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原文传递典型运动场景下拉杆箱对单向行人流运动规律影响的实验研究

论文题名：	典型运动场景下拉杆箱对单向行人流运动规律影响的实验研究
关键词：	单向行人流;运动特征;拉杆箱
摘要：	近年来，伴随着城镇化进程的加快，交通转运压力激增。交通运输类建筑中携带行李的行人比例较高、聚集频繁、运动复杂，具有极高的安全风险。而且，这类建筑中，通道、拐角和瓶颈等特殊结构普遍存在，行人群体运动的差异性十分显著。因此，典型运动环境下，携带行李对行人运动特征的影响需要被进一步讨论。本文针对直通道、直角通道和瓶颈三类基本运动场景，选取了行李中较为特殊的拉杆箱作为主要因素，通过室内可控实验研究了人群中不同的携带拉杆箱的行人比例(RCT)对单向行人流以及行人个体运动特征的影响。　　首先，开展了携带拉杆箱对单向行人流通过长通道影响的可控实验。我们从携带拉杆箱的行人和未携带拉杆箱的行人形成的混合行人流中观察到了因跟随现象而产生的轨迹的层状分布。并且，还发现携带拉杆箱的行人会对周围未携带拉杆箱的其他行人的运动速度造成阻碍。从基本图来看，随着人群中携带拉杆箱行人比例的增大，数据的散点图将向较低密度区域移动，比流量的峰值也随之降低，速度和流量受到密度的影响越不明显。通过比较行人携带拉杆箱时的速度和未携带拉杆箱时的速度，可以看出，在较高密度的通道中(RCT=0％:ρ＞1.7m-2;RCT=100％:ρ＞1.0m-2)，拉杆箱对行人运动速度的影响显著。此外，实验中，男性行人的速度均略高于女性行人的速度，但携带拉杆箱后速度下降值的百分比之间几乎没有差异。　　然后，探究了直角通道中不同的携带拉杆箱的行人比例对单向行人流的运动特性的影响。实验结果显示行人更倾向于在单向转弯运动中寻找最短运动路径，通道的内侧和中间区域使用更为频繁，密度的峰值也往往出现在通道拐弯的内角附近。而通道外侧利用率则随着携带拉杆箱的行人比例和通道中行人密度的增大而增大。我们还观测到行人在接近转弯处时出现了减速，且越接近拐弯的内角处，速度下降幅度越大，内角处的速度仅约为0.5m/s。与此同时，对比转弯前后的基本图还发现，在一定的密度区间中(RCT=0％:ρ＜1.4m-2;RCT=50％:ρ∈[0.6m-2，1.9m-2];RCT=100％:ρ∈[0.7m-2，1.8m-2])，两者间并无差异。　　最后，讨论了瓶颈宽度和携带拉杆箱的行人比例对单向行人流通过瓶颈的影响。根据轨迹图和时空分布图，我们剖析了行人的位置、密度和速度的分布发现:在瓶颈前，人群轮廓呈泪滴状，随着携带拉杆箱行人比例的增加，密度峰值大小逐渐降低，出现的位置逐渐偏离瓶颈中垂线并远离瓶颈口。同时，瓶颈前以较低期望速度(v≤0.5m/s)运动的行人和采取绕行并从瓶颈侧边界挤入的行人的数量增多。然而在瓶颈内，靠近两侧边界的位置均有稳定行人层出现，行人密度和速度也相对恒定(RCT=0％:ρ=2.80m-2，v=0.7m/s;RCT=50％:ρ=2.00m-2，v=0.7m/s;RCT=100％:ρ=1.20m-2，v=0.7m/s)。就流量而言，不同携带拉杆箱的行人比例下，流量随着瓶颈宽度的增加均呈线性增长的关系，携带拉杆箱的行人比例愈大，比流量值则愈小。结果还显示，相邻两行人进入瓶颈的时间间隔呈现幂律尾分布，瓶颈宽度越小或群体中携带拉杆箱的行人比例越大，行人进入瓶颈的时间间隔越长。　　本文的研究不仅能够为行人运动仿真中携带拉杆箱人群的参数设置与数据校准提供支持，还能够为交通运输类建筑正常运营和应急处置时的人群管理与行人设施优化给予启迪与参考。
作者：	高宇星
专业：	安全科学与工程
导师：	杨立中
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国科学技术大学
学位年度：	2020
正文语种：	中文