大型公共场所密集人群的疏散动力学特性与疏散策略研究

Large public spaces provide significant social and economic features, and they are responsible for various social activities of urban residents. When the number of people inside a building is large and even the crowd is in a dense state, the interaction between pedestrians will become more frequently, even a micro turbulence could lead the crowd to an unstable state. As a consequence, a systematic research of the evacuation of dense crowd is necessary, which could help to understand the discipline of crowd movement, efficiently control the crowd and predict and prevent stampede. This project intends to utilize the concept of transportation operation research, systematic science, behavior science, to study the evacuation dynamics behavior features in an integrated macroscopic and microscopic framework. Furthermore, this project, taking individual difference and the interaction between individual into consideration, introducing the dynamic evolution feature of behavior mode, provides a heuristic-rules based, microscopic evacuation dynamic model and macroscopic route choice model. This model can describe the movement of crowd in a complicated situation and estimate the evacuation efficient and the fluid feature of bottleneck. The project shed some light on the mechanism of stampede of dense crowd. It can also be used for making strategy for the evacuation of large public spaces, providing a model or a tool for the design and safety estimation of inner structures.

大型公共场所承担着重要的经济和社会功能，为城市居民的社会活动提供了重要的保证。当建筑物内的人员处于密集状态时，行人流相互交织、相互挤压，微小的扰动可能致使人群进入不稳定的状态。因此，需要对密集人群的疏散行为进行系统的研究，掌握密集人群的运动规律，对人群进行及时有效的控制，从根本上预防和控制踩踏事故的发生。本项目拟综合运用交通运筹理论、系统科学、行为科学等知识，结合宏观和微观的疏散动力学行为特性，考虑个体的疏散行为的特性与差异以及个体之间的相互影响，引入行为模式的动态演化特性，提出基于启发式规则的微观疏散动力学模型和宏观路径选择模型，依据网络均衡理论提出宏观和微观相结合的模型，来描述人群在复杂场景内的运动过程，估算疏散效率以及瓶颈处的流体特性。本项目对揭示密集人群的拥挤事故的发生的机理有重要意义，可用于大型公共场所疏散策略的制定，为公共场所的规划设计与安全评估提供先进的模型和工具。

随着我国城市化进程的加快，大型公共场所逐渐兴起，承担着重要的经济和社会功能。同时，居民出行需求日益增长，各类公共场所内的人群聚集特性日益明显。特别是在早晚高峰时段的公共交通枢纽和重大活动中，人群往往处于密集和拥挤的状态。公共场所的人员安全问题日益严重，因此研究密集人群的疏散动力学特性对于制定科学有效的应急疏散策略，以及大型公共场所的规划设计与安全评估，具有非常重要的科学意义和实际价值。..密集人群的运动过程具有一定的微观与宏观特性，既包含个体行人的社会属性和文化差异，又受到群体的相互影响。因此，本项目主要从宏观和微观两个角度，对人群运动过程进行了分析与建模，研究密集人群的应急疏散动力学特性，在深入理解复杂疏散行为的基础上提出适用于大型公共场所的人群疏散组织和优化的模型及算法，并对所提出的模型进行验证和参数估计。主要研究内容如下：考虑绕行行为模式动态性的疏散动力学建模、上下车行为特性分析与建模、基于Voronoi图的通道单向和对向流特性研究、圆环对跖点运动实验及路径选择行为分析。在此基础上，针对城市轨道交通系统的客流密集以及路径选择特性，识别了典型客流瓶颈，研究设计了公交接驳、客流诱导等疏散优化控制策略。..通过对上述问题的研究，结合行人运动的几何特性，采用Voronoi图理论与概率统计相关分析方法，对典型场景的行人个体和群体运动模式进行了研究。研究结果表明：行人的运动方向选择与Voronoi点和周围邻居行人的位置相关；行人在运动中会选择周围密度较大的空间以保持舒适的运动；人群运动时主要以目的地方向、跟随方向、绕行方向为主，并根据周围状态进行动态选择；行人的运动路径会提前进行偏离以绕开潜在的冲突。本项目的研究均以实际行为轨迹数据作为研究基础，并开展了圆环对跖点的实验，以进一步扩充行人运动数据库。..本项目的研究系统的分析了各类典型场景下的行人运动特性，对于揭示密集人群的拥堵产生机理，疏散策略制定等，均具有重要的科学价值。