【摘要】：步行是一種最基本、最原始的出行方式,是人們各種出行活動不可分割的一部分。不同于機動車輛的運動受限于固定的道路環(huán)境以及特定的交通規(guī)則,行人的運動分布于整個城市內(nèi)的地面空間以及建筑物內(nèi)的活動空間,沒有特定的規(guī)則約束,因此其運動行為具有很大的靈活性、隨機性。而且行人的走行行為每天都在不斷地重復(fù)和演化,變得非常復(fù)雜,因此無法利用簡單的刺激-反應(yīng)模式去預(yù)測行人在各種情境下的運動行為。對于研究者來說,為了更好地認(rèn)清和理解行人復(fù)雜的運動行為,就必須通過大量的實地觀測以及可控的實驗室實驗去探究和掌握行人之間以及行人與環(huán)境之間復(fù)雜的、非線性的相互作用關(guān)系。在此基礎(chǔ)之上,借助于有關(guān)的仿真模型重現(xiàn)觀測到的行人運動行為,并將其應(yīng)用到更為廣泛的場景中去模擬和預(yù)測行人的行為及其和環(huán)境之間的相互影響,從而為行人設(shè)施的設(shè)計、評價以及大規(guī)模人群的管理和疏散提供相應(yīng)的理論依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)。本論文的研究也是遵循這一思路,以可控的行人運動實驗為基礎(chǔ),提取和分析行人在各種特定場景下的運動行為特性,并通過相關(guān)的微觀仿真模型對行人的運動行為進(jìn)行建模和分析。具體地來說,本論文的研究包含以下四個方面的內(nèi)容:(1)離散時空下對向行人流運動的實驗及分析。元胞自動機被廣泛地應(yīng)用于行人運動建模。然而,使用元胞自動機模型在模擬對向行人流中經(jīng)常會遇到死鎖現(xiàn)象的發(fā)生。一個可能的原因是現(xiàn)有的元胞自動機模型還不能正確地體現(xiàn)行人在運動時的認(rèn)知和決策過程。為了探究如果讓真正的行人在離散的時間和空間下運動時,死鎖現(xiàn)象是否會出現(xiàn),組織了一個對向行人流運動實驗。在實驗中實驗者被要求在離散的空間和時間下運動。在實驗中觀測到了行人之間非常明顯的合作行為,使得兩個方向的行人群體形成相應(yīng)的離開通道,阻止了死鎖現(xiàn)象的發(fā)生。進(jìn)一步,組織了正常情況下的對向行人運動實驗。兩個實驗的對比顯示:在低密度時兩個實驗的結(jié)果比較接近,而到了高密度時兩個實驗則出現(xiàn)了很大的差異。實驗的結(jié)論表明為了更好地使用元胞自動機來模擬對向行人流必須考慮行人之間廣泛的合作行為。另外,從對比實驗的結(jié)果來看,一些其他的因素比如行人運動的靈活性、元胞的尺寸以及行人速度的異質(zhì)性也是值得考慮的。(2)基于行為的對向行人流元胞自動機模型。提出了一種基于行為的對向行人流元胞自動機模型。考慮行人的主動減速和換道行為,對開口邊界條件下通道內(nèi)的對向行人流演化進(jìn)行了模擬。提出了優(yōu)勢通路的概念來刻畫行人的換道行為。通過密度線圖和兩個分離時間指標(biāo)對對向行人流的演化過程進(jìn)行量化分析。模擬的結(jié)果表明即使在高密度的條件下新模型也可以形成穩(wěn)定的分層通路,通過和一些經(jīng)典的對向行人流元胞自動機模型相比,證明新模型能夠在很大程度上抑制死鎖現(xiàn)象的發(fā)生。(3)有限視野和聽覺條件下交流機制對行人疏散的影響研究。基于社會力模型研究了行人在視野和聽覺受限情況下的疏散行為。假設(shè)人群由兩類行人組成:一種是了解出口信息的個體,另一種是不了解出口信息的個體。在疏散過程中,不了解出口信息的行人可以和感知域內(nèi)了解出口信息的行人進(jìn)行交流,從而獲得并記憶出口的信息。通過對有無交流以及有無記憶效應(yīng)幾種情況的仿真對比,發(fā)現(xiàn)交流和記憶效應(yīng)能夠提高疏散的效率。另外,還探究了兩類行人之間的交流行為對于緊急出口疏散效率的影響。(4)有限視野條件下行人順墻行走行為的實驗及建模。在視野受限的緊急情況下,順墻行走行為被認(rèn)為是一種非常重要的指導(dǎo)行人尋路的行為模式。盡管在現(xiàn)有的許多行人疏散模型中都考慮了行人的順墻行走行為,然而這一方面的實證研究以及實驗結(jié)果依然很匱乏。幾個相關(guān)的問題,比如行人是如何尋找墻壁的,行人是如何決定其順墻行走的方向(順時針或逆時針),以及行人是如何處置在順墻行走過程中遇到的沖突等都還未得到充分的認(rèn)識。因此,我們在一個搭建的房間內(nèi)組織了有30名大學(xué)生參加的疏散實驗。為每一位實驗者佩戴一頂棒球帽并覆蓋以不透明的方巾來制造一種有限視野的環(huán)境�？偣策M(jìn)行了 13輪實驗。對每個行人在每輪實驗的行為模式(共計270個案例)進(jìn)行記錄和研究�；诖藢ι鲜龅娜齻�問題進(jìn)行回答。根據(jù)實驗的結(jié)果,在社會力模型框架下提出一個順墻行走行為模型,模型的仿真結(jié)果很好地重現(xiàn)了實驗的發(fā)現(xiàn)。
【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】：2018
【分類號】：U491.226;TP301.1
【圖文】：

ｐ邋［１／ｍ２］邐ｐ【１／ｍ２】逡逑圖１－２不同文獻(xiàn)資料中單向和對向行人流基本圖（ｕｎｉ：單向，ｂｉ：對向（ａ）密度－速度關(guān)系（ｂ）逡逑密度－流量關(guān)系）（圖片來自文獻(xiàn)［８１）逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ邋ｄｉａｇｒａｍｓ邋ｏｆ邋ｕｎｉ－邋ａｎｄ邋ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ邋ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ邋ｆｌｏｗ邋ｆｒｏｍ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｐｒｅｖｉｏｕｓ逡逑ｓｔｕｄｉｅｓ邋（ｕｎｉ：邋ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ，邋ｂｉ：邋ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ邋（ａ）邋Ｄｅｎｓｉｔｙ－ｖｅｌｏｃｉｔｙ邋ａｎｄ邋（ｂ）邋Ｄｅｎｓｉｔｙ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ邋ｆｌｏｗ逡逑（Ａｄａｐｔｅｄ邋ｆｒｏｍ邋Ｒｅｆ．【ｓ】）逡逑ＨＥ邐ｊＢＨＷＭ邐，邐\l邋＇逡逑？！逡逑邐邐邐邋邐邐邐邋邐ｍｍ邋＿ｉ＿ｎ丨秦．Ｍｍ逡逑圖１－３對向行人流的自動成行現(xiàn)象（圖片來自文獻(xiàn)［８］）逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｌａｎｅ邋ｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ邋ｏｆ邋ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ邋ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ邋ｆｌｏｗ邋（Ａｄａｐｔｅｄ邋ｆｒｏｍ邋Ｒｅｆ．［８］）逡逑４逡逑

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本文編號：2720719