行人流运动中行为偏好形成规律理论的研究

The accurate prediction of pedestrian dynamics is the precondition to guarantee the service level of pedestrian traffic as well as the pedestrian safety. The behavior bias is the key factor to affect pedestrian dynamics. The lack of the theory about the bias formation makes the property of bias unpredictable, which often causes large errors in pedestrian dynamics estimation. Cognitive scientists indicate that the formation of behavior bias is due that the effect is always well when taking that behavior. Motivated by this idea, we plan to use evolutionary game method to investigate the law underlying the formation of pedestrian behavior bias : design and conduct the natural observing and controlled pedestrian moving experiments to discover the property and basical law of pedestrian behavior bias formation; build up the model to discribe the process of bias formation by multiply income indexes method; extract the formation conditions for behavior bias by various ways, such as mathematical analysis, simulation, as well as controlled experiments. By implementing this plan, a whole framework of the law of the formation of pedestrian behavior bias will be established, and the method of predicting the property of pedestrian behavior bias under given scenes will be given. So it is reasonable to believe that the plan will set up a theoretical guarantee for future pedestrian dynamics estimation applications.

准确预测行人流运动特性是提高行人交通设施使用效率和安全性的前提，行为偏好是决定行人流运动特性的关键。然而，目前针对行人行为偏好形成规律的基础理论研究仍很贫乏，进而导致实际应用中行人流运动特性预测出现较大偏差。本项目基于认知学中行为偏好的形成在于使用该行为后总能取得良好效果的观点，采用演化博弈方法，对行人行为偏好形成规律相关理论进行研究。具体研究内容包括：开展自然观测实验及可控行人运动实验揭示行人行为偏好的形成特征和基本形成规律；提出多指标融合的演化博弈模型对行人行为偏好形成过程建模；采用数学解析、模型仿真以及可控实验观测等多种手段提取并量化行人行为偏好的形成条件，并建立典型场景中行人行为偏好种类和程度的预测方法。通过以上内容的研究，本项目将为行人行为偏好形成规律这一重要问题建立完整的理论框架，并为提高行人流运动特性预测的准确性提供理论和技术支撑。

准确预测行人流运动特性是提高行人交通设施使用效率和安全性的前提，行为偏好是决定行人流运动特性的关键。目前针对行人流行为偏好形成规律的基础理论研究仍很缺乏。本项目基于认知学中行为偏好的形成在于使用该行为后总能取得良好效果的原理，采用演化博弈、统计建模等方对行人行为偏好形成规律相关理论进行研究。研究工作有：开展自然观测和可控实验对结组行为、选择惯性行为、侧身避让行为、行人过马路时的违规穿越行为、狭小出入口排队人群提前调整位置行为等典型行人流行为偏好的基本形成规律进行研究；在元胞自动机仿真建模的基础上，构建了基于演化博弈的移动收益驱动型，通过移动收益来调节行人对行为偏好的选择概率，实现了行为偏好形成过程的真实模拟；从自然观测及可控实验中提取得到大量描述偏好形成状态的样本数据，利用统计检验方法发掘确定了影响偏好形成的关键因素，利用演化博弈框架从机理上分析解释了偏好的形成条件。主要结果包括：发现对多出口的惯性选择行为会导致更多的疏散时间，而在冲突解决过程中惯性行为会导致更高的合作频率；发现在对向流自组织带里，慢速行人倾向于分布在自组织带内部，稳定性较强；快速行人倾向于分布在自组织带外部，稳定性较差；发现对冲行人流会在“带头人”的作用下形成对冲自组织带，并会经历“等待-形成-殆尽”三个阶段；发现狭小出入口排队人群会出现提前调整位置的行为偏好；发现宏观层面上城市人群运动会呈现出环带汇聚模式。这些研究成果围绕行人流行为偏好已形成一整套理论。目前已在《Journal of statistical mechanics: theory and experiment》、《International Journal of Modern Physics C: Computational Physics and Physical Computation》等国内外知名学术期刊发表SCI检索论文2 篇，出版学术专著1部，发表会议论文4篇。申请发明专利7项。项目组将上述成果应用到我国轨道交通系统的安全应急管理工作中，在高铁客运站应急管理、地铁路网应急指挥工作中发挥了重要作用。项目组因此获得第六届全国安全生产科技奖一等奖。