考虑行人同步率的随机行走人群模型研究

操礼林,曹栋,于国军,李爱群.考虑行人同步率的随机行走人群模型研究[J/OL].西南交通大学学报:1-72100433B

针对随机行走人群个体间行走协同性问题,提出了考虑行人同步率的随机行走人群集中模型和离散模型,建立了随机行走人群作用下结构竖向振动响应分析方法,对比分析了人行天桥在不同随机行走人群模型下的竖向加速度响应和动力特性参数的变化规律.结果表明:两类模型行人行走下,人行天桥的1s均方根加速度响应随人群密度的提高先增大后减小,人群密度超过0.2人/m~2后,随机行走人群离散模型下的人行天桥1s均方根加速度大于集中模型,且增大集中模型同步区行人间距有利于减小结构振动响应.随着人群密度的增大,人行天桥瞬时频率不断减小,瞬时阻尼比则先增大后减小,集中模型和离散模型下人行天桥瞬时阻尼比分别最大提高到6倍和7倍.考虑行人同步率的随机行走人群模型能准确反映人行天桥实际所受到的人群行走荷载作用,可为人行天桥人致振动响应分析与评估提供参考.

人群疏散是建筑防火领域的研究热点之一，疏散过程中出现的拥挤、堵塞等现象容易造成严重伤亡。实际行人运动既有向前的移动又伴随侧向摇摆等特征，行人与环境之间具有复杂相互作用，人群中作用力传递叠加具有独特规律。而现有疏散模型难以较好量化这些微观运动特征，有可能产生较大误差。本项目将实验研究、理论分析和模型研究相融合，依次开展四项工作：1）研究单个行人的微观运动特征，如侧向摇摆、转身、侧行等，认识行人自由运动的特点；2）研究行人与行人之间因相互作用产生的微观运动特征，如闪避、变向、协调等，力图找到行人运动与邻近行人参数之间的定量关联；3）研究拥挤人群的运动模式，分析不同模式之间相互转变的条件；4）量化行人的微观运动特征，建立更为精细的疏散模型，探索拥挤人群中作用力的产生、传递和叠加机制，认识人群疏散的规律性。研究结果对于揭示火灾环境中人群疏散的基本规律有所推进，可望对相关建筑设计工作有一定指导作用。

将实验研究、理论分析和模型研究相融合，研究了单个行人的运动特征、行人与行人之间的相互作用、拥挤人群的运动特征，建立了体现行人微观运动特征的疏散模型。研究进展包括：1) 开展了开展了疏散运动模型研究，量化了疏散运动的基本特征：建立了两类行人运动基本模型----CDM和视觉场阻模型，获得了行人运动速度和运动方向变化的基本特性；开展行人运动空间分析和路径选择模型研究，得到了行人从出发点到目的地的路径选择对疏散运动的影响；建立了多种车辆换道模型，理解行人与车辆交通的异同点；研究拥挤和烟气对疏散运动的影响，得到关键参数及作用规律；研究建筑物出口、楼梯等瓶颈处的疏散运动模型，认识瓶颈对疏散的影响；建立了一种考虑恐慌传播的疏散模型，研究了行人在恐慌状态时的疏散运动特征；开展疏散引导模型、预动作模型研究，量化这些因素对疏散的影响。2) 开展了行人疏散运动实验研究，获得了第一手科学数据：开展了单列环形运动实验，得到了运动个体的相互作用，以及流量、密度、速度之间的基本关系；开展了多方向行人通过瓶颈和交叉路口的行人实验研究，获得了行人速度-密度、流量-密度基本图以及行人在交叉区域的分层等基本特征；开展了房间疏散和进入流实验，研究低能见度下行人疏散的运动特征；开展行人群组运动研究，得到了群组成员协同运动机制。研究成果发表在国际著名学术期刊IEEE-ITS、Complexity（SCI高影响区期刊）、Journal of Statistical Mechanics、Fire Safety Journal（国际火灾学会会刊）、Physica A、PloS one等，以及PED2014、TGF2013、TGF2015、国际火灾大会、亚澳火灾大会等本领域最重要的国际会议，共表论文31篇，其中SCI论文15篇；发明专利2项，计算机软件著作权2项。研究结果对于揭示火灾环境中人群疏散的基本规律有所推进，可望对相关建筑设计工作有一定指导作用。项目组成员分工明确，开展了密切合作。培养博士生4名，项目负责人获得第十三届中国青年科技奖。开展了卓有成效的国际交流合作，项目组成员多次在重要国际会议担任委员、分会主席等职务并做口头报告。项目负责人申请并获得人员疏散领域最具影响力的国际会议之一“第8届国际行人与疏散动力学国际会议”（PED2016）主办权，这是该系列会议首次来到中国，也是首次来到发展中国家。 2100433B

本课题围绕行人导航中实景显著性认知规律的时空建模与融合、顾及实景显著性的导航路径计算与增强表达多目标快速优化两个关键科学问题展开了研究，四年来的主要研究内容归纳为如下四个方面：（1）采集实景影像、路网等数据，对行人导航场景中的实景要素的视觉显著性特征描述与提取；（2）建立实景显著性特征时空融合的室内外一体化行人导航数据模型，构建基于实景显著性的行人导航理论；（3）研究实景导航路径计算与增强表达的多目标快速优化；（4）在理论研究基础上，构建实验原型系统开展行人导航实验分析与评估。 课题基本按项目预定的计划进行，达到了项目预期的目标，完成了项目预期的研究成果。基于以上研究内容，形成了理论结合实践的比较系统的研究成果。（1）理论成果：相关研究成果整理论文发表35篇发表在国内外期刊和著作上。其中SCI索引论文16篇，EI索引论文7篇。（2）实验原型系统及专利：基于实景显著性特征时空融合的行人导航数据模型，在GIS空间数据库中进行实现，构建了基于iOS平台的行人导航应用，申请获得一项软件著作权；对利用离散全景图构建连续场景的图像投影方法研究，申请了一项国家发明专利。（3）学术交流：与美国田纳西大学、深圳大学、南京师范大学、河南理工大学、武汉市交通发展战略研究院、四维图新等进行学术交流与技术合作等，多次主持并参与地理信息科学理论与方法年会导航与位置服务专场。（4）人才培养：指导了2名博士生、7名硕士生、2名本科生顺利毕业。 2100433B