基于元胞自动机和背景场理论的行人行为仿真研究

摘要

通过行人行为仿真研究掌握行人流交通特性，是评估和优化公共设施建设、运营、管理，保障行人出行安全的前提和基础。基于元胞自动机模型的行人行为仿真是近年研究热点，可分为非紧急情况下的行人流典型现象研究和紧急事件下的行人疏散行为研究两类。目前对正常情况下常见的行人围观行为研究较为缺乏，且在对紧急事件下行人疏散行为的研究中，通常未计及事件不断扩散以及人群恐慌心理对疏散过程的影响，使得行人行为和交通流特性过于理想，不符合行人运动实际。为此，充分考虑上述影响，建立更加符合实际情况的行人模型，有利于准确掌握行人流特性和典型现象的形成机理及影响因素，对行人交通的分析和管理具有重要意义。
　　论文针对上述元胞自动机行人模型两类研究中存在的问题，在传统的背景场元胞自动机模型基础上，综合考虑了环境条件、事件性质、行人心理作用、行为习惯等因素对行人运动过程的影响，重点研究了吸引型事件下行人的围观行为和紧急事件下行人的疏散行为，主要内容如下：
　　①吸引型事件下行人的围观行为仿真研究。为了有效地刻画行人围观行为，本文通过分析吸引型事件以及事件下行人的特征，综合考虑了行人围观过程中的从众跟随行为、视线距离、心理安全距离以及行人围观过程的随机性等因素，提出了吸引场和行人围观兴趣度的概念，从而建立了由静态场、动态场和吸引场组成的背景场模型，并定义了相应的更新规则。最后，通过仿真实验验证了模型的有效性，并分析了相关参数对行人围观行为的影响。
　　②紧急事件下行人的疏散行为仿真研究。在分析了紧急事件和事件下行人的特征的基础上，为了刻画紧急情况下事件不断扩散对疏散过程的影响，提出了事件扩散场的概念；此外，为了描述行人恐慌心理对行人行为的影响，提出了恐慌系数的概念和计算方法。从而建立了由静态场、动态场和事件扩散场组成的行人疏散模型，并定义了相应的仿真更新规则。最后，通过仿真实验验证了模型的有效性，并分析了行人疏散过程的影响因素。
　　综上述所，本文建立的在吸引型事件下行人围观行为模型和紧急事件下行人疏散行为模型仿真结果与行人实际运动行为基本相符，能较好再现行人的围观行为和疏散行为，揭示其相关现象的形成机理及影响因素。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的提出及研究意义

1.4 论文主要研究内容及章节安排

1.5 本章小结

2 行人行为仿真研究思路及关键问题

2.1 元胞自动机模型简介

2.2 背景场基本方法简介

2.3 论文研究思路

2.4 关键问题分析

2.5 本章小结

3 吸引型事件下行人的围观行为仿真研究

3.1 吸引型事件下的行人特征分析

3.2 考虑行人跟随和围观兴趣度的背景场模型

3.3 实验设计和模型参数标定

3.4 仿真实验结果及分析

3.5 本章小结

4 紧急事件下行人的疏散行为仿真研究

4.1 紧急事件下的行人特征分析

4.2 考虑事件扩散和行人恐慌心理的背景场模型

4.3 实验设计和模型参数标定

4.4 仿真实验结果及分析

4.5 本章小结

5 模型综合仿真验证

5.1 仿真实验

5.2 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目

B. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文