基于微观行为仿真的行人流踩踏现象生成机理

密集行人的过度拥堵或恐慌容易诱发行人踩踏事件，严重威胁行人的生命安全，因此踩踏现象的生成机理是交通流与颗粒流研究领域的热点。以行人流动态特征为研究对象，基于微观行为仿真发掘行人流踩踏现象的生成机理。分析行人微观行为选择的内在动机和外界影响，揭示行人在理智与恐慌集散过程中微观行为的选择、恐慌情绪的扩散、拥堵挤压的传递等机理，及其三者之间的作用关系；建立基于行人恐慌程度的不同微观行为选择之间的联系。建立集理智与恐慌集散于一体的行人流动态参数仿真模型，再现行人流从自组织行为向拥堵恐慌诱发踩踏现象突变的过程。基于仿真和观察分析诱发行人踩踏的关键因素，及其向踩踏现象突变的临界值，揭示诱发行人踩踏的突变规律；建立行人流微观行为特征与宏观踩踏现象之间的内在联系，发掘行人流踩踏现象的生成机理；建立行人流踩踏事件的预警机制和防范措施。成果可为提高行人流集散效率和防范行人流踩踏事件提供理论基础和技术支持。

大型行人步行设施设计以及行人集散组织管理需要掌握和理解行人流拥堵踩踏理论，为发掘行人流拥堵踩踏现象的生成机理，并提出相应的预防措施。项目从行人拥堵踩踏的潜在因素、生成机理、预防措施等角度展开研究。针对潜在因素，研究行人初始位置布局、多安全出口选择、视线受影响、空间障碍物布局等对行人疏散过程的影响；针对生成机理，研究行人拥挤恐慌、拥挤力产生、吸收、传递、致伤的过程，以及集理智与恐慌集散于一体的行人流仿真模型；针对预防措施，研究步行设施的安全出口设置、紧急疏散标志设置、空间特征指标、设施与组织预防措施等。.主要创新点包括：提出了基于疏散距离和疏散时间的选择策略，并通过行人感知系数将基于距离和时间的策略融合为混合选择测略；提出了行人位置与安全出口布局的不平衡系数，以及大型行人步行设施安全出口设置方法的一般步骤；提出了视线受影响条件下行人的盲目随机、随机定向、盲目跟随等移动策略；提出了拥堵疏散仿真过程中拥挤力的产生条件、初始拥挤力与恐慌系数的关系，再现了拥挤力的产生、吸收、传递、致伤等过程；改进了疏散空间存在内部障碍物的行人最短估计距离的计算方法；在社会力模型中引入一对冲突与换道共轭力，描述行人避让和超越障碍物的行为；提出大型行人步行设施的行人疏散和通过的空间特征指标体系，以及无障碍物设施“相切圆填充”与存在障碍物设施“簇节点布局”的紧急疏散标志设置方法；并从步行设施设计和行人流组织管理的角度，提出了行人流拥堵踩踏的预防措施。.主要研究结论包括：在安全出口总宽度一定的情况下，安全出口的个数越多，其相应的总通过能力越低。在无行人拥堵的低密度情况下，疏散时间依赖于行人初始位置，行人视野半径是影响疏散时间和滞留人数的关键因素；在存在行人拥堵的高密度情况下，疏散时间依赖于行人密度和拥堵感知系数，而且初始密度和安全出口宽度是影响疏散时间和滞留人数的关键因素；与盲目随机移动相比，盲目跟随移动能有效减少疏散时间和行人视野半径对疏散的影响。在拥挤疏散中，吸收系数或抗死伤系数的增加能有效预防疏散行人流的拥挤致伤，并将行人疏散分为弱保护状态、强保护状态和完全保护状态；而且拥挤致伤的危险区域在安全出口前以安全出口中心线为对称轴呈倒钟形分布。存在障碍物疏散中，低密度行人的避让与超越行为有助于行人的疏散；高密度行人的避让和超越行为无助于行人的疏散；而且圆形障碍物比条形障碍物有更强的行人流引导作用。