轨道交通车站乘客应急疏散行为建模及过程仿真研究

Against the background of safe, orderly and efficient rail transit station passenger emergency evacuation, this project applies environmental psychology, social behavior theory to analyze the psychological and behavioral characteristics of the emergency evacuated passengers, the interactions between passengers as well as the effect of station facilities and broadcast information on passengers during evacuation. The theories of particle physics and multi-agent simulation are used to develop the evacuation simulation models for behaviors of following, exclusive, backtrack, retreat and evacuation along the wall and photo taxis. The integrated simulation model based on incident is established for passenger emergency behaviors with various quantitative criteria of emergency behaviors. The method for model parameter calibration and verification is investigated based filed surveys and video analysis. An emergency evacuation simulation prototype system is developed and simulation scenario setting methods is designed, upon which developed are emergency evacuation effectiveness assessment and emergency preplan making optimization. This project embraces theoretical and practical benefits in improving the effectiveness and efficiency of preplans as well as ensuring operational security. In addition, the findings of this study may also apply to other types of emergency evacuation.

本项目以安全、有序、高效地进行轨道交通车站乘客应急疏散为背景，运用环境心理学、社会行为学理论，分析乘客应急疏散的心理和行为特点，研究应急疏散过程中乘客间的相互影响以及设施设备、引导信息对应急疏散的效果；运用粒子物理、多智能体仿真理论和方法，建立应急疏散过程中乘客的从众、排他、原路返回、退避、沿墙和趋光等行为的疏散仿真模型；研究建立基于事件的多行为乘客应急疏散集成仿真模型，提出各种疏散行为的量化标准；研究模型的参数标定和验证方法，基于现场调查、视频分析等采集乘客行为特征指标；研发突发事件条件下轨道交通车站乘客应急疏散仿真原型系统；基于突发事件特征，研究仿真场景的设计方法，提出基于多场景仿真的应急疏散效果评价及应急疏散预案优化方法。本项目的研究成果对提高应急疏散预案的有效性、实用性以及应急疏散的效率，保障运营安全具有重要的理论意义和实践指导作用。同时，研究成果也可适用于其它类型的人员应急疏散。

轨道交通车站乘客应急疏散行为及过程仿真研究对优化车站结构、优化疏散预案、提高疏散效率以及保障乘客出行安全具有十分重要的意义。本课题从车站应急疏散实际需求出发，重点研究了关键突发事件的特点及其影响、应急处置方式，提出了应急条件下的乘客行为及疏散过程的仿真建模理论和方法，进行了应急疏散过程的仿真实现。主要研究成果如下：.（1）重点针对轨道交通车站火灾、爆炸和烟气等三类关键突发事件，分析了突发事件的特点，建立了火灾、爆炸和烟气事件模型，建立了考虑信息发布、停止站外乘客进入、疏散设施开闭和疏散引导等四种应急处置措施的仿真表达。.（2）提出了车站乘客应急疏散行为及过程仿真的三层架构模型：疏散行为决策层、疏散行为控制层和疏散行为执行层。行为决策层考虑乘客心理因素，利用“前景理论”实现乘客疏散行为的选择和切换；行为控制层实现乘客的最近、回返、从众、退避和均衡疏散等5种行为的仿真；行为执行层运用A*算法和社会力模型完成路径规划，实现仿真个体的位移与避让。.（3）建立了乘客应急疏散过程中站台站厅、换乘通道的出口选择模型，通过调节模型中的乘客感知和判断系数、乘客心理和外界环境等参数，可仿真乘客在各种疏散策略组合的作用下，所表现出的目标决策行为；建立了基于危险源影响的乘客应急疏散走行行为模型，可仿真乘客面对危险源时的各种行为反应。.（4）建立了车站应急疏散仿真评价指标体系，从平均密度空间分布、最大密度空间分布、高于指定密度的空间分布、速度空间分布、疏散效率、空间利用率和车站各设施、设备的疏散效率等方面，定量评价乘客应急疏散行为及应急措施效果，为优化应急疏散预案提供定量依据。.（5）在常态客流仿真软件StaPass的基础上开发了相应的疏散客流仿真模块，实现了对轨道交通车站客流在常态、应急疏散等不同场景下的客流仿真。应用该系统已对国内数十个轨道交通车站进行了仿真分析及评价，取得了明显的实用效果。