基于元胞自动机行人流动态特性模拟和解析研究

发布时间：2020-05-01 18:15

【摘要】：随着社会经济高速发展,人们外出工作生活也越来越频繁,然而人们出行越多意味着在出行过程中面临行人拥堵的可能性越大。近些年来,行人拥堵不仅造成了社会经济巨大的损失,严重时更是对行人生命安全造成威胁。针对行人拥堵问题,本文基于元胞自动机模型,通过数值模拟和数学解析研究了交叉行人流和单向行人流模型的动态特性。在交叉行人流模型中,系统中有两种行人,其运动方向相互垂直。周期边界条件下,采用平均场方法计算模型中行人速度,计算结果与模型仿真结果较吻合,说明该方法的比较有效。当密度较低时,系统处于自由流相;当密度增加到某一区域时,系统处于中间态相,并且出现由两种行人聚集而成的“条纹”。随着密度的增加,“条纹”的数目也增加。当系统稳定且只有一个空格时,空格位置一直沿着“条纹”带移动。开口边界条件下,系统出现自由流相和拥堵相。通过对自由流相的速度、密度和流量解析求解,计算结果与仿真结果吻合,证明该方法比较有效。在单向行人流模型中,系统中只有一种行人,每个行人都有三个运动方向。周期边界条件下,本文提出了两种平均场分析方法对模型求解,它们都考虑了行人之间的相关性,并且与仿真结果比较吻合。第一种方法为簇平均场方法,即2-cluster平均场法,该方法将2个相邻的格点看作一个簇,通过簇体现出各个格点之间相关性;第二种方法为时间演化平均场方法,该方法分析了系统状态的时间演化过程,得到了间隙概率的自洽方程。开口边界条件下,系统存在三个相,即低密度相(LD),高密度相(HD)和最大流相(MC)。对各个相的临界α_c和β_c进行求解,解析结果与仿真结果吻合良好。
【图文】：

人群,公共场所,麦加

的日常出行和活动带来了诸多不便和安全隐患。由于公共场所的空间有限，当越来越多的市民参与到公共场所的活动时，拥堵问题甚者踩踏事故时常发生，并且踩踏事故发生会造成大量的人员伤亡。国内外由于人群聚集在公共场所发生意外出现严重的踩踏事件非常多，例如 1990 年 7 月 2 日，，超过 1400 名朝圣者在麦加朝圣期间由于行人通道中发生拥挤踩踏而死亡；1991 年 9 月 24 日晚，在太原市迎泽公园举办的“煤海之光”大型灯展，由于发生拥挤造成 200 多人伤亡严重后果；2010 年 7 月，在德国杜伊斯堡露天音乐节踩踏事件中，19 人死亡，342 人受伤；2014 年 12 月 31 日晚 23 时 35 分许，上海外滩陈毅广场跨年过程期间由于发生拥挤踩踏，造成 36 人死亡，47 人受伤；2015 年 9 月 24 日，麦加朝圣期间，米纳地区发生踩踏事故，事故造成至少 1399 人遇难，另有超过 2000 人受伤等[1]。造成这些严重事故的主要原因是公共管理部门对行人流复杂的动态特性没有很好的认识，同时也没有充分考虑到行人拥挤带来的严重后果，因此对行人流的研究不仅可以帮助管理部门提高管理效率，同时也能解释一些严重事故发生的原因，预防事故再次发生。

模型图,慢化,模型,粒子

合肥工业大学专业硕士研究生学位论文于平均速度 v，而不是 1-ρ。这里将该粒子东边方向格点为空的概率设为某一变量，同时就将粒子之间的相关性考虑进去。这里引入一个带有随机慢化的 184 模型来阐述该方法。如图 2.1 所示，在长为L 的一条道路上，道路上每个粒子以 1 的速度由左向右运动。在每一个时间步，粒子以 q 的概率向右运动，以 p（p=1-q）的概率停留在原地，这里每一个格点同一时间最多只能被一个粒子占据。在 t 时刻，随机选取一个粒子，假设该粒子右边邻居为空的概率为 pf，在这里考虑了粒子间的相关性。则在 t+1 时刻，该粒子右边格点为空的情况如图 2.2 所示，根据系统的稳定性， ( 1) ( )fv t v t qp。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U491

【参考文献】