基于信息传播机理的人群疏散动力学建模及复杂特性研究

The project focuses on crowd emergency evacuation dynamics with the interference of information propagation. Using the research methods in nonlinear dynamics, statistical physics and applied mathematics and combining with observation, survey and experiment of pedestrian flow, the features of pedestrian psychology and behaviour under the state of emergency are analyzed scientifically, the local interaction rules on information propagation among pedestrians are determined, and the cellular automaton models and lattice gas models are established from microscopic aspects, respectively. On the one hand, without the safety information navigation, numerical simulations about pedestrian evacuation under the different complicated environments are performed, and the behaviour characteristics of crowd and various nonlinear phenomena induced by the evolution of individual information interaction are investigated, and the formation mechanism of group movement, jamming and bottleneck are disclosed. On the other hand, with the safety information navigation, through considering the number, position and influence scope of navigation pedestrian, and the strength of signal transter on broadcast, etc., the crowd behaviours, evolution laws and cooperation mechanism among pedestrians are studied, the influence of the different forms of information navigation on crowd evacuation are explored, and the main factors for improving evacuation efficiency under the case of multi-information couples are obtained. It is expected that the study will contribute to the evacuation and crowd management with control theory, so as to decrease and prevent unpredictalbe catastrophes. The research has important values on engineering application as well as significant science meanings.

本项目着眼于信息传播干扰下的人群应急疏散动力学研究。拟采用非线性动力学、统计物理学和应用数学的研究方法，结合行人流观测、调查和实验，科学分析非常规状态下行人的心理和行为特征，确立行人之间信息传递的局部相互作用规则，从微观层面建立相应的元胞自动机模型和格子气模型。一方面，在无安全信息诱导下，通过对行人在不同复杂环境下的疏散模拟，研究不同的行人信息相互作用演化所导致的人群行为特征和各种非线性现象，着重分析群集运动、行人拥堵及瓶颈现象的生成机理。另一方面，在有安全信息诱导下，通过考虑引导人的数量、位置、影响范围以及广播传递信息的强弱等因素，研究信息诱导下的人群行为、演变规律及协作机制，揭示不同形式的信息诱导对人群疏散行为影响的规律，把握多信息耦合下提高行人疏散效率的主要因素，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。本研究不仅具有重要的工程应用价值，而且具有深远的科学意义。

本项目着眼于信息传播干扰下的人群应急疏散动力学研究，从微观层面建立了新的微观行人流动力学模型，揭示了不同的行人信息相互作用演化所导致的人群行为特征和各种非线性现象。着重分析了群集运动、行人拥堵及瓶颈现象的生成机理，并获得了多信息耦合下提高行人疏散效率的主要因素，探讨了应用控制理论进行人群拥堵的疏导方法，达到了减灾、防灾的目的。目前已实现了项目的预期目标：发表学术论文17篇，其中被SCI和EI检索的论文分别为7篇(包括2篇2区论文）和1篇；提出八种新的人群应急疏散动力学模型和四种新的行人交通流模型；对混合交通流也进行了深入研究。本项目在微观模型中计及信息诱导、引导者、动态博弈行为和局域密度动态变化等因素，揭示了不同形式的信息诱导对人群疏散行为影响的规律，获得了宏观拥堵发生的主要机理；用优化速度模型描述了单向密集人群和多种类行人队列运动的过程；建立了多视野双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研究了新型电影厅、典型的学生宿舍楼层及中庭式建筑物内人群的应急疏散，揭示了出口局域密度、障碍物尺寸大小、不同内部布局及出口位置对人群疏散效率的影响；研究成果在国际会议上交流1次，在国内会议上交流10人次。培养硕士研究生12名，已毕业8名。