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人群疏散文献综述介绍.pdf

上传人:HR专家 文档编号:5177983 上传时间:2019-02-12 格式:PDF 页数:10 大小:218.50KB
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资源描述

1、1 朱诺.基于视频检测和元胞自动机的人群疏散机理研究D.导师:贾斌;邵春福.北京交通大学,2 0 1 2 .摘要:在各种交通方式中,步行可以独立的成为一种交通方式,并且构成各类交通出行两端的环节。在大型活动的场所里,人们采用步行的方式参与活动,各类设施都需要满足行走的需要,行走的服务水平直接关系到了活动的质量。因此,通过基于行人微观特征的宏观疏散行人流的研究,建立微观特征与宏观特征之间的联系,探索不同环境下不同宏观行人流特征和现象,是行人疏散研究的重点和热点,同时具有重要的理论意义,为行人的安全疏散和建筑物的整体结构合理化设计提出宝贵的方案。因此,本文从行人视频检测方法的研究、正常情况下的人群

2、疏散模型研究和紧急情况下的人群疏散模型研究三个方面进行阐述:(1 )根据不同的交通状态,提出了低密度情况下基于运动的行人检测方法和高密度情况下基于人头的行人检测方法。在低密度状态下提出了基于行人运动的检测方法:从改进权值参数和控制方差两个方面对传统的高斯模型(GMM)进行了改进,有效的减少了由于交通冲突使得运动前景融入背景模型的可能;建立了基于Kalman滤波和Mean-Shift算法的目标跟踪方法,改进了多个运动目标相互合并或分离时的处理方法;通过BP神经网络对运动个体进行分类,进而得到行人的运动信息;在高密度状态下提出了基于人头的改进的行人检测方法:提出了基于头发颜色在RGB和HSV颜色空

3、间、脸部颜色在YUV颜色空间的混合颜色模型进行头部区域检测;建立了基于Canny算法与小波变换的人头轮廓提耳取方法,实现对人头轮廓的提取;根据Hough变换提出了基于人头图像的圆环检测方法,对人头进行精确定位并统计行人流量。最后,通过实际的实验分析,验证了所提出的高、低密度状态下行人视频的检测方法有效性和先进性。(2 )在正正常情况下的人群疏散模型研究中,本文建立了基于元胞自动机的动态参数模型,在传统的动态参数模型的基础上引入了感知参数,用以描述出口附近的行人密度对行人疏散路径和出口选择的影响,通过不同的行人分布状态来与以往模型比较,模拟结果证明这种改进是有效的,因为在对于门的选择上,除了对空

4、间距离的要求以外,密度也是一个很重要的影响因素;分别对无阻碍和有阻碍情况下的人群疏散进行了研究:对于无阻碍情况下的人群疏散,本文分别研究了安全出口的最佳位置,以及单个门和多个门的布局对疏散时间的影响,并对模型参数进行了最优的选取,描述了疏散时间、系统规模、行人密度、出口宽度之间的关系;对于有阻碍的人群疏散,本文考虑了障碍物布局对疏散时间的影响,同时考虑当障碍物发生位置移动时对疏散时间的影响,刻画了障碍物移动时间、疏散时间、行人密度之间的相互关系。与此同时,为了验证所建模型的可靠性和实用性,本文进行了相应的实际疏散实验,通过本文所提出的视频检测方法和模型模拟的比较分析,发现模型的模拟过程与实际疏

5、散过程基本相符。(3 )在紧急情况下的人群疏散模型研究中,本文从视线受影响情况下的人群疏散、存在挤压情况下的人群疏散以及发生火灾情况下的人群疏散三个方面来对紧急情况下的人群疏散模型进行研究。在视线受影响的情况下,从无疏散标志的从众疏散和有疏散标志的沿墙疏散两个角度进行了研究,引入了行人视野半径的概念,并分析了行人视野半径、行人密度、出口宽度对疏散时间的影响;在发生挤压情况下,构建了元胞容量可变的CA模型,模型从方向参数和从众参数两个方面进行了考虑,分析了出口宽度、系统规模、行人密度与疏散时间的关系;在发生火灾情况下,建立了火灾发生情况下存在挤压的人群疏散模型,模型考虑了火灾的发生对系统的领域值

6、和行人疏散行为的影响,分析了火灾蔓延时间、出口宽度、行人密度、系统规模与死亡人数的关系。最后,仿真了三种情况下的行人疏散过程,从疏散模拟图来看,模型和更新规则较为合理并符合实际。2 王静虹.非常规突发情况下大规模人群疏散的不确定性研究D.导师:孙金华;卢兆明.中国科学技术大学,2 0 1 3 .摘要:近年来,在全世界范围内具有灾难性后果的非常规突发事件时有发生,大规模群体疏散问题日益得到公共安全领域的高度重视。迄今为止,对于大规模人群疏散的微观或宏观模型研究已有很多,有力推动了非常规突发事件应急处置科技领域的发展。但是,关于非常规突发事件下大规模人群疏散的不确定性尚没有得到充分的认识。为了揭示

7、非常规突发事件下大规模人群在疏散过程中所受到的诸多不确定因素的影响和作用模式,我们采用理论分析和数学建模相结合的方法,以非常规突发灾害为背景,从突发灾害、外部疏散引导以及大规模疏散人群这三个层面,研究影响大规模人群疏散的随机不确定性,从效率和风险的角度,为突发灾害应急疏散提供理论和技术支持。在非常规突发灾害层面,首先对非常规灾害与常规灾害的随机性分析与预测进行了一些探讨。以常规灾害中的城市火灾为例,建立了基于城市火灾幂律分布特征的重特大火灾事故发生概率预测模型,而非常规灾害在时间和空间尺度上均具有更多的不确定性和复杂性。因此,涉及到非常规灾害相关参数的设置和分析时,主要以人为假定的形式进行。在

8、对灾害扩散模式及危害程度进行合理假设的基础上,运用动态网络流方法,建立了一个综合考虑疏散优先级和灾害扩散一般模式的多源多汇(MSMD)大规模疏散模型,并运用CCRP算法进行了疏散规划的求解及对比。进一步提出并建立了“路径通行效率风险”(RTE风险)的概念及其定量评估框架模型,基于该模型获得的各路段在灾害发生后不同时刻的ITE风险值,可有效反映出疏散路网在灾害环境下,综合考虑了效率和风险之后“适合通行”程度的动态变化。在疏散引导层面,一是研究了大规模人群疏散时极易出现的恐慌情绪的传播特征及其对疏散的影响。运用系统动力学方法,构建了一个大规模人群疏散的定性仿真模型,通过对模型实施各种不同的输入方案

9、,发现了有无疏散引导时由于灾害氛围加剧而出现的恐慌受控或失控状况的变化规律,以及灾害氛围下人群中恐慌情绪的蔓延更多地是受到占主导地位情绪的作用。该定性仿真模型很好地揭示了疏散系统中关键要素之间的相互作用关系以及影响疏散中恐慌情绪传播的不确定性因素,并且再现了疏散出口处“快即是慢”的典型现象。二是结合疏散引导对大规模疏散风险进行了量化研究。提出了大规模人群流动特征密度的概念,并基于连续人群流动理论和相关经验公式,推导获得了影响大规模人群流动的一系列特征密度。基于所获得的特征密度,结合排队理论,建立了一个无限人流过桥模型,并通过计算相关的系统效率指标,获得了不同密度人群在不同疏散引导策略下的疏散效

10、率变化特征。基于理论分析和排队模拟所获得的五个特征密度,提出了一个在大规模疏散中判断疏散策略能否提高疏散效率的“人群密度风险轴”,以人群密度风险轴上的三个区间代表大规模疏散时针对疏散策略有效性而言的三种不同特征的人流,即有效流、临界流和无效流,并通过疏散风险的合理数值匹配,对这个人群密度风险轴进行了定量诠释。在大规模疏散人群层面,引入并量化了人群生理心理因素对大规模疏散的影响,建立并修正了大规模人群疏散路径选择的随机Markov模型,并基于Markov过程的概率描述,以CO毒气瞬时泄漏扩散为事故背景,详细分析了疏散人群在多种因素,尤其是生理和心理因素影响下的疏散不确定性。通过分析清空时间在相关

11、参数作用下的变化规律,发现在单因素变化情况下,滞留人数的对数与疏散时间之间存在分段线性特征;清空时间随着初始疏散人数的增加呈现对数线性增加的规律,随着节点最大容量的增加呈现线性减小的规律。此外,徒步疏散情况下人员心理恐慌对疏散速度的修正,整体上对于疏散结果的影响不大,而毒气影响下的人员生理风险对疏散结果影响显著,必须在涉及诸如毒气泄漏等突发事故的大规模人群应急疏散中予以重点关注。3 郭细伟.基于非均匀格子气模型的人群疏散动力学模拟D.导师:陈建桥.华中科技大学,2 0 1 3 .摘要:突发事件下的人群疏散运动是一个非常复杂的过程。由于疏散实验具有一定的人员伤亡风险,很难进行实验,从而导致实际疏

12、散的数据缺失。所以计算机仿真模拟目前是研究突发事件下人群疏散的最主要方法。社会力模型(SF)和元胞自动机模型(CA)是两种比较成熟的用于模拟人群疏散运动的连续模型和离散模型。社会力模型中个体间的相互作用两两进行评价,对于个个体,计算量为O(N2 )。对于很大的N,意味着计算负担过大,计算成本昂贵。相比于社会力模型,元胞自动机模型的计算量为O(N),这极大的提高了大规模人群疏散模拟的可行性。另一方面,人群疏散运动中,个体之间的相互作用力是一个基本的要素,对于合理模拟人群疏散起到关键作用。在元胞自动机模型中,通常忽略了这一基本要素。针对以上问题,本文的主要研究内容和取得的成果如下:(1 )基于元胞

13、自动机模型和移动格子气模型,建立了模拟突发事件下人群疏散动力学的非均匀格子气模型。该模型的更新规则中包含出口信息因子D,它是影响人群疏散过程的关键参数。D随局部人群密度的变化而发生改变,从而体现了非均匀更新。个体之间的相互作用力通过个体之间距离的非线性函数来描述。他们之间的排斥力随他们之间距离的减小而急剧增大。引入了受伤临界力的概念,并分析了它对疏散过程的影响。数值算例表明,非均匀格子气模型可以再现人群疏散的基本特征,如堵塞和拱形现象。该模型是元胞自动机模型和移动格子气模型的扩展,具有更宽的适用范围。(2 )在非均匀格子气模型中引入高程因素,建立了扩展的非均匀格子气模型。高程因素用来描述元胞格

14、子在疏散空间里的位置高度,并通过二维平面来描述三维空间状态。通过模型模拟和实验,研究了人员从阶梯教室疏散的疏散特征。为了研究火灾下的人群疏散过程,将火灾场与格子气模型进行同步耦合,建立了火灾与人员交互作用的人群疏散仿真模型。借助软件FDS,采用大涡模拟的方法模拟了阶梯教室火灾的发展与烟气蔓延过程。模型中假设个体可能移动方向与周围环境温度相关。个体疏散速度与能见度有关,利用多格子方法来体现速度的变化。分析表明基于扩展的非均匀格子气模型模拟所得结果与实验所得结果有很好的一致性。高程因素对疏散有引导作用,而火灾场明显的改变了行人的疏散路线,造成了频繁的局部拥挤,对疏散过程有明显的阻碍作用。(3 )基

15、于格子气模型思想,引入高程因素,建立了模拟地铁站人员疏散的扩展非均匀格子气模型。该模型考虑紧急情况下人员的移动特征,引入多格子方法,根据人员实时步长确定人员移动速度。考虑了人员初始分布对疏散过程的影响,同时分析了紧急疏散出口对疏散的作用。地铁站火灾情况下人员疏散的分析结果表明,适度地使用紧急疏散出口能提高疏散效率,高程因素的引入也促进了疏散进程。4 徐高.人群疏散的仿真研究D.导师:马国忠.西南交通大学,2 0 0 3 .摘要:随着各种事故和紧急事件的频繁发生,对于大量人员聚集场所,大型活动的组织,必须预先对人员的疏散方案进行充分地准备,做好各种应急的疏散预案。因为,人员疏散的过程中潜伏着巨大

16、的安全隐患,一旦在疏散过程发生拥挤践踏事故,轻则延误疏散进程,重则造成大量人员的伤亡。因此,对人群的疏散动态进行深入的研究,具有极大的现实意义和实用价值。正是于此,近年来,人群疏散的研究已经发展成为一门独立的学科,成为国际上安全研究的一个新的热点。与一般的科学研究对象不同,人群,特别是疏散中的人群,其行为既受外界诸多因素的影响,又受到人们的心理状况影响。对于如此复杂的现象,很难用数学式子来总结其行动的规律。另一方面,疏散过程通常涉及大量的人员,且不说组织这样规模实地试验的巨大花费,单就进行过程中可能发生的各种意外就足以使实验难以进行。因此,在研究人员疏散时,计算机仿真是主要的研究手段。用计算机

17、仿真研究人群的疏散动态过程已经有了几十年的历史。在这期间,有大量的仿真模型和仿真软件被建立并投入使用。这些软件从建模的对象上来区分可以分为宏观模型和微观模型两类。宏观模型将研究的对象放在作为整体的人群上,而不考虑人群中各个个人之间相互影响对整体人群行为的影响,以此建立相应的计算模型进行模拟。由于这类模型对研究对象作了大量的简化,它的建模过程简单,对计算机的计算能力要求也很低。因此,早期的仿真模型多属于这种类型。但是,随着计算机技术的发展,计算能力这一制约已经大大放宽。这促使了研究人员将研究重点转向了性能更好的微观仿真模型上。微观仿真模型将研究的对象放在人群中的单个人身上,从研究单个人在人群中的

18、运动规律出发,确定整个人群的行为。在仿真术语中,作为研究对象的个人称为Agent,所以微观仿真模型有时又被称为“基于Agent的仿真模型”。按照模型中状态改变的方式,微观模型可以细分为离散型和连续型两种仿真模型。微观模型拟真程度高、效果好。因此,近年来不少学者提出了多种基于离散和连续的微观仿真模型。这些模型的表达方式有相当的差别,特别是基西南交通大学硕士研究生学位论文第n页于离散型和基于连续型的微观模型,其表达方式更有较大差别。本论文在仔细研究各种不同表达方式的微观模型后发现,各种看似千差万别的微观仿真模型实际上具有一定的一致性,从而建立了一个微观仿真模型的数学分析框架。利用它对各种微观仿真模

19、型进行分析,可以清晰地看出它们的一致和差别。利用这一分析框架,在论文中比较了现有的各种疏散仿真模型,讨论了其优缺点。在对现有各种仿真模型的比较和总结的基础上,建立了一个疏散仿真模型。基于实用性与性能权衡的考虑,该模型采用微观离散型的仿真建模技术。通过将影响疏散过程的多种因素的引入,该模型可以较为真实地模拟出真实状况下的人群疏散动态。与现有的模型相比,通过参数值的不同选取,这个模型可以仿真模拟不同状况下的疏散动态,因而具有更大的灵活性。论文根据此模型,开发了仿真软件EvacSA,并将该软件应用于地下铁道使用最广泛的岛式车站标准设计的疏散模拟,取得了较好的结果。该软件也可以适用于其他各种建筑物(如

20、码头、剧场、体育场馆、大楼、学校等等)设计阶段进行疏散仿真模拟,以检查设计的合理性,对设计进行优化。该软件还可以用于在人群大规模聚集的场所,帮助管理人员制订最优的疏散预案,在突发事件发生时减少损失。利用软件的仿真模拟,可以对安全人员及广大群众进行疏散方面的培训,提高他们在危急情况下的应变能力。5 王兆其,毛天露,蒋浩,夏时洪.人群疏散虚拟现实模拟系统GuarderJ.计算机研究与发展,2 0 1 0 ,0 6 :9 6 9 -9 7 8 .摘要:人群疏散的虚拟现实模拟就是利用虚拟现实技术,在计算机生成空间中建立公共设施和人群的三维模型,设定各种可能发生的安全危机和相应的疏散预案,模拟并三维地展

21、示人群疏散场景;通过对模拟结果进行统计分析,可以验证人群疏散应急预案的合理性和有效性.介绍了人群疏散模拟虚拟现实系统Guarder设计的核心思想,提出了技术框架,详细阐述了其中的复杂环境语义表示、群体运动仿真等关键技术,并给出了应用实例,最后列举了几个前沿研究问题.6 刘全平,梁加红,李猛,付跃文.基于多智能体和元胞自动机人群疏散行为研究J.计算机仿真,2 0 1 4 ,0 1 :3 2 8 -3 3 2 .摘要:突发事件下人群疏散行为是安全领域的研究热点,分析复杂环境下行为决策和个人心理、生理对疏散行为和时间的影响,为公共场所安全设计和制订应急预案提供可靠依据。如何体现群体的整体性和个体的差

22、异性是人群疏散仿真的难点。为解决上述问题,提出一种多智能体和元胞自动机的人群疏散模型。首先将元胞空间中被虚拟人个体占据的元胞视为一个独立的Agent,并将元胞及其状态进行封装,扩展为具有自主性的Agent。然后通过设计各种人群疏散行为策略做为演化规则,实现个体的差异性,较好地体现了个人个性、体力、心理(恐慌度)等对疏散行为的影响。仿真结果表明,考虑了个体内在因索的人群疏散模型更接近现实,进一步提高了模型对实践的指导意义。7 禹尔东,吴正,郭明旻.双出口房间人群疏散的实验研究和数学建模J.物理学报,2 0 1 4 ,0 9 :2 1 7 -2 2 4 .摘要:本文设计了一个双出口房间内人群疏散的

23、实验方案,通过不同条件下疏散过程的实况录像及视频检测,得到不同人数疏散时间的许多定量结果.提出了双出口房间吸引区间的概念,证明了较小出口吸引区间的边界总是一段圆弧,可以解释行人流出口处的圆形成拱现象.通过类比地铁候车厅内人群疏散过程,建立了双出口房间内疏散时间的二次函数模型,成功拟合不同条件下的实测数据.疏散人数较少时,疏散时间随着人数增加而线性增长;人数较多,在出口附近出现待行区域时,疏散时间则呈二次函数增长.与一些已知疏散时间数学模型相比,本文模型对出口宽度变化的反应更敏感.8 秦文虎,查骏元,苏国辉,舒鑫.人群疏散行为仿真技术研究J.中国安全科学学报,2 0 0 8 ,0 2 :2 2

24、-2 7 +1 7 7 .摘要:提出并建立了一种人群疏散仿真模型。针对疏散空间中障碍物的动态布局,采用网格法获得各障碍物包围盒坐标,依据最短路径原则采用几何法确定每个个体起始疏散路径,解决了人群疏散的空间连续性问题。针对人群疏散时个体之间的差异性,依据个体与个体之间的作用力、摩擦力动态改变个体的行进方向,以及依据人群密度采用人群疏散速度模型实时确定每个个体的运动速度,解决了个体之间的动态避碰、绕行和超越等问题。针对人群疏散时多个出口的选择问题,提出了把出口拥挤状态与个体心理慌乱状态相结合的出口选择方法。最后采用粒子系统实现了上述人群疏散行为的二维仿真并取得了较好的效果。9 徐方,魏东,魏星.公

25、众聚集场所人群疏散基础数据的分析J.中国安全科学学报,2 0 0 8 ,0 4 :1 3 7 -1 4 5 +2 .摘要:针对直接利用国外的人群疏散基础数据进行我国公共聚集场所人群疏散的模拟将会产生不准确的预测结果、导致这些场所人员安全得不到保证的问题,通过对大量国内外相关数据的搜集、整理和分析,确定了6种基础数据是建立疏散模型和开发疏散模拟软件的必备基础,包括:人员类型和人群的组成、人员水平投影面积和形状、人员密度、人员行走速度、边界效应宽度和预动作时间;总结出获取基础数据的4种主要方法,即直接观测和录像观测、人群疏散演习、个体试验和问卷调查;并确定了可在现有资料中直接获得并使用的数据以及仍

26、需要进一步研究确定的数据。研究结论为公共聚集场所人群疏散问题的研究提供了参考和依据。1 0 马骏驰.火灾中人群疏散的仿真研究D.导师:周锡元;李杰.同济大学,2 0 0 7 .摘要:保障火灾中人员的生命安全是性能化防火设计的核心目标,信息技术的迅速发展,使计算机仿真成为实现这一目标的有效途径。2 0世纪8 0年代以来,人员疏散仿真模型在世界范围内得到广泛应用。然而,现阶段火灾中人群疏散的仿真研究仍存在如下不足:首先,仿真仅仅是对人员疏散过程的模拟,而没有考虑火场环境的实时作用。其次,人员疏散具有明显的随机性,然而当前的研究多采用确定性分析方法。最后,建筑疏散性能评估大都直接使用具有固定输入模式

27、的软件,在设定输入参数时,忽略了不同地域的人员行为特征。有鉴于此,本文依据试验观测与计算机仿真相结合的研究思路,为解决上述问题展开了系列研究:1对上海市某地铁车站组织了客流观测试验。通过分析影像资料,获取乘客年龄分布、行走速度等代表我国人员行为特征的信息,对自动扶梯在乘客疏散中的作用进行了研究。现场观测试验的开展,为获得正确的仿真结果提供了保障。2提出了火灾物理模拟与人员行为模拟相结合的基本思想。借助火灾模拟程序CFAST与人员疏散仿真软件buildingEXODUS,以某地铁车站为例,进行了火场环境实时作用下的人群疏散仿真研究。结果表明:火场环境会降低人群的判断和活动能力、延长疏散时间,并产

28、生其它不利影响。因此,在防火设计中考虑火场环境的实时作用是必要的。3定量研究了道路转角、人员行走速度等疏散过程的影响参数,并反映了各参数之间的相互联系。结果表明:各个参数对疏散过程的影响不同。此外,即使是相同的参数,对不同类型建筑的影响也存在差异。4发展了求解安全疏散可靠度的概率密度演化方法,通过概率密度演化理论的分析,表明利用一次二阶矩法求解安全疏散可靠度是可行的。5在上述研究的基础上,初步建立了基于可靠性的安全疏散优化控制方法。最后,简要讨论了需要进一步研究的问题。1 1 屈云超.密集人群疏散行为建模与动态特性研究D.导师:高自友.北京交通大学,2 0 1 5 .摘要:大型公共场所内的人员

29、较为密集,人群结构组成复杂,如果遇到突发事件,微小的扰动将引发严重的拥挤踩踏事故。密集人群的安全疏散问题已经引起了学者们的广泛关注。通过对行人的动态运动行为特性进行研究,制定科学的应急疏散策略,对密集人群进行有效的控制和疏导,是减少事故发生、保证行人安全的关键。本文在现有典型场景行人疏散实验研究的基础上,设计了复杂场景的疏散实验,对行人疏散的微观运动行为和宏观路径选择行为特性进行了定性和定量的研究。基于微观运动仿真的启发式力学模型,以及宏观路径选择行为的用户均衡准则,对密集人群疏散行为的建模方法与动态特性研究进行了深入的探讨。本论文的主要研究工作如下:(1 )根据现有典型场景的行人疏散实验方法

30、和研究结果,考虑路径选择行为特性,设计了具有多个出口和多条路径的复杂场景的疏散实验。实验通过调整内部障碍物的位置和尺寸来改变各个出口和路径的长度和宽度,从而对路径选择的影响因素进行实验分析。此外,实验通过调查问卷获取了实验者的基本信息以及路径选择结果。对采集的视频进行处理和提取,获得了疏散过程中各条路径的行人数量,每个行人离开出口的时间,以及场所内各个时刻的流量分布。结果表明,行人在路径选择时,会考虑初始位置与出口的距离、路径和出口的宽度以及路径的动态流量分布等因素的影响。行人的路径选择行为具有区域性、随机性和动态性等特性,选择结果基本上满足动态最优用户准则。(2 )基于模拟行人微观运动的启发

31、式力学模型,通过分析模型的数学性质以及行人绕行前方移动障碍物的运动机理,提出启发式绕行算法(HDA)用以快速有效的求解非线性、不连续的启发式函数。通常情况下,该方法能够得到启发式函数的近似解;当行人前方只有一个静止障碍物阻挡时,该方法能够得到精确解。通过运用社会力模型(SFM)、相互最优避免接触算法(ORCA)、枚举算法(EA)和HDA四种方法对个体行人和大规模人群的运动过程进行数值仿真实验、测试和验证。结果表明,HDA的计算精度与EA算法基本相同,计算效率比EA算法提高约2 0 %;与SFM和ORCA方法相比,HDA方法能够得到与实际基本相符的基本图模式。总体来看,HDA方法具有较高的计算效

32、率和精度。(3 )建立了描述行人楼梯运动的启发式力学模型,并结合经验数据、实测数据和行为特性,对模型的有效性进行了验证。模型考虑几何描述和计算效率等因素,采用三圆形作为行人的几何形状,并且给出了基于三圆形的最优期望速度方向的求解方法。模型还考虑了行人的步长受身体特性、重力作用和楼梯建筑尺寸的影响,引入线性的可变松弛时间对楼梯运动进行描述。通过以上改进方法,模型能够描述不同建筑尺寸、不同人群密度下,行人上下楼梯运动的差异。通过采集北京地铁1号线换乘站楼梯处的客流数据,将仿真结果与实测数据进行对比验证,结果表明该模型在微观层面能够得到较符合实际的走行速度和流入流出曲线,误差约为7 .2 6 %:在

33、宏观层面能够重现成行排队现象和楼梯运动的基本图函数,能够估算密集人群的疏散时间和楼梯的通行能力。(4 )考虑行人疏散行为的微观和宏观特性,结合行人微观运动建模方法和网络交通流的均衡理论,建立了微观和宏观相结合的模型来描述复杂场景下密集人群的动态疏散行为,并且运用实验数据对模型进行验证。微观层面,运用启发式力学模型描述了微观运动行为,并且对通道和瓶颈处的行人流进行仿真,得到了拟合的速度密度关系式和通行能力表达式:宏观层面,提出了满足动态用户最优准则的变分不等式模型,用以描述动态出口和路径选择行为。微观模型得到的个体速度和流量进行集成,得到各条路径的平均流量和平均速度,作为下一时刻的出口和路径选择

34、的依据;宏观模型得到的出口和路径选择结果进行离散化,得到个体的期望速度方向,并作为微观模型的输入。通过仿真结果与实验数据的对比验证,结果表明该模型能够重现密集人群的动态疏散过程,能够得到与实际相符的路径选择结果,误差约为8 %。此外,该模型还运用到大型超市进行密集人群的疏散仿真,分析了突发事件对行人疏散过程的影响,提出了拥堵区域识别的方法。(5 )考虑行人信息差异对疏散过程的影响,分别建立了多用户的动态用户最优宏观模型,以及考虑从众效应和信息传递过程的微观模型。通过对行人疏散的网络流体特性进行了分析,构建了一般条件下的疏散网络结构,并考虑视野因素的影响对出口和路径的可见性进行定义。宏观层面,对

35、行人获取的出口信息进行分类,研究了不同类别的行人数量对疏散效率的影响。研究发现,具有完全信息的行人可以提高行人疏散的效率,在疏散时安排适量的指导人员可以减少拥堵现象的发生。微观层面,分析了由于信息差异导致的三种典型的从众选择模式,分别对小团体效应、无信息交流下的从众选择以及信息交流下的从众选择进行了建模。研究结果表明,低密度情况下,从众行为能够让信息不完全的行人更快的找到路径,从而能够较大幅度的提高疏散效率:在高密度情况下,从众效应会引发局部的拥堵,从一定程度上降低了疏散的效率。1 2 沙云飞.人群疏散的微观仿真模型研究D.导师:史其信.清华大学,2 0 0 8 .摘要:我国文化、体育方面的大

36、型活动日益增多,同时,火车站、机场等大型城市枢纽的交通压力也日益增大。由于在建筑设计、行人组织、紧急事件管理等方面的应用价值,人群疏散的特点和规律日益受到学术界的关注。行人行为模型是描述行人的交通行为过程的模型,是进行不同时空尺度的行人仿真、人群疏散仿真的算法核心。本文通过“行人运动实测研究-行为特点总结-行为建模-仿真建模-模型验证-模型应用”的思路,对行人运动和人群疏散进行建模和仿真研究。论文回顾了行人行为和人群疏散的研究现状,系统地总结了基于物理力的模型、基于元胞自动机的模型的基本原理、假定条件、核心方法和发展沿革,指出了现有模型的不足,通过实测研究行人的运动规律,提出了基于精细网格划分

37、、人工势能场的微观行人仿真模型。通过视频采集行人运动,使用视频处理和坐标转换技术得到真实行走空间内的行人运动轨迹,通过对行人运动轨迹进行分析,可得到行人运动参数。在分析了行人的行为特点、行人运动参数之间的关系和影响行人行为的因素的基础上,论文提出了基于精细网格划分、人工势能场的邻域决策模型来描述行人的行为,给出了在考虑多种因素影响下的单人决策模型。针对从单人决策到集体决策的问题、叠加势能场的定义和计算方法等问题,给出了解决方案。精细网格划分是指对行走空间进行1 0 cm1 0 cm元胞划分,相对于传统的离散模型,这种描述方法加强了对建筑物空间的描述能力,能够更精确地描述行人的体型和位姿。采用人

38、工势能场机制,能够考虑到达目的地的最短路、障碍物、其他行人以及特殊事件对行人的影响。该模型的优点是能够将基于全场景的宏观层面上的路径规划决策和基于邻域的微观层面上的单步决策有机地结合在一起。并且,采用人工势能场机制描述各种因素对行人行为的影响,可以灵活地增加考虑的因素,有利于模型的扩展。论文在基于精细网格划分、人工势能场的行人行为模型的基础上,提出了人群疏散的仿真系统框架。仿真流程主要包括四个步骤:场景建模、势能场生成、仿真运行、结果输出与分析。在MicrosoftVisualStudio2 0 0 5的开发环境下使用VisualC+语言进行开发,编写完成了初步的人群疏散仿真软件EVA1 .0

39、 ,对模型和仿真软件的应用进行了说明,通过仿真算例证明行人行为模型和疏散仿真软件具有良好的应用效果。1 3 王理达.地铁车站人群疏散行为仿真研究D.导师:张星臣.北京交通大学,2 0 0 7 .摘要:地铁运输系统是现代化城市综合运输系统的重要组成部分,是高速运行的大容量轨道交通系统。地铁车站作为大量人员聚集场所,由于其相对封闭,人员密集等特性,在人员疏散的过程中潜伏着巨大的安全隐患,一旦在疏散过程发生拥挤践踏事故,轻则延误疏散进程,重则造成大量人员的伤亡。因此,对人群的疏散行为进行深入的研究,具有极大的现实意义和实用价值。本文以北京地铁西直门车站为研究背景,对地铁车站火灾等事故情况下的人群疏散

40、行为规律进行了仿真研究。论文分析了地铁车站建筑和功能上的特点,总结了地铁车站这一特定环境下人群疏散的行为规律,从心理、行为、认知、行动能力、表现的现象等多方面,对车站人员疏散时的行为特征进行研究。论文在比较分析现有仿真模型的基础上,建立了地铁车站微观离散仿真模型,该模型具有更大的灵活性,可以模拟地铁车站这一特定环境中,不同场景和状况下的疏散过程。在此基础上,开发了相应的仿真系统。以北京地铁二号线西直门站为研究案例,对疏散系统、疏散瓶颈、疏散预案等方面进行了分析、研究,提出建议,同时也证明该系统有较好的实用性。论文的研究成果为地铁车站建筑设计、疏散预案评价以及安全管理人员的培训等方面工作提供了有

41、力的工具,在疏散系统设计、疏散预案制定、疏散组织等方面具有一定的指导意义和应用价值。1 4 马骏驰,李杰,周锡元.考虑火场环境实时作用下的人群疏散仿真研究J.中国安全科学学报,2 0 0 7 ,0 7 :2 0 -2 5 +1 8 0 .摘要:在现行的性能化防火设计中,通常将火灾发展与人员疏散两个过程分开考虑,从而忽略了火场环境对人员疏散过程的实时作用。该方法与实际情况有很大差异。笔者借助火灾模拟程序CFAST和人员疏散仿真软件buildingEXODUS,以某地铁车站为例,进行了火场环境实时作用下的人群疏散仿真研究。结果表明,火场环境会降低人群的判断和活动能力,延长疏散时间并产生其他的不利后

42、果。因此,在防火设计中考虑火场环境对人群疏散的实时影响是十分必要的。1 5 孙立,赵林度.基于群集动力学模型的密集场所人群疏散问题研究J.安全与环境学报,2 0 0 7 ,0 5 :1 2 4 -1 2 7 .摘要:密集场所人群疏散问题直接关系到大型公共场所的安全保障能力。应用群集动力学理论方法,在密集人群群体流动过程和个体流动过程分析的基础上,对已有的人群疏散数学模型进行改造,使之更加符合实际意义。以实际人群密集场所为例,进行数值仿真,寻求一定人流密度和疏散时间约束下的最佳疏散通道宽度以及关于开放疏散出口数量的最佳疏散策略,以达到最佳的疏散效果。为有效解决应急环境下密集场所人群疏散问题提供了

43、理论依据,可用于指导密集场所建筑物的结构设计改进,以及疏散过程中的调度管理优化等。1 6 田玉敏.火灾中人群疏散延迟时间的研究J.灾害学,2 0 0 7 ,0 4 :9 5 -9 9 .摘要:火灾中人员的疏散时间主要包括疏散前的延迟时间和在通道上的疏散时间。对疏散延迟时间的分布及其对疏散时间的影响进行了研究,利用BuildingExodus软件对实际工程进行了模拟,并得出了一些重要的结论。这些结论对于修正传统疏散时间的工程计算方法、制定合理的人群管理对策具有重要的指导作用。1 7 田玉敏.人群疏散中“非适应性“行为的研究J.灾害学,2 0 0 6 ,0 2 :1 1 4 -1 2 0 .摘要:

44、本文从人与人的相互作用和社会学、心理学的角度,对人群疏散中“非适应性”行为”的理论、计算机模型、模拟原理等进行了较为深入的研究,并以具体实例说明了BuildingExodus软件在人群疏散模拟分析中的具体应用,为完善该研究方向的计算机模型和促进软件的开发提供理论和方法的指导。文章得出的结论是:“非适应”人群行为的研究需要从心理学和社会学的角度建立人群中个人行为与社会行为的理论框架。“非适应”人群行为的研究方法必须与紧急情况相结合,而紧急情况是一个由多个人员组成的复杂系统,大量人群环境的模拟需要涉及到人与人之间,人与环境之间的相互作用。1 8 陆卓谟,秦文虎.火灾中基于个体行为的人群疏散仿真J.

45、东南大学学报(自然科学版),2 0 1 1 ,0 6 :1 2 9 5 -1 2 9 9 .摘要:为了指导火灾中的人群疏散,研究了一种新的人群疏散模型用于提高人群疏散仿真的真实性.通过分析个体对火灾警报的不同响应时间,个体在疏散过程中采取的不同运动速度,个体间的组运动方式,个体的出口选择等因素对人群疏散的影响,建立了个体行为特征与元胞自动机相结合的人群疏散模型.该模型包括个体对火灾警报响应模型、个体逃生速度模型、组运动模型和出口选择模型.仿真分析表明:火灾中不同的个体行为对建筑物内人群疏散的总体时间有较大影响;人群疏散仿真中引入个体的反应时间和组运动方式能使人群疏散仿真更加真实.1 9 胡春雨

46、.基于群体智能的人群疏散建模与仿真方法研究D.导师:刘弘.山东师范大学,2 0 1 5 .摘要:随着公共安全问题的发生日益频繁,大规模人群疏散问题成为应急处理中不容忽视的重要环节。研究突发事件下人群疏散的行为特征及运动规律,对人群聚集场所的疏散能力进行风险评估,成为解决火灾、踩踏等公共安全问题的有效途径。突发事件下的人群疏散是一项极为复杂的工作,实际疏散演练是疏散方案的最佳测试方法,然而这种方式存在人员安全无法保障、实验代价高等多种问题。计算机仿真技术的出现为应急场景下人群疏散方案的测试与分析提供了新的思路。应急场景下的人群疏散仿真主要包括场景建模、路径寻优以及人群运动行为建模。针对上述三方面

47、研究内容,本文提出了相应的建模方法与人群疏散运动模型。针对传统场景建模方法中存在的建模成本高,模型精度差等问题,本文提出了一种基于单幅图像的三维场景建模方法,该方法在控制成本的同时,提高了模型精度,实现了高逼真度的要求。此外,目前在针对突发事件人群疏散仿真的研究中,虽然已经存在很多从计算机仿真技术实现的角度建立的人群运动行为模型。但是,将人群心理因素引入到大规模人群疏散中并量化其对人群疏散的影响,建立反映人群疏散特征的模型的研究还比较少。本文采用多蜂群协同进化算法作为宏观模型指导宏观路径规划,采用改进的社会力模型和微粒群算法作为微观模型指导人群疏散过程中的个体行为,构建出综合了宏观和微观两种模

48、型优势的人群疏散运动模型。本文主要的工作及创新点如下:(1 )针对场景建模的特性,本文提出了一种基于单幅图像的交互式三维场景建模方法。该方法使用单幅图像作为输入,降低了对输入的要求;在图像处理的过程中加入了用户交互,并利用交互信息指导二维图像与三维模型之间的对应关系计算,从而大大缩短了图像处理的时间。基于单幅图像的交互式三维场景建模方法以三种基元为基础,通过基元构建、前景背景提取、模型贴图以及交互式操作,快速生成用户所需要的三维场景模型。实验表明,本文所提出的基于单幅图像的交互式3 D场景建模方法能够有效降低建模成本,提高模型精度,快速生成与图像相对应的三维场景模型。(2 )针对人群运动过程中

49、的人群分组行为,本文提出一种考虑群组特性的微观人群疏散仿真模型,该模型主要包括三部分:基于群组吸引力的人群分组方法、考虑群组特性的社会力量模型以及基于微粒群算法的人群运动模型。该模型首先以家庭、同事、朋友等关系为依据形成分组,在分组结果的基础上将考虑群组特性的社会力量模型与基于微粒群算法的人群运动模型结合,共同指导人群的微观运动过程,从而更好地重现人群疏散过程中的分组现象以及出口处的拱形现象。(3 )在原始人工蜂群的基础上引入了多种群协同进化的概念,提出了一种基于分层通讯模型的多蜂群协同进化算法,并采用种群自适应调整策略来降低算法复杂度。性能测试和可视化仿真实验表明该算法能够有效拓展解的多样性,提高求解精度,同时还具有收敛速度快的优势。本文将该算法应用于人群疏散过程中的宏观路径规划,为疏散过程中的个体提供路径选择功能。结合相应的科研项目,将上述研究成果应用于人群疏散建模与仿真系统的场景模型与人群疏散模型构建中。该系统实现了环境建模、语义提取、人群运动和数据导出四部分功能。通过在该系统中对应急场景下的人群疏散运动进行模拟仿真和分析研究,总结出人群规模、出口数目对人群疏散时间的影响。实验表明,本文提出的方法能够快速

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