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原文传递考虑结伴效应的人群应急疏散社会力模型及仿真研究

论文题名：	考虑结伴效应的人群应急疏散社会力模型及仿真研究
关键词：	行人流;社会力模型;人群疏散;结伴行人;速度熵
摘要：	近年来，世界各地发生的非常规突发事件给快速处置及应急管理带来了严峻挑战。同时，随着社会经济的快速发展，体育场馆、电影院、剧院、写字楼等大型高层建筑的数量急剧增加。这些公共场所具有空间大，功能多样，内部结构复杂、人群聚集等特征。当突发公共事件（如恐怖袭击、爆炸、火灾、地震等）时，很容易造成严重的人员伤亡和财产损失。如何确保人群快速、有序、安全疏散是突发事件应急处置中一个重要的环节，也是亟需研究解决的重大问题，而开展非常规突发事件下行人应急疏散动力学的建模仿真、人群行为规律和防控方法的研究，对于指导和解决此类问题具有重要的现实意义。目前，国内外关于人群应急疏散方面研究的重点侧重于个体特性(如性别、心理因素等)，个体间相互作用(如吸引、推挤等)，复杂环境(如烟雾、障碍物等)下的疏散模拟以及某种疏散现象形成机理的研究，而对于家人、朋友等亲密熟悉人员之间结伴疏散及相关疏散优化策略方面的理论研究较少。因此，本文在社会力模型的基础上，针对室内火灾，考虑亲密熟悉人员之间聚集、跟随、等待三种典型行为，确立个体运动、成对结伴、多人结伴运动的局部相互作用规则，提出相应的结伴效应社会力模型。通过数值模拟，研究了结伴行人采用不同结伴疏散策略之间的优劣及对整体疏散效率的影响，并探讨了不同结伴运动方式所诱发宏观现象的形成机理。研究结果可为人群应急管理、疏散策略优化等方面提供有力的理论支撑和决策参考。　　全文的主要工作如下：　　一、在社会力模型的基础上，考虑结伴行人亲密度距离和视野大小，引入“聚合力”，确立结伴行人之间的局部相互作用规则，构建了结伴效应的社会力模型。重点研究了个体运动、成对结伴、多人结伴等多种疏散方式之间的差异及对疏散效率的影响，并分析、讨论了不同运动方式所诱发宏观现象的形成机理。结果表明，新模型展现了人群疏散过程中的典型现象(如拥堵、人群的拱形结构、跟随、从众和“快即是慢”效应)，揭示了结伴疏散要比个体疏散慢的机理。此外，在一定条件下，多人结伴疏散时，可以加强“小集团”运动的同步行为，从而导致整体疏散效率的提高。　　二、基于工作一的研究，提出了多种结伴耦合运动模式，并对结伴行人的协同运动机制进行深入探讨，重点研究了结伴行人采用不同结伴疏散策略之间的优劣及对疏散效率的影响，并分析、讨论了不同疏散策略所诱发宏观现象的形成机理。结果表明，与无结伴行为的个体疏散相比较，优化的结伴疏散策略能够加强结伴行人运动的同步行为，从而导致整体疏散效率提高。此外，引入速度熵的概念来分析人群异常运动变化，探讨了结伴行人应急疏散过程中的有序运动和无序运动状态，以及两种状态之间的转变和演化过程。其研究为人群聚集监控预警机制的理论研究提供了新的思路。　　三、考虑人群在不同疏散区域受到的挤压力存在差异，建立了空间分区效应的结伴行人应急疏散社会力模型。针对不同的空间分区，提出不同的结伴耦合运动模式，给出挤压力-期望速度的函数关系式，并确立了不同空间区域内结伴行人之间的不同局部相互作用规则及相应的疏散策略。数值模拟对比研究了结伴行人有、无采用空间分区疏散策略对疏散效率的影响，并重点分析、讨论了结伴行人受伤情况下所诱发宏观现象（如迂回、等待等）的形成机理。结果表明，空间分区疏散策略可以加强结伴行人运动的同步行为，有效降低行人受到的挤压力，大幅减少行人受伤率，从而导致整体疏散效率提高。。　　最后，对全文进行了总结，并对今后将要进一步开展的工作进行了展望。
作者：	周昂
专业：	系统理论
导师：	邝华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广西师范大学
学位年度：	2022