發(fā)布時間：2020-06-03 18:29

【摘要】：隨著城市化的不斷發(fā)展和大型活動的日益頻繁,行人步行作為最基本且常見的出行方式其安全性、效率性和舒適性受到了廣泛關注和研究。作為典型的交叉學科,行人動力學研究需要綜合心理學、行為學、物理學、運籌學、計算機科學等多個學科領域的知識來開展。其常用的研究手段有:基于對行人運動機理認識進行的建模仿真方法,以及基于實證數(shù)據(jù)對行人運動規(guī)律特征進行的統(tǒng)計分析方法�；诖�,本論文的主要研究工作展開如下:(1)提出并驗證了基于Voronoi圖的行人動力學行為特征。Voronoi圖具備的獨特幾何性質可以用于刻畫描述行人運動中的個人領域,跟隨/繞行方向以及鄰居等行為特征。為了進一步探討基于Voronoi圖的相關建模方法的可行性,本部分還利用真實實驗中的行人軌跡數(shù)據(jù)等對其進行相關分析。研究發(fā)現(xiàn)基于Voronoi圖定義的行人特征方向可以用于描述真實場景下的行人方向選擇行為,這一特點對行人動力學的建模研究具有理論指導意義。(2)構造了基于Voronoi圖的微觀動力學模型。本部分分別基于傳統(tǒng)社會力模型和啟發(fā)式模型提出了基于Voronoi圖的改進模型。在改進社會力模型中,行人除了選擇指向目標點的自驅動力方向,還增加了一個備選方向,即指向Voronoi點的繞行行為方向。通過原有目標點方向和繞行方向的組合,仿真中的行人繞行行為得到了顯著改進。在改進啟發(fā)式模型中,提出了三類特征方向,即基于Voronoi圖的目標方向、繞行方向和微調方向。行人會考慮局部密度的影響,從三類特征行為方向中選擇最合理的運動方向。上述兩組改進模型都可以再現(xiàn)吻合良好的基本圖和常見的自組織現(xiàn)象,并且得到一些相比原始模型更加合理的仿真結果。(3)提出了行人宏觀動態(tài)運動網(wǎng)絡。本部分基于行人Voronoi圖和其對偶圖Delaunay圖,結合跟隨行為、繞行行為以及目標行為這三類選擇行為路徑,構建了行人的宏觀動態(tài)運動網(wǎng)絡。該運動網(wǎng)絡可以反映行人的宏觀路徑選擇行為。與此同時,本部分還構建了基于該運動網(wǎng)絡的宏微觀動力學模型,集成了行人的微觀速度選擇行為與宏觀路徑選擇行為。該模型在處理復雜場景中的行人沖突和宏觀路徑導航等方面能夠得到更加真實合理的仿真結果。(4)組織并研究了行人圓環(huán)對跖點實驗。行人圓環(huán)對跖點實驗具備有一般對稱的實驗環(huán)境和劇烈沖突的實驗條件,有助于行人沖突避讓機制和路徑導航行為的研究。通過對行人軌跡的量化研究分析發(fā)現(xiàn):1)實驗行人傾向于右側行走;2)行人路徑長度分布服從于對數(shù)正態(tài)分布,行人路徑潛能分布服從于指數(shù)分布,旅行時間和個體速度分布服從于正態(tài)分布;3)實驗中路徑長度較長的行人走行時間較短,而路徑長度較短的行人卻需要花費較長的走行時間。(5)設計并測試了行人模型的宏觀參數(shù)評價體系�；谛腥藞A環(huán)對跖點實驗的劇烈沖突和一般對稱特性,設計了一套行人模型的宏觀參數(shù)評價體系。該評價體系主要包括行人路徑長度分布、路徑潛能分布、旅行時間分布、個體速度分布、平均速度時間序列和中心距離時間序列這六個評價指標。該體系分別針對分布類指標和時間序列類指標設計了基于K-S(Kolmogorov-Smirnov)檢驗和基于DTW(Dynamic Time Warping)方法的評價方法。通過社會力模型和啟發(fā)式模型的測試研究發(fā)現(xiàn),該評價體系可以用于評價行人模型并且反映行人模型之間的一般差異。(6)開發(fā)了一個行人動力學仿真和分析系統(tǒng)。行人動力學仿真和分析系統(tǒng)融合了模擬仿真和實證分析這兩類行人動力學研究方法,可以實現(xiàn)1)基于行人動力學模型的實時可視化模擬仿真。通過初始化行人狀態(tài)和場景布設,基于傳統(tǒng)模型或者自定義模型不斷更新行人運動狀態(tài),實時觀測行人模型的仿真結果;2)基于行人軌跡數(shù)據(jù)的可視化研究分析。通過導入實測的或者仿真的行人軌跡,研究分析行人運動的相關特征。該開源的行人動力學仿真和分析系統(tǒng)的開發(fā)可以為行人動力學建模研究和行人運動理論研究提供幫助。
【圖文】：

度與行人個體特征（如性別、年齡等），群體特征（如人群密度）以及走行環(huán)境（如逡逑平地、樓梯）密切相關。流量即單位時間內通過某一點／截面的人數(shù)。流率指單位逡逑時間單位寬度內通行的人數(shù)。流量和流率也是行人設施研究尤其是瓶頸研宄的重逡逑要參數(shù)。逡逑１）基本圖逡逑行人流基本圖即表示行人運動宏觀參數(shù)（密度、速度、流量）之間相互關系的逡逑圖形。常見的基本圖包括速度密度關系基本圖和流量密度關系基本圖，如圖１－２。逡逑Ｚｈａｎｇ等［８５］分別匯總了單向流中［８８，邋１２７＿１３１］和對向流中的行人流基本圖［８３，１３２＿１３６】。不逡逑同實測數(shù)據(jù)顯示行人的基本圖形狀具備一定的相似之處。例如，在速度密度關系圖逡逑中行人平均速度一般隨著密度增加從１．５ｍ／ｓ左右的自由流速度不斷降低。而在流逡逑量密度關系圖中行人流流量隨著密度增加先提高而后降低。雖然不同基本圖的整逡逑體形狀十分相似，但是具體數(shù)值卻有著顯著差異。導致這種差異的因素有個體特征逡逑差異、群體特征差異、走行環(huán)境差異以及測量方法差異等等。Ｃｈａｔｔａｒａｊ等［１３７１研宄逡逑了來自于德國和印度的走行對象的走行特征，并且發(fā)現(xiàn)了文化差異對基本圖形狀逡逑有顯著影響。Ｚｈａｎｇ等［７７］研究了四種不同的測量方法對基本圖造成的差異。逡逑１邐＊邐＇邐■邐＇邐＇邐３邐＊邐！邐！邐１＾逡逑

通大學博士學位論文率等指標來反映。Ｓｅｙｆｒｉｅｄ等研宄并統(tǒng)計了單向流瓶頸通行Ｍ0］，見圖丨＿３�？梢园l(fā)現(xiàn)行人的單向流通行能力隨著瓶頸寬增長的趨勢。ｖｏｎＫｒｃｈｔｅｎ等進一步研宄了行人群體行為的體規(guī)模增加將有利于瓶頸的行人疏散。除了單向流瓶頸之外，，日�；顒又械闹匾獔鼍�，受到了研宄者的廣泛關注［１４１＿｜４４］。Ｓｉｍ的上下車，發(fā)現(xiàn)了臨界占用率對于上下車過程的關鍵作用。Ｚ模仿真研[偭吮本┑靨鏡納舷魯?shù)客瘤崿该模型有助釉戩v競涂土髯櫓唄緣鈉蘭�。辶x希矗靛危五五危ㄥ五五義

本文編號：2695217