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原文传递行人交通特征的实验和模型研究

论文题名：	行人交通特征的实验和模型研究
关键词：	行人交通;行人流;单出口通道;疏散效率;环形通道;打伞行为;对向成行
摘要：	随着社会经济的快速发展，人们出行需求量飞速上升，步行是其中最为基础也必不可少的一种方式。最近几十年来，各种不同领域的研究人员开始投入到行人交通流研究中，以便更详细准确地了解行人行为特征规律，从而提高行人的出行安全和舒适程度。行人交通作为一个非常复杂的非线性系统，其中出现的一些现象仍然没有被很好的解释，面临的很多问题也没能被解决。本文根据现有的行人交通流研究，对房间疏散逃生、单向行人流和双向行人流进行了更深入的调查分析，通过可控实验和仿真模型结合的手段，充实和丰富特定情况下的行人交通流理论。本文的主要工作有: 　　进行单出口通道行人流实验，研究行人数量对疏散动态过程的影响。实验结果显示，疏散时间和行人数目呈倍数增长的关系;另外，连续行人之间的疏散时间间隔在整个实验过程前后保持稳定，意味着非恐慌条件下疏散效率和房间内的剩余人数没有直接关系。　　进行环形通道行人流实验，研究视野受限对单向和双向行人流的影响。实验要求行人在正常视野环境或者视野受限环境下，在环形通道内沿着顺时针或者逆时针行走。实验发现，无论单向行人流还是双向行人流，视野受限环境下的流量均低于正常视野环境下的流量。双向行人流中，正常视野环境下不同方向行人迅速分离成独立的稳定队列，由于右行偏好习惯，顺时针/逆时针行人总是靠近环形通道内侧/外侧边界前进。视野受限环境下的第一组双向行人流实验中，没有出现对向成行自组织现象，行人运动始终没有演化成稳定的成行状态，局部高密度拥堵不断出现和消散。但是在视野受限环境下的后续实验中，不同方向行人会较快地形成队列，这是因为行人获得右行偏好能够避免碰撞的经验，从而加速了队列的形成。　　进行环形通道行人流实验，研究打伞行为对单向和双向行人流的影响。实验要求行人在常规条件或者打伞条件下，在环形通道内沿着顺时针或者逆时针行走。实验发现，无论单向行人流还是双向行人流，打伞情况下的流量均低于常规条件下的流量。常规条件下双向行人流出现对向成行自组织现象，分离成两条靠右侧行走的队列。而在打伞条件下，不同方向行人也会形成队列，但是队列数量可能不止两条，而且行人没有呈现明显的左右行偏好。　　我们对上述行人流实验进行了模型模拟。我们发现利用基本的社会力模型无法成功再现上述实验中的现象，因此需要对原始的社会力模型进行改进。为了再现疏散动态过程，我们提出了一个改进的社会力模型。模型中假设当行人个体承受的物理斥力的矢量和超过某个临界值时，该行人将暂时性无法继续维持前进的驱动力。模拟结果显示，此改进模型仿真结果和实验结果一致程度较高。为了再现受限视野实验中的行人流动态特征，我们提出了一个改进的受力模型。模型中调整了行人驱动力方向和大小，加入了右行偏好机制，并考虑到行人在视野受限环境下无法准确判断前进方向。考虑了这些因素后，仿真结果和实验结果相吻合。为了再现打伞行人流的实验规律，我们在原始社会力模型中添加了雨伞之间的物理接触力，得到的仿真结果和实验结果一致。　　本文研究成果有助于改善行人交通基础公共设施的设计，同时优化大型活动和疏散逃生的引导方案。
作者：	郭宁
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	姜锐;胡茂彬
授予学位：	博士
授予学位单位：	中国科学技术大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文