疏散演习中的人员典型行为计算机模拟研究

摘要

当发生火灾或踩踏事故时，人员疏散困难问题往往成为威胁人们生命安全的重要因素，进行紧急情况下人员行为和人员疏散规律的研究对保障社会公共安全意义重大。但由于灾难性事故的危险性和不可重复性，人们能够获取到的真实事故资料非常有限，因此研究者较多地是通过小规模的疏散演习来获得人员疏散过程的经验数据，然后利用计算机技术对人员行为和疏散过程进行模拟研究。
　　 本文首先针对本研究小组在布满桌椅的教室内进行的在报警声音指导下的人员疏散演习录象进行了观察与分析。演习中通过让被试者戴上不透明的眼罩来模仿火灾等事故中由于烟气或断电而造成的人员视野受限的情况，并与不戴眼罩的情况进行了对比。通过对出口流量、个体疏散时间、人员行走路线等的统计和分析，本文从报警声音、人员视野和出口宽度三个角度阐述了其对疏散过程和人员行为的影响。通过观察演习录像，发现了疏散中的“速度变化”、“性别差异”、“依附行为”以及“潜意识环境认识及其衰退”等现象。在这些演习结果的基础上，本文用元胞自动机模型进行了一系列模拟研究。
　　 通过分析演习中人员对出口的选择和观察录像，发现除了与出口之间的距离外，出口处的人流密度也是影响人员出口选择的因素之一。人们往往更加倾向于选择人少的出口，尽管这些出口距离自己更远些。因此，本文在元胞自动机模型中引入了出口区域人流密度因子来模拟人员对出口区域内人流密度的认识和判断行为。模拟结果和演习结果的对比表明：对人员的出口选择行为来讲，除了距离出口的远近以外，出口处人流密度也是不可忽视的。在模型中引入出口处人流密度因子可以使模拟结果与真实情况更接近。
　　 演习中还观察到了人员对环境信息的潜意识认识行为，即人员对环境比较熟悉时会在大脑中产生对环境的潜意识认识，即使失去了视觉也能够依靠潜意识的指导合理地进行疏散，但这种潜意识认识会随时间的推移而逐渐消退。根据这一结果，在对比分析“地场”元胞自动机模型几种不同基本模拟规则的基础上，提出了考虑人员视野受限情况下对环境的潜意识认识行为及其消退的模拟模型，研究结果表明：声音信息在人员视野受限时比不受限时发挥了更大的作用，但环境信息并没有被完全忽略，因为人员在视野受限情况下会在大脑中形成对环境信息的潜意识认识。
　　 最后，本文探讨了人员疏散中的男女性别差异。通过观察演习录像和分析演习中不同性别的人的疏散时间、速度以及行为特征，发现男性比女性平均速度要高出0.2～0.3m/s，同一演习条件下，同一位置的不同性别学生所需的疏散时间也不同，总体上女性所需的时间比男性长。然后本文在元胞自动机模型的基础上建立了考虑男女性别差异的计算机模拟模型，研究了人员疏散过程中的性别差异及其对疏散结果的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景和意义

1.2研究历史及现状

1.3人员疏散研究综述

1.3.1对人员行为的研究

1.3.2对疏散时间计算的研究

1.3.3计算机模拟研究

1.4本文的研究目标、内容和方法

1.5论文章节安排

第2章声音信息指导下人员疏散演习

2.1演习设计中的基本问题

2.1.1演习变量

2.1.1演习设计基本原则

2.2演习介绍

2.3演习数据统计与分析

2.3.1疏散时间分布

2.3.2人员行为与特殊现象

2.3.3信度与效度分析

2.4本章小结

第3章考虑出口处人流密度的教室内人员疏散研究

3.1引言

3.2模型

3.3模拟结果及其分析

3.3.1出口区域人流密度敏感度

3.3.2模拟与演习的对比

3.4本章小结

第4章潜意识环境认识行为的元胞自动机模拟研究

4.1引言

4.2模型

4.2.1两种静态场力计算方法

4.2.2两种邻域类型

4.2.3考虑潜意识环境认识行为的模型

4.3模拟及结果分析

4.3.1视力不受限情况下的模拟

4.3.2视野受限情况下的模拟

4.4本章小结

第5章疏散过程中的人员性别差异及其模拟

5.1引言

5.2演习分析

5.2.1演习中的直观现象

5.2.2数据统计分析

5.3对性别差异的模拟

5.3.1模型介绍

5.3.2女性取胜概率Pc

5.3.3对演习1的模拟

5.4本章小结

第6章小结与展望

6.1论文小结

6.2论文创新点

6.3进一步工作展望

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

参考文献