【摘要】：軌道交通具有運(yùn)能大、效率高、安全便捷、綠色環(huán)保等優(yōu)勢,在滿足人民群眾出行需求、緩解城市擁堵等方面發(fā)揮了重要作用。城市軌道交通客流量大,運(yùn)營環(huán)境相對封閉,一旦發(fā)生突發(fā)事故,以車站為典型場景的人群疏散困難且救援難度大,容易造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。軌道交通車站等公共場所密集人群的動(dòng)力學(xué)特征分析及應(yīng)急疏散問題已經(jīng)引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注,成為交通領(lǐng)域涌現(xiàn)出的研究前沿與熱點(diǎn)之一。通過對行人微觀運(yùn)動(dòng)機(jī)理以及人群宏觀自組織現(xiàn)象進(jìn)行分析,研究合理的應(yīng)急疏散策略,對人群運(yùn)動(dòng)進(jìn)行有效的干預(yù)和控制,具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文將圍繞人群運(yùn)動(dòng)多時(shí)空尺度建模和應(yīng)急疏散一致性控制問題展開研究,主要研究內(nèi)容概括如下:1.針對單向通道內(nèi)人群運(yùn)動(dòng)建模及自組織現(xiàn)象分析問題,首次提出了人群運(yùn)動(dòng)的雙時(shí)間尺度混雜模型,將人群的群集行為分析轉(zhuǎn)化為模型的一致性問題并給出了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明。該模型將通道劃分成等距的虛擬窄通道,假設(shè)行人只能在虛擬通道內(nèi)向前運(yùn)動(dòng)(x-方向),或者在必要時(shí)通過更換虛擬通道進(jìn)行側(cè)向移動(dòng)(y-方向),這樣行人運(yùn)動(dòng)被分解為x-方向的跟隨行為和y-方向的跳變行為,對此分別建立了連續(xù)時(shí)間的常微分方程模型和離散時(shí)間的迭代方程模型�？梢园l(fā)現(xiàn)當(dāng)行人選擇跟隨其前面的鄰居運(yùn)動(dòng)并且換向速度更快的虛擬通道時(shí),則通道內(nèi)人群的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是漸近穩(wěn)定的,即行人間距和行人速度會(huì)最終趨于一致,每條虛擬通道內(nèi)行人數(shù)量的分布也會(huì)達(dá)到平衡。利用循環(huán)矩陣的性質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定性理論以及隨機(jī)逼近等方法對人群的這種一致行為進(jìn)行了證明,揭示了行人個(gè)體間交互作用與群體自組織現(xiàn)象涌現(xiàn)行為的內(nèi)部關(guān)聯(lián)。2.在雙時(shí)間尺度的建�？蚣芟�,提出了改進(jìn)的人群運(yùn)動(dòng)廣義雙時(shí)間尺度模型,從模型穩(wěn)定性分析的角度研究了通道內(nèi)人群的運(yùn)動(dòng)特征。在x-方向上,考慮相鄰行人速度和行人間距的影響,將行人的“跟隨”行為由一階微分方程模型擴(kuò)展為二階系統(tǒng);在y-方向上,將每個(gè)行人的“換道”行為建模為Markov決策過程,即行人會(huì)根據(jù)相鄰虛擬通道內(nèi)的人群速度來決定是否更換通道。通過分別對兩個(gè)方向模型進(jìn)行穩(wěn)定性分析以及量化一致性分析,揭示了正常情況下人群運(yùn)動(dòng)的速度-密度特征以及擁堵情況下人群由自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向時(shí)走時(shí)停波動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的演化機(jī)理。3.針對正常情況下行人運(yùn)動(dòng)避障問題,綜合考慮行人感知能力和周圍鄰居(障礙物)排斥作用的影響,提出了依據(jù)最快路徑選擇障礙物之間空隙穿行的避障方法,建立了基于局部感知信息的行人運(yùn)動(dòng)主動(dòng)避障優(yōu)化模型,并給出了模型的有效性驗(yàn)證。對單個(gè)行人避障軌跡、多個(gè)行人避障行為的仿真結(jié)果表明,所提出的模型更加符合實(shí)際,為解決傳統(tǒng)力學(xué)模型中由慣性作用而導(dǎo)致行人運(yùn)動(dòng)反彈、震蕩等問題提供了一種可行方案。針對應(yīng)急情況下人群疏散引導(dǎo)問題,考慮行人從眾行為和疏散領(lǐng)導(dǎo)者的吸引作用,改進(jìn)在視野受限等應(yīng)急條件下的行人運(yùn)動(dòng)規(guī)則,建立了基于領(lǐng)導(dǎo)者的人群疏散模型,進(jìn)而研究了引導(dǎo)下的人群疏散動(dòng)力學(xué)行為以及領(lǐng)導(dǎo)者不同數(shù)量和位置對疏散效率的影響,為設(shè)計(jì)合理的疏散引導(dǎo)策略提供了有效支撐。4.針對人群疏散過程中會(huì)存在對應(yīng)急出口利用不平衡而導(dǎo)致疏散效率低下的問題,提出了基于一致性控制理論的疏散人群出口均衡分配策略。對于出口通行能力完全相同的情況,提出了基本的一致性分布式控制算法,只需根據(jù)相鄰出口的狀態(tài)信息來改變行人的運(yùn)動(dòng)方向,可以在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對行人在各個(gè)出口的均衡分配。對于出口通行能力存在差異的情況,提出了約束和加權(quán)條件下的一致性控制算法,可以依據(jù)不同出口的通行能力對人群進(jìn)行加權(quán)平均分配。該算法具有良好的魯棒性和擴(kuò)展性,可以應(yīng)對疏散中行人數(shù)量突變和出口阻塞、鎖閉等狀況,為解決應(yīng)急情況下的疏散控制問題提供了一種可行的方法。
【圖文】：

１邋Ｔｈｅ邋ｐａｓｓｅｎｇｅｒｓ邋ｗａｉｔｉｎｇ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ｔｒａｉｎ邋ｄｕｒｉｎｇ邋ｐｅａｋ邋ｈｏｕｒｓ邋ｉｎ邋ａ邋ｓｕｂｗａｙ邋ｓｔａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｂ動(dòng)力學(xué)的研宄面臨巨大的挑戰(zhàn)。以軌道交通車站為例，既包括出等不同的行人運(yùn)動(dòng)設(shè)施，又涉及避障行為、出口選擇等不同的行難通過單一的方法對車站人群進(jìn)行全面的研究。通過將軌道交通通道、二維平面區(qū)域（表示站廳）和網(wǎng)絡(luò)（表示整個(gè)車站）三種不同場景下人群運(yùn)動(dòng)多時(shí)空尺度建模方法和應(yīng)急疏散控制策略，體間互動(dòng)作用與群體自組織現(xiàn)象涌現(xiàn)行為內(nèi)部關(guān)聯(lián)的理解，為人群制定提供理論支撐，具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。逡逑內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑人群及疏散動(dòng)力學(xué)的研究最早可追溯到二十世紀(jì)五十年代，至今的歷史［４＜。早期的研究大多通過直接觀察、拍攝照片和電影膠卷特性進(jìn)行宏觀上的統(tǒng)計(jì)和評價(jià)［７＿９］，其主要目的是發(fā)展建立行人

逡逑面對快速增長的客流，現(xiàn)有站內(nèi)設(shè)施設(shè)備的能力己經(jīng)逐漸不能滿足需求，不逡逑僅造成車站列車人群擁擠、乘坐舒適性不高（如圖１．１所示，，為北京某地鐵站早逡逑高峰乘客候車時(shí)的場景，可見站內(nèi)乘客己遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其設(shè)計(jì)能力），還會(huì)對站內(nèi)人逡逑群帶來極大的安全風(fēng)險(xiǎn)等問題。逡逑研宄表明，當(dāng)人群密度過高時(shí)，有可能會(huì)引發(fā)人群運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的“相變”，逡逑由有組織的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)演變?yōu)槿巳和牧魃踔翐頂D踩踏事故［１］，行人的意外摔倒、逡逑錯(cuò)誤信息的傳播以及火災(zāi)、停電等突發(fā)事件都會(huì)成為誘發(fā)因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，以逡逑軌道交通車站為典型場景的大型公共場所發(fā)生的人群事故數(shù)量呈逐漸上升的逡逑趨勢。如圖１．２為２０００年以來世界范圍內(nèi)主要人群事故的發(fā)生數(shù)量和傷亡人逡逑數(shù)以及發(fā)生地點(diǎn)的情況。城市軌道交通運(yùn)營環(huán)境相對封閉，一旦發(fā)生突發(fā)事逡逑故，人群疏散困難且救援難度大，如果應(yīng)對處置不當(dāng)，后果將更會(huì)加嚴(yán)重。例逡逑如，２００３年２月１８日，韓國大邱地鐵縱火案造成１９８人死亡、１４６人受傷；逡逑２０１７年７月２０日
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U298

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 傅麗碧;考慮人員行為特征的行人與疏散動(dòng)力學(xué)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

本文編號：2648674