多信息作用下人群应急疏散动力学建模及行为模式演变机理研究

The project focuses on crowd evacuation dynamics with the effect of multi-information. Using the methods of mechanics, nonlinear dynamics and applied mathematics and combining with actual measurement and evacuation experiment, the features of pedestrian psychology and behavior under the emergency are analyzed scientifically, the behavior rules and the behavior patterns (e.g., rational behavior or irrational behavior) under the different multi-information effects are determined, and the cellular automaton models are established from a microscopic point of view. On the one hand, aiming at the different cognitions and preferences of individuals on “static state” and “dynamic state” information, various behavior characters (e.g., conformity behavior, intentional behavior and return behavior, etc.) and nonlinear phenomena induced by the information alternation, propagation and interaction among individuals are investigated, and the formation mechanism of crowd jamming evoked by the change of behavior patterns are analyzed. On the other hand, through investigating the mechanism of cooperation and coupling among the different groups, the behavior laws and structure characteristics are disclosed. Especially, the effect of the behavior pattern of the mass crowd on emergency are studied, and the formation and evolution laws of abnormal macroscopic flow patterns are explored. At the same time, the risk forecast is also investigated. It is expected that evacuation strategy can be obtained by intelligent navigation, so as to decrease and prevent unpredictable catastrophes. The research has important values on engineering application as well as scientific significance.

本项目注重多信息作用下的人群疏散动力学研究。拟采用力学、非线性动力学和应用数学的研究方法，结合实测和实验研究，科学分析紧急状态下行人的心理与行为特征，确立行人在多信息作用下的行为规则及行为模式（理性行为和非理性行为），从微观角度出发，构建相应的元胞自动机等微观模型，重点研究典型公共场所下的人群应急疏散问题。一方面，针对个体对“静态”和“动态”信息的不同感知及偏好，研究个体之间信息交互、传播及相互作用所导致的各种行为特征（如从众、意向、回返等）和非线性现象，着重分析个体行为模式变化所导致人群拥堵的形成机理。另一方面，通过对不同群体之间协同和耦合机制的研究，揭示群体的行为规律和结构特征，特别是大规模人群行为模式对突发事件的影响规律，把握异常宏观流动模式的形成和演化机制，并进行风险预测，探求智能诱导疏散策略，以达到减灾、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。

本项目聚焦于多信息作用下的人群应急疏散动力学研究，从微观层面建立了相应的元胞自动机、社会力等微观模型，重点研究了典型公共场所（如步行街、广场、图书馆、大型商场等）中的人群应急疏散问题。一方面，针对个体之间信息交互、传播及相互作用所导致的各种行为特征（如从众、意向、回返等）和非线性现象，着重分析了个体行为模式变化导致人群拥堵的形成机理；另一方面，研究了群体的行为规律和结构特征，重点探讨了异常宏观流动模式（如层流→间歇流→湍流）的形成和演化机理，探求智能诱导疏散策略，以达到减灾、防灾的目的。目前已实现了项目的预期目标：发表学术论文14篇，均被SCI收录，其中2区论文10篇，3区论文2篇，4区论文2篇；提出八种新的人群应急疏散动力学模型和二种新的行人交通流模型；对车辆交通流也进行了深入研究。本项目在微观模型中研究了单个和多个危险源突发事件下，行人之间的博弈、协作与决策行为所导致疏散过程中出现的各种非线性动力学特性，获得了宏观拥堵发生的生成机理；利用元胞自动机模型和社会力模型研究了步行街、广场、图书馆、大型商场等建筑物内人群的应急疏散，揭示了恐慌度及情绪传播等因素对疏散效率的影响；研究成果在国内会议上交流18人次，其中分组口头报告14人次，张贴报告4人次。培养硕士研究生19名，其中已毕业10名，在读9名。