發(fā)布時(shí)間：2020-06-03 18:29

【摘要】：隨著城市化的不斷發(fā)展和大型活動的日益頻繁,行人步行作為最基本且常見的出行方式其安全性、效率性和舒適性受到了廣泛關(guān)注和研究。作為典型的交叉學(xué)科,行人動力學(xué)研究需要綜合心理學(xué)、行為學(xué)、物理學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識來開展。其常用的研究手段有:基于對行人運(yùn)動機(jī)理認(rèn)識進(jìn)行的建模仿真方法,以及基于實(shí)證數(shù)據(jù)對行人運(yùn)動規(guī)律特征進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)分析方法�；诖�,本論文的主要研究工作展開如下:(1)提出并驗(yàn)證了基于Voronoi圖的行人動力學(xué)行為特征。Voronoi圖具備的獨(dú)特幾何性質(zhì)可以用于刻畫描述行人運(yùn)動中的個(gè)人領(lǐng)域,跟隨/繞行方向以及鄰居等行為特征。為了進(jìn)一步探討基于Voronoi圖的相關(guān)建模方法的可行性,本部分還利用真實(shí)實(shí)驗(yàn)中的行人軌跡數(shù)據(jù)等對其進(jìn)行相關(guān)分析。研究發(fā)現(xiàn)基于Voronoi圖定義的行人特征方向可以用于描述真實(shí)場景下的行人方向選擇行為,這一特點(diǎn)對行人動力學(xué)的建模研究具有理論指導(dǎo)意義。(2)構(gòu)造了基于Voronoi圖的微觀動力學(xué)模型。本部分分別基于傳統(tǒng)社會力模型和啟發(fā)式模型提出了基于Voronoi圖的改進(jìn)模型。在改進(jìn)社會力模型中,行人除了選擇指向目標(biāo)點(diǎn)的自驅(qū)動力方向,還增加了一個(gè)備選方向,即指向Voronoi點(diǎn)的繞行行為方向。通過原有目標(biāo)點(diǎn)方向和繞行方向的組合,仿真中的行人繞行行為得到了顯著改進(jìn)。在改進(jìn)啟發(fā)式模型中,提出了三類特征方向,即基于Voronoi圖的目標(biāo)方向、繞行方向和微調(diào)方向。行人會考慮局部密度的影響,從三類特征行為方向中選擇最合理的運(yùn)動方向。上述兩組改進(jìn)模型都可以再現(xiàn)吻合良好的基本圖和常見的自組織現(xiàn)象,并且得到一些相比原始模型更加合理的仿真結(jié)果。(3)提出了行人宏觀動態(tài)運(yùn)動網(wǎng)絡(luò)。本部分基于行人Voronoi圖和其對偶圖Delaunay圖,結(jié)合跟隨行為、繞行行為以及目標(biāo)行為這三類選擇行為路徑,構(gòu)建了行人的宏觀動態(tài)運(yùn)動網(wǎng)絡(luò)。該運(yùn)動網(wǎng)絡(luò)可以反映行人的宏觀路徑選擇行為。與此同時(shí),本部分還構(gòu)建了基于該運(yùn)動網(wǎng)絡(luò)的宏微觀動力學(xué)模型,集成了行人的微觀速度選擇行為與宏觀路徑選擇行為。該模型在處理復(fù)雜場景中的行人沖突和宏觀路徑導(dǎo)航等方面能夠得到更加真實(shí)合理的仿真結(jié)果。(4)組織并研究了行人圓環(huán)對跖點(diǎn)實(shí)驗(yàn)。行人圓環(huán)對跖點(diǎn)實(shí)驗(yàn)具備有一般對稱的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和劇烈沖突的實(shí)驗(yàn)條件,有助于行人沖突避讓機(jī)制和路徑導(dǎo)航行為的研究。通過對行人軌跡的量化研究分析發(fā)現(xiàn):1)實(shí)驗(yàn)行人傾向于右側(cè)行走;2)行人路徑長度分布服從于對數(shù)正態(tài)分布,行人路徑潛能分布服從于指數(shù)分布,旅行時(shí)間和個(gè)體速度分布服從于正態(tài)分布;3)實(shí)驗(yàn)中路徑長度較長的行人走行時(shí)間較短,而路徑長度較短的行人卻需要花費(fèi)較長的走行時(shí)間。(5)設(shè)計(jì)并測試了行人模型的宏觀參數(shù)評價(jià)體系�；谛腥藞A環(huán)對跖點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的劇烈沖突和一般對稱特性,設(shè)計(jì)了一套行人模型的宏觀參數(shù)評價(jià)體系。該評價(jià)體系主要包括行人路徑長度分布、路徑潛能分布、旅行時(shí)間分布、個(gè)體速度分布、平均速度時(shí)間序列和中心距離時(shí)間序列這六個(gè)評價(jià)指標(biāo)。該體系分別針對分布類指標(biāo)和時(shí)間序列類指標(biāo)設(shè)計(jì)了基于K-S(Kolmogorov-Smirnov)檢驗(yàn)和基于DTW(Dynamic Time Warping)方法的評價(jià)方法。通過社會力模型和啟發(fā)式模型的測試研究發(fā)現(xiàn),該評價(jià)體系可以用于評價(jià)行人模型并且反映行人模型之間的一般差異。(6)開發(fā)了一個(gè)行人動力學(xué)仿真和分析系統(tǒng)。行人動力學(xué)仿真和分析系統(tǒng)融合了模擬仿真和實(shí)證分析這兩類行人動力學(xué)研究方法,可以實(shí)現(xiàn)1)基于行人動力學(xué)模型的實(shí)時(shí)可視化模擬仿真。通過初始化行人狀態(tài)和場景布設(shè),基于傳統(tǒng)模型或者自定義模型不斷更新行人運(yùn)動狀態(tài),實(shí)時(shí)觀測行人模型的仿真結(jié)果;2)基于行人軌跡數(shù)據(jù)的可視化研究分析。通過導(dǎo)入實(shí)測的或者仿真的行人軌跡,研究分析行人運(yùn)動的相關(guān)特征。該開源的行人動力學(xué)仿真和分析系統(tǒng)的開發(fā)可以為行人動力學(xué)建模研究和行人運(yùn)動理論研究提供幫助。
【圖文】：

度與行人個(gè)體特征（如性別、年齡等），群體特征（如人群密度）以及走行環(huán)境（如逡逑平地、樓梯）密切相關(guān)。流量即單位時(shí)間內(nèi)通過某一點(diǎn)／截面的人數(shù)。流率指單位逡逑時(shí)間單位寬度內(nèi)通行的人數(shù)。流量和流率也是行人設(shè)施研究尤其是瓶頸研宄的重逡逑要參數(shù)。逡逑１）基本圖逡逑行人流基本圖即表示行人運(yùn)動宏觀參數(shù)（密度、速度、流量）之間相互關(guān)系的逡逑圖形。常見的基本圖包括速度密度關(guān)系基本圖和流量密度關(guān)系基本圖，如圖１－２。逡逑Ｚｈａｎｇ等［８５］分別匯總了單向流中［８８，邋１２７＿１３１］和對向流中的行人流基本圖［８３，１３２＿１３６】。不逡逑同實(shí)測數(shù)據(jù)顯示行人的基本圖形狀具備一定的相似之處。例如，在速度密度關(guān)系圖逡逑中行人平均速度一般隨著密度增加從１．５ｍ／ｓ左右的自由流速度不斷降低。而在流逡逑量密度關(guān)系圖中行人流流量隨著密度增加先提高而后降低。雖然不同基本圖的整逡逑體形狀十分相似，但是具體數(shù)值卻有著顯著差異。導(dǎo)致這種差異的因素有個(gè)體特征逡逑差異、群體特征差異、走行環(huán)境差異以及測量方法差異等等。Ｃｈａｔｔａｒａｊ等［１３７１研宄逡逑了來自于德國和印度的走行對象的走行特征，并且發(fā)現(xiàn)了文化差異對基本圖形狀逡逑有顯著影響。Ｚｈａｎｇ等［７７］研究了四種不同的測量方法對基本圖造成的差異。逡逑１邐＊邐＇邐■邐＇邐＇邐３邐＊邐！邐！邐１＾逡逑

通大學(xué)博士學(xué)位論文率等指標(biāo)來反映。Ｓｅｙｆｒｉｅｄ等研宄并統(tǒng)計(jì)了單向流瓶頸通行Ｍ0］，見圖丨＿３。可以發(fā)現(xiàn)行人的單向流通行能力隨著瓶頸寬增長的趨勢。ｖｏｎＫｒｃｈｔｅｎ等進(jìn)一步研宄了行人群體行為的體規(guī)模增加將有利于瓶頸的行人疏散。除了單向流瓶頸之外，，日�；顒又械闹匾獔鼍埃艿搅搜绣痴叩膹V泛關(guān)注［１４１＿｜４４］。Ｓｉｍ的上下車，發(fā)現(xiàn)了臨界占用率對于上下車過程的關(guān)鍵作用。Ｚ模仿真研[偭吮本┑靨鏡納舷魯?shù)客瘤崿该模型有助釉戩v競涂土髯櫓唄緣鈉蘭�。辶x希矗靛危五五危ㄥ五五義

本文編號：2695217