例如车厢火灾、列车脱逡逑轨等）都造成了十分惨痛的人员伤亡与重大的财产损失（Ｐｒａｂｈａｋａｒ邋ｅｔ邋ａｌ．邋２００２，逡逑Ｅｖａｎｓ邋２０１０
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U298

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