大型公共建筑环境中人群拥挤机理及群集行为特性的研究

摘要

大型公共建筑环境中人群聚集通常是事故发生的隐患，人群群集拥挤度越高，事故风险也就越大，而且造成的人员伤亡和损失也更为严重。本论文的研究目的是在拥挤安全事故频发的背景下，建立一种基于个体行为特征的人员运动模型，研究公共建筑环境中的人群拥挤机理及群集行为特性，为建筑设施的合理设计和布局提供依据，并进行建筑物的安全性评估。 首先，本文完成地铁车站中行人在平直通道中运动状态的观测和分析工作，拟合出行人在平直通道中运动速度和人员密度的数量关系，将实验结果作为行人仿真系统的输入和仿真模型的验证。 其次，以社会力模型为基础建立行人运动仿真模型，在该模型中加入一些新的规则，比如行人运动的各向异性，动态阻塞区域的设置等，能更为真实地模拟人群的运动；另外一个方面对算法进行优化，比如设置障碍物作用力的静态网格等，大大提高了运算效率。通过与实际的观测数据进行比较分析，证明该改进模型能较精确的模拟行人运动。 最后，本文针对一些虚拟的场景，利用构建的SimCrowd人群拥挤仿真分析系统进行人群运动仿真实验，研究了单向行人流中通道的瓶颈大小与通行能力的关系，单向行人流中不同速度的人群对于速度流量的影响，以及单向行人流和双向行人流的特性，从而为建筑设施布局提供一些设计依据。并针对现有的地铁出口设计进行设计方案比较和安全性评估。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1绪论

1.1研究背景

1.2论文研究目标

1.3论文研究任务

1.4论文结构

2人群拥挤机理研究现状及现有仿真模型

2.1人群行为特性

2.1.1实验数据

2.1.2人群行为特性的理论研究

2.2人群运动仿真模型

2.2.1磁力模型

2.2.2排队论模型

2.2.3气体格子模型

2.2.4元胞自动机模型

2.2.5社会力模型

2.2.6模型比较

2.3本章小结

3人群群集行为特性的观测与分析

3.1现有行人行为数据采集方法

3.1.1人工观测方法

3.1.2 GPS采集方法

3.1.3红外线采集方法

3.1.4视频采集方法

3.1.5数据采集方法比较

3.2地铁环境下行人运动状态的观测

3.2.1实验目的

3.2.2实验观测地点和数据采集方法

3.2.3实验步骤

3.2.4实验结果及分析

3.3本章小结

4人群拥挤仿真模型的建立

4.1仿真数学模型

4.1.1模型基本原理

4.1.2行人模型

4.1.3模型中行人期望运动速度的确定

4.2算法的改进

4.2.1行人运动的各向异性

4.2.2边界对人的作用力模型

4.2.3动态阻塞区域

4.3算法的优化

4.3.1障碍物作用力的静态网格处理

4.3.2基于局部性原理的行人间作用力计算

4.4本章小结

5实验仿真系统SimCrowd的实现与验证

5.1 SimCrowd的软硬件开发平台

5.2 SimCrowd的软件实现

5.2.1系统中行人对象的构建

5.2.2系统的功能模块设计

5.2.3系统的程序设计及实现

5.2.4系统界面及操作

5.3模型验证

5.4本章小结

6实验仿真系统SimCrowd的案例应用

6.1实例一：瓶颈处的人员拥挤行为仿真与分析

6.1.1仿真过程

6.1.2仿真分析方法

6.1.3仿真分析结果

6.2实例二：单向人流的行人仿真分析

6.2.1仿真过程

6.2.2仿真分析

6.3实例三：双向行人流的行为仿真与分析

6.3.1仿真过程

6.3.2仿真分析

6.4实例四：地铁车站的拥挤疏散仿真分析

6.5本章小结

7结论

7.1工作总结

7.2研究展望

参考文献

作者简历

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