考虑结伴行为的地铁通道行人仿真建模研究

结伴是行人运动中的普遍行为，且对行人的整体运动具有显著影响，因此仿真行人运动时，有必要考虑结伴行为. 本文以地铁内一般通道为空间背景，首先利用视频观测数据，深入分析了通道内的结伴行为特征. 然后，区分普通个体行人、结伴行人及结伴群体中的不同角色(领导者、跟随者)，基于社会力模型原理，结合颗粒流理论，建立了包含驱动力、接触力、排斥力3 个子模型的行人运动模型，并构建了考虑结伴行为的行人仿真平台. 最后，以某一地铁通道作为实例，通过观测数据及对结伴行为的刻画验证了该仿真模型的真实性及有效性，并分析了不同结伴比例对行人流平均速度的影响，得出行人速度随着结伴比例增大而减小的结论. 该模型可为进一步完善地铁枢纽的行人运动仿真模型提供理论支持，为通道内行人组织提供帮助.     

基于双层协作机制的双向行人流仿真模型

针对现有行人仿真模型在行为特性表示不全面和建筑物空间结构表达、空间单元状态的动态存储及转换、仿真过程及结果可视化等方面存在的缺陷,提出了基于双层协作机制的双向行人流仿真模型.通过对南京地铁新街口站换乘通道内行人行为的实地观测,全面分析了行人在双向通道内的行为特征.在模型中的通道环境层,利用GIS技术进行栅格化并存入空间数据库,在仿真输出阶段应用可视化引擎将场景输出至图形界面;在行人行为层,基于Multi-agent和CA理论建立行人行为决策模型,构建的智能体考虑了行人个体特性和行为.通过计算机仿真,揭示了平均速度与仿真时间步、行人密度的关系.模型成功再现通道内双向行人流的编队成行及相变现象.      

基于颗粒流离散元方法的行人动力学 模型及仿真研究

离散元方法是分析和求解复杂离散颗粒系统问题的一种高效力学数值模拟方 法,对于提高目前行人动力学模型中的求解效率,细致刻画行人运动中的力学关系具有 优势.本文利用颗粒接触理论中的软球模型描述行人的接触及挤压行为,以现有社会力模 型中的主观运动力作为外部输入,构建了基于颗粒流理论的行人运动模型,并在离散元 EDEM仿真平台上实现.通过对不同密度条件下行人运动行为及平均速度的仿真及统计, 对比实测数据,验证了模型的有效性;通过对比不同仿真平台的计算速度,验证了算法的 高效性.研究结果表明：模拟得到的行人流在不同密度下的行为符合现场观测,模拟所得 行人平均速度数据与实测数据基本吻合,所建模型具有较高计算效率.因此,基于颗粒流 理论的离散元方法能够实现对行人运动的模拟,且具有进一步的研究价值.     

地铁车站步行障碍行人避让行为建模与进出站仿真

为向步行障碍人群提供更精细化的出行服务,本文研究步行障碍行人微观出行行为,解析不同个体属性行人间的冲突避让行为机理。从行人的生理差异角度出发,扩展传统元胞自动机模型场域,同时改进场强模型和模型更新规则,建立步行障碍行人运动及避让行为的元胞自动机模型。通过构建行人运动场地实验,提取普通行人和步行障碍行人轨迹,分析其运动速度、运动偏移角度和横向移动距离等冲突避让特征参数,标定元胞自动机模型中的相关参数。场地实验结果表明,步行障碍行人的运动能力较差,自由度较低,其在冲突避让过程中的偏移角度和偏移距离均明显小于普通行人,主要通过降低行走速度进行被动避让。仿真结果显示,行人速度及普通行人、轮椅行人和婴儿车行人的横向偏移距离与实测数据的误差分别为2.74%、3.35%、6.71%、6.16%。最后,基于改进模型对上海地铁迪士尼站站台层乘客出站场景进行仿真,进一步验证了模型的有效性,并提出无障碍电梯布设的优化方案。步行障碍行人仿真模型的有效建立,可为地铁无障碍电梯等无障碍设施的规划和设计提供理论支持。     

城市轨道交通车站通道行人步行微观参数实测分析

基于城市轨道交通车站内行人交通特性的文献综述,结合在广州地铁车站采集的数据,统计性别、年龄、负重、结伴、使用手机及高跟鞋六个因素对城市轨道交通车站通道内行人交通微观特征参数的影响,并从乘客属性、心理特征、行为特征、设施环境、其他行人影响等方面分析统计结果的产生原因。该研究结论能为城市轨道交通车站设计、车站内行人客流组织、设施布局优化及设施评价提供依据,有助于完善行人流的理论研究,为微观仿真提供基础参数。     

基于群组行为的大学校园楼梯及通道行人运动特征分析

为探讨不同场景中行人群组运动的微观特征，并比较不同类型群组运动差异，本文通过大学校园内楼梯上及通道内的观测实验，获取行人运动的相关数据，研究了群组大小、社会关系、运动场景和性别对群组运动的影响. 结果表明：大学校园内行人成组比例低于商场周围行人成组比例；群组成员间的交流方式等因素会影响群组构型；由于群组成员越多相互协调就越困难，所以群组规模越大，其速度越小；此外，男性群组速度大于女性群组速度，情侣间频繁的交流也会对其速度产生负面影响；就差异性而言，2 人和3 人群组间的速度差异小于单人和2 人群组间的速度差异；单个行人不同性别间的速度差异大于2 人和3 人群组不同性别间的速度差异；楼梯上单人与群组的速度差异没有通道内明显.     

考虑行人摔倒和受伤的斜坡相向流社会力模型

行人在斜坡上运动时,其受力情况、运动速度及心理状态均与在平地运动时不同,难以应用现有社会力模型进行有效仿真.为此,考虑斜坡上行人的运动特征,提出一个改进的社会力模型,此模型基于过往实证数据对行人在斜坡上的期望速度进行了校准,并提出了推搡行为下行人摔倒的概率计算方法,同时,结合行人体重、运动加速度、承受压力及等待时间等实时状态实现了对行人摔倒、受伤及不耐烦心理的模拟.斜坡相向行人流场景仿真结果表明：坡度、行人初始密度的升高会延长人群运动时间,使人均意外发生率上升最高至38.0%;不耐烦心理有助于车道效应的形成,但会降低人群运动效率;行人流基本图中,高坡度下流量-密度关系趋势不如平地明显,各坡度行人平均速度比较接近.     

基于有限元理论的行人流社会力仿真模型改进研究

社会力微观行人仿真模型能够体现行人真实运动情况,但其在模拟拥挤状态下的行人运动时存在失真及运算效率低的问题。为此引入有限元分析方法,从模型和算法两方面对社会力模型进行改进,提出基于有限元理论的方法与求解步骤。最后应用该方法对通道内双向行人交通流进行仿真模拟,验证其可行性。     

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行人流特性分析及仿真模型参数标定目的在于为行人流仿真工作提供理论依据和基础数据。对国内综合交通客运枢纽——北京西直门地铁站行人流数据进行视频采集,采用统计分析软件SPSS对行人流参数数据进行筛选及拟合分析,建立了不同设施的行人流参数关系曲线及函数模型,研究结果表明,水平通道处行人流量与密度呈二次函数关系、流量与空间在某一临界点两侧分别呈二次函数及对数函数关系、速度与密度呈线性关系,楼梯处与之相似但特征点数值存在差异。在此基础上对社会力模型参数进行标定,给出了行人椭圆的长半轴的范围,并引入时间紧迫程度这一影响因子,确定期望速度为速度—密度函数与该影响因子的乘积。     

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行人动力学建模的关键是对行人运动方向和速度的选择进行描述.本文构建了基于多层有限状态自动机的行人Agent适应性决策模型;在此基础上,针对行人运动过程中快速决策的特征,通过构建基于认知启发式规则的行人运动行为规则集合,建立了描述行人微观运动行为的动力学模型.通过设计仿真实验并收集数据,对模型的有效性进行了验证.研究结果表明：模拟得到的行人交通流密度-速度关系与实测数据具有较好的一致性,流率-密度关系符合理论计算结果,基本图较好地符合实际观测的行人宏观交通流关系,认为本文提出的行人动力学模型具有交通上的合理性.     

无信控路段人行横道处行人过街建模与仿真

为精细化描述无信控路段人行横道处行人过街决策及微观运动行为,本文在行人过街行为分析的基础上,基于战术层-操作层构建行人过街双层模型。其中,在战术层面,针对行人分步决策特性,利用二元Logistic回归模型构建路侧和路中行人过街决策模型;在操作层面,针对传统社会力模型在描述行人过街时表现出的局限性,引入行人主动避让力和人行横道对行人的作用力,构建行人过街微观运动模型。最后,通过AnyLogic仿真平台实现行人过街双层模型仿真,并根据实际数据和仿真结果分析模型有效性。结果表明：相较于路侧决策模型,行人性别、停车视距内的车辆数和行人距潜在冲突点的距离这3个因素对行人路中决策结果影响更显著,引入行人主动避让力和人行横道对行人作用力的改进社会力模型,能更好地反映无信控路段行人过街时的行为特征。无信控路段人行横道处行人过街行为仿真模型的有效建立,能为后续行人过街安全改善方案提供决策支持。     

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吸取社会力模型中行人运动受到社会力支配的思想,综合考虑行人之间的相互影响,建立了面向大型铁路客运枢纽环境的乘客行为仿真模型.针对人群集散时行人之间的差异性,依据目标驱动力及行人与行人或障碍物之间的心理排斥力、挤压力、摩擦力,动态改变行人的运动方向和速度.引入行人防止穿透决策规则,消除行人重叠现象.采取目标点局部极小化原则,设置辅助目标点,解决行人与环境之间动态避碰和绕行问题.以北京南站高架层为仿真对象,针对不同客流到达率对行人集散的影响进行计算机仿真并加以分析,从而对模型进行校核检验,表明该模型具有合理性和有效性.     

步行设施内疏散行人拥挤踩踏仿真研究

建立基于元胞自动机与相互作用力的拥挤行人流仿真模型，研究步行设施内疏散行人流拥挤踩踏现象. 通过单个行人占据多个元胞空间，定义行人刚体部分与弹性部分，实现行人弹性化处理；以行人间拥挤力、摩擦力等相互作用力，描述疏散行人间的相互影响. 模拟再现行人疏散过程中的移动阻滞、相互挤压，以及连续踩踏等现象. 仿真结果表明：通过提高行人吸收系数和抗踩踏系数，能有效控制行人挤伤次数和踩踏行人数量；疏散出口附近区域是拥挤力累积顶区，极易发生踩踏现象，且踩踏现象具有滞后性.     

单向通道行人-自行车混合流建模及自组织现象研究

行人和自行车混合行驶是一种常见的非机动车交通组织方式,然而目前对于其混合流动力学的研究十分有限。本文基于社会力模型,提出一种面向行人-自行车混合流的混合流社会力模型(MFSF)解析行人-自行车混合流的运动机理,修正了以往研究中的自行车模型,通过实际道路上行人和自行车混合流的观测数据校准模型,构建仿真平台,最后使用仿真平台重现单向道路中行人和骑行者的自组织现象。根据仿真结果与实测数据流量-密度基本图的对比分析,验证了 MFSF模型的真实性和有效性,并可以看出,MFSF模型可以再现行人和自行车混合流的自组织现象。当行人与骑车者的比例相同时,行人和骑车者的密度越低,骑车者的车道宽度变化就越小;当行人与自行车比例变化时,骑行者的比例越大,骑行者占用的道路越宽,且骑行者的车道宽度越不稳定;如果行人输入显著减少,则自行车者车道宽度显著增加。     

基于行人影响的信号交叉口右转车辆跟驰模型

为探究在不同场景下行人对信号交叉口右转车辆跟驰行为的影响,采用无人机采集信号交叉口视频录像,通过视频分析技术提取信号交叉口右转车辆跟驰数据,提出考虑行人过街平均流率影响的右转车辆优化速度函数,构建不同场景下基于行人影响的信号交叉口右转车辆跟驰模型,并对模型进行参数标定和仿真验证.结果表明,保守驾驶员为避免人车冲突会先减速后停车,等待20 s可放行约27人;激进的驾驶员选择在过街行人间隙强行穿越人行横道,穿行前平均速度由13.8 m/s降至8.3 m/s,穿越完成后加速离开,速度波动较小,符合实际情形.     

考虑从众效应和信息传递的行人疏散建模

行人疏散问题已引起学者们的广泛关注.通过对行人疏散动态行为特性进行研 究,制定相关应急疏散策略对人群进行有效地控制和疏导,是减少拥挤踩踏事故发生的 主要手段.本文从微观角度,运用启发式力学模型描述行人的运动行为,并且考虑视野条 件、建筑物规模及信息获取等因素对疏散行为的路径搜索和选择过程的影响,建立考虑 从众效应和信息传递过程的行人疏散仿真模型.仿真结果表明,从众行为能够从一定程度 上提高行人的疏散效率,在密集的人群中,盲目从众会导致局部拥堵现象发生.     

考虑行人随机行为波动的改进社会力模型

为在仿真模型中更全面地反映行人特性,并研究随机行为对双向行人过街的影响,本文基于社会力模型建立了考虑行人随机行为的仿真模型.分析了随机行为对行人过街的影响,从速度和受力两个方面对行人随机行为进行建模,建立两个不同的行人随机行为模型.通过数值模拟,在双向行人比例1：1 的条件下,得到了考虑随机行为条件下行人的仿真轨迹和行人平均过街时间与行人总数的关系;此外在不同行人随机行为各向异性参数λ_αε 条件下,对比分析了仿真过街时间与经验模型过街时间.结果表明,行人随机行为导致过街时间增加,考虑随机行为后,改进模型二能够得到与实际相似的过街轨迹,当0.5<λ_αε <1时,改进模型二的行人仿真过街时间与利用经验模型得到的过街时间最为接近.