- 文献综述(或调研报告):
通过模型的方法研究行人的运动规律是本课题最为根本的技术手段。通过阅读国内外相关文献,对研究的价值、现场调查分析、模型的划分与特点、模型的选择、成功的经验案例进行总结和综合,以利于本研究的开展。
首先,根据贺彧婷[1]2015年对行人运动规律调查的概述,可以将其分为宏观和微观两类:宏观:早期研究人员借鉴车流理论的相关参数来分析行人流的运动规律,迄今仍是行人运动规律的主要分析方法之一;微观:随着视频观测技术的发展,在行人运动轨迹捕捉与研究中得到应用。以高自友为代表的团队,通过视频检测技术在瓶颈处行人运动轨迹的跟踪记录及瓶颈处行人运动行为的分析上取得了成果。其中,行人运动典型宏观模型研究主要有气体动力学模型、流体动力学模型、热力学模型、排队模型、路径选择模型;微观方面又可分为连续模型和离散模型,连续模型包含社会力模型、磁场力模型、成本效益模型,而离散模型包含元胞自动机模型和智能体模型。连续模型模拟能力较好且能够描述人和人及人与环境之间的相互作用,但计算复杂;而离散模型规则简单、计算量小,但模拟情况与现实存在差距。
其中社会力模型是1995年Helbing基于社会心理和物理力提出一种行为模型[5-6]。在该模型中,行人被抽象成为粒子,粒子受到目标的吸引,具有自驱动能力;同时,行人保持着同其他行人的安全距离、舒适距离。在模型中保持距离这种现象表现为受到其他行人或障碍物的排斥力;当行人与另一个行人或障碍物发生接触时,产生的一个接触力会迫使两者远离。社会力模型可以用以下动力学公式进行表述:
在使用离散模型研究地铁站台乘客上下车分布规律的方向上,卢玉敬[2]等基于乘客上下车行为特性,构建了乘客上下车CA演化模型,模型中引入方向参数、感知参数、空间关系学参数和竞争参数用来描述乘客上下车过程中的选择、避让等行为;以列车结构、乘客数量及分布为研究对象,分析了乘客上下车效率与车口宽度、垂直扶手分布、车厢客流密度、车厢乘客分布之间的关系。采用仿真与实际调查情况对比的方式对参数进行标定。
王亚飞[3]根据确定的仿真实验因素,运用正交实验设计方法安排实验,从实验平台的模拟实验和仿真软件的仿真实验两方面对乘客上下车运动进行研究,以上下车的时间作为实验指标来衡量实验结果的优劣。在模拟实验的过程中,城轨交通路网运营安全保障实验平台的仿真车厢和仿真站台作为实验环境,运用基于OpenCV的摄像头视频录制系统,对模拟实验过程进行视频监控和录制,并对视频进行人工统计处理,运用极差分析法分析模拟实验结果;在仿真实验过程中,采用Anylogic仿真软件对模拟实验的实验环境和乘客行为进行建模仿真,运用极差分析法和方差分析法分析仿真实验结果。模巧实验和仿真实验的结果相辅相成,从中得到实验因素的主次顺序。其中,Anglogic仿真的行人库以社会力模型为基础,王亚飞通过对乘客上下车运动影响因素的总结,得到了12个相关影响因素,运用解释结构模型进行层级分析,在模型建立中不含自定义的模型参数。
在探讨行人相向流与进入流的运动规律之中,刘晓栋[4]首先开展了通道内相向行人流的实验研究,研究了不同瓶颈宽度和行人流方向比例对行人运动的影响。根据实验总结的行人运动特性以及前人研究成果建立了相向行人流模型,该模型考虑了行人的感知区域、碰撞规避、跟随、位置互换等常见相向行人流特性。首先利用经典的行人基本图对模型进行了验证,然后利用建立的相向流模型研究了通道内不同布局的障碍物对相向行人流的疏散影响。采用改进的元胞自动机模型分析通道瓶颈行人相向流的特征。
王亚娜、赵永翔[7]考虑到现有国内外研究乘客上下车行为的文献中,多数以全部乘客下车为前提进行研究,而现实生活中,列车到站大多数情况下只有部分乘客下车,未下车乘客会对下车乘客的下车时间,速度等造成影响。基于社会力模型的理论,提出了部分乘客下车模型,将未下车乘客视为障碍物,并研究了乘客初始位置分布、上下车乘客比例、门的宽度等因素对部分乘客上下车时间的影响。
同样采用社会力模型理论,Yanjie Ji[8]等利用多智能体的概念,提出了一种基于社会力的仿真模型,提取上车乘客的运动特征,计算公交车站停留时间。对于每名乘客,该模型包含了不同的驱动力,这些力可以驱动乘客的上下车。提出了三个统计指标(门道流量、门道拥挤度和等待熵)来分析不同模拟场景中静态规律。结果表明,采用扩大站台面积和设置导向护栏的措施,可以明显减少公交停留时间。公交巴士设施与地铁站台主要的不同在于车厢出入口的宽度与相向行人流的冲突,在于上下车厢方式的根本性区别。
Christian Rudloff[9]等通过实验模拟了长3.44m,宽2.3m,门宽1.65m的车厢的乘客上下车行为,其中28人上车,27人下车,用社会力模型进行模拟,matlab对模拟结果校正。
Sebastian Seriani[10]等在多种模型方法中,采用LEGION软件进行仿真,为多智能体的LEGION模型;相较于元胞自动机的STEP仿真,LEGION更加切合实际。但与VISWALK相比,LEGION在深度分析方面略逊一筹。此外,研究采用的车厢空间模型与国内车厢模型有较大差异,重点分析瓶颈处的流动。
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