行人流的动力学建模及对混合交通流的干扰机理研究

本项目注重对有中国特色的混合交通流及非常规突发事件时行人疏散动力学进行研究。拟采用统计物理学、流体力学和非线性动力学的研究方法，从微观和宏观两个层面分别建立相应的元胞自动机模型和流体力学模型。一方面，通过对交叉路口行人、自行车侧向干扰机动车通行能力情况的数值模拟，研究混合交通流的非线性动力学特性（如交通激波的形成、传播和消散机理）和临界相变过程，给出相变的弛豫时间、关联函数、序参量等，揭示混合交通相互干扰的微观发生机制，以期缓解城市交通拥堵。另一方面，通过对行人在楼道内疏散的数值模拟，研究疏散人群的自组织现象及拥堵的产生和演变规律，通过与实验对比分析，进行参数辨识，揭示疏散人群的标度性质，把握影响行人疏散时间的主要物理量，探求应用控制理论进行人群拥堵的疏导，达到减灾、防灾的目的，也有助于行人流动力学的发展。

本项目旨在建立新的宏微观行人流动力学模型，揭示其宏观行为特征、运动规律及对混合交通流的干扰机理。目前已实现了项目的预期目标：已发表论文29篇，其中被SCI和EI检索的论文分别为8篇和16篇；提出六种新的行人交通流模型，三种新的人群应急疏散动力学模型；对混合交通流、复杂路况下的路段交通流、二维及路网交通流等进行了研究。本项目首次在格子气模型中计及跟随强度、空间偏向的动态概率和多格子等因素，展现了行人流的自组织成行、分层和相变等现象，揭示了宏观拥堵发生的主要机理；首次用优化速度模型描述单向密集人群和多种类行人队列；建立了单向行人流的格子流体力学模型，给出了描述行人的拥堵模式；利用元胞自动机模型揭示了出口局域密度分布、障碍物尺寸大小及布局对人群疏散效率的影响；在交通流元胞自动机模型中首次计及了行人乱穿马路、平面环形交叉路口、多限速区、道路缩减等复杂因素，系统深入地研究了这些因素对交通流的影响；建立了具有普适性的交通流宏观粘性高阶模型，得到了描述密度波的KdV方程。研究成果在国际会议上交流5人次，在国内会议上交流2人次。培养硕士研究生15名，已毕业12名。