基于群集压力积累传播模型的高密度人群失稳临界表征研究

Recently, the stampede accident caused by over crowed occurs frequently, which brings tremendous threat to public safety. Aim at the stampede risk from the high density crowd, this research attempts to explore the critical characterization of the instability of the crowd system from the perspective of pedestrians' losing balance during the accumulation and propagation of the crowd pressure. Through the controllable experiment of measuring propagation of the crowd pressure, the basic law of the accumulation and propagation of the crowd pressure among heterogeneous individuals will be revealed. The control parameters and evolution rules of the compression, accumulation and propagation of the crowd pressure will be quantified and characterized. The agent-based crowd pressure accumulation and propagation model will be proposed. By conducting the experiments of losing balance under the pressure and simulating the distribution of the high density crowd pressure in metros or event, the pressure-based characteristic quantity which can represent the degree of individual imbalance will be presented. Combing the case of stampede accident, we will explore the critical condition of the instability of the crowd system on basis of the pressure-based characteristic quantity. The results are expected to be applied in risk forecasting and early-warning of the crowded place and provide scientific basis in safety management of high density crowd.

近年来人群过度密集而引发的拥挤踩踏事故时有发生，给公众的生命安全带来了巨大的威胁。针对高度密集人群可能发生拥挤踩踏事故的风险，本项目从群集压力在积累和传播过程中引发个体失去平衡的角度，探寻人群系统失稳的临界表征。通过开展可控的人群压力传播测量实验，揭示群集压力在异质个体间积累和传播的基本规律，量化群集压力在个体介质中的作用、积累及传播的控制参数和演化规则，构建基于个体的群集压力积累传播微观模型，开展个体失衡压力测量实验，模拟分析地铁、大型活动等人群密集场所中的群集压力分布，综合人群密度、压力分布、行人运动轨迹等结果，提出可表征个体失衡程度的力特征量，结合典型人群拥挤踩踏事故案例，探寻基于该力表征量的高密度人群系统失稳临界条件。项目成果有望应用于人员密集场所危险点分布的预测预警，为高密度人群的安全管理工作提供科学依据。

近年来人群过度密集而引发的拥挤踩踏事故时有发生，给公众的生命安全带来了巨大的威胁。（1）针对高度密集人群可能发生拥挤踩踏事故的风险，本项目利用人体压力分布式测量系统，开展了人群压力传播实验，建立了群集压力一维传播模型，在此基础上，对社会力模型中个体之间的受力关系进行了改进，提出了群集压力二维传播模型。以典型的疏散场景为例，根据改进的社会力模型，得到了人群之间的压力分布图，结果表明，人群压力呈现弓形分布，靠近中心的人群所受的压力明显高于周边的人群。（2）针对多出口人群的疏散路径选择问题，提出了人群疏散出口优化选择模型。该模型以全局疏散时间最短为目标，根据建筑物内人员的整体分布情况，对个体的疏散路径进行优化，使疏散出口尽可能地得到充分利用，提高整体的疏散效率。以某剧院的疏散为例，对疏散路径优化前后的疏散时间进行了比较分析。结果发现，随着人员最大容忍等待时间这一参数的增加，各出口的平均利用率明显增加，总体疏散时间也逐渐减少。（3）为研究人员在逃生过程中的心理及行为，对吉林省 “6•3”特别重大火灾爆炸事故中幸存者的逃生过程进行了访谈、调查，提取了逃生过程中关键时间点幸存者的行为，主要包括人员获得与火灾相关信息的途径、人员获取火灾相关信息后的第一反应、确认火灾信息后的第一反应、如何做出逃生决定、逃生路径选择、逃生后的行为等六个方面，并对人员在每个时间点所做出的行为进行了原因分析。研究结果有助于人们了解真实火灾环境下人员逃生过程中心理及行为，对报警设施、建筑结构设计、安全管理等方面具有一定的指导意义。（4）在人群监控预警方面，提出了地铁客流风险预警模型，研发了地铁客流预警系统，该系统能实时分析各出入口、换乘通道、站台等区域内乘客在不同时段进出及驻留的数据，对达到预警模型阈值的情况进行预警。该系统在北京地铁东单站、天通苑南站进行了试点应用，对于北京地铁的客流风险管控、预防踩踏事故的发生起到了重要作用。