《大規模人群多尺度運動協同機制及控制策略研究》是依託西南交通大學，由馬劍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：大規模人群多尺度運動協同機制及控制策略研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：馬劍
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
因集會、出行、逃生等目的集聚形成的大規模人群中踩踏事故頻發，造成嚴重的群死群傷後果，對公眾安全構成重大威脅。分析表明，人群系統具有全局協同-系統穩定、局部協同-系統失穩-引發踩踏的特點。因此，針對運動協同性的尺度效應問題，以目標導向運動人群為研究對象，開展可控人群運動實驗、輔以運動人群實測建立基礎數據，採用圖像處理技術提取流參數，結合統計力學分析方法，研究人群中個體、團簇、群體等尺度上運動速度、方向、受力等行為特徵關聯性，分析運動主體間相互作用形式及轉變規律，揭示大規模人群多尺度運動協同機制，並據此抽象人群運動規則，構建基於實證的人群運動模型。分析典型事故案例，得出影響運動協同性的主要因素，探討其對於人群流動系統時空演變過程影響的規律性，指導最佳化人群流動，探索兼顧運動效率與安全性的控制策略。項目成果對深入理解大規模人群運動過程動力學演化規律有重要意義，可為人群管理工作提供科學依據。
結題摘要
因集會、出行、逃生等目的集聚形成的大規模人群中踩踏事故頻發，造成嚴重的群死群傷後果，對公眾安全構成重大威脅。通過收集事故案例，提取人員運動軌跡，分析人群運動特徵，量化分析了大規模人群運動的流體力學參數變化規律，發現了大規模人群由近靜止狀態向類似“浪涌”的湍動行為轉變的新特徵；通過設計並開展可控的人員運動實驗，針對大規模人群在個體、團簇與集群三種典型尺度上運動協同性，量化分析了行人運動速度、加速度等基本動力學參數在人員密度、運動時間等條件下的變化規律。這些實測和實驗資料為人群運動模型的建立提供了數據支撐。分析這些資料，歸納總結不同尺度上個體的運動規律，抽象個體運動規則，構建了體現大規模人群特徵的模型。考慮高密度人群運動行為特點，建立了人群湍動的粗粒化模型，定量分析了人群逃生傾向性、壓力耗散以及人體擺動行為的影響；考慮人群中主動與被動個體的差異，構建了異質人群相互作用模型，重現了擁擠人群中的“成帶”現象和湍動特徵；考慮人員避障的視覺機制，建立了行人運動的視阻模型，通過與可控人群運動實驗對比，驗證並分析了人群運動模型；考慮人員避障的認知心理，建立行人運動的演化博弈模型，分析了期望收益和記憶長度對人員協同合作產生的動力學影響，進而建立了行人運動最大效用模型，考慮趨向目標的收益、行人與障礙物間的相互作用、行人之間的相互作用以及轉動慣量的影響，定量重現了行人運動基本圖和瓶頸流特徵；通過考慮未來收益，建立了人員預測運動模型，研究了預測步長與行人流自組織特徵的關係。基於這些模型，研究中深入分析並討論了運動人群系統在邊界條件改變、自身各尺度運動主體組成改變、運動主體間作用強度受噪聲影響等條件下人群運動系統遠離平衡態的統計力學行為，研究了人群流動狀態相變的主要影響因素。最後，為實現大規模人群流動的管控，提出了網路流瓶頸識別的魯棒性判別法以及人群流動狀態線上監測的聚類分析方法。通過建立人群行動網路，識別網路流瓶頸，進而對瓶頸區加強視頻監控，結合研究開發的行人交通和疏散動力學模擬軟體，實現對人群未來流動狀態的預測，可對人群中異常流動狀態快速監測和分析，從而提高大規模人群管控的科學性，增強大規模人群流動安全性。項目順利完成了各項預期研究目標和考核指標，發表學術論文18篇（9篇SCI收錄，2篇ISTP收錄，1篇EI收錄），培養3名碩士研究生，組建了穩定的團隊致力於行人和疏散動力學研究。
