非理想狀態下人群的彈性微觀動力學建模與分析

《非理想狀態下人群的彈性微觀動力學建模與分析》是依託上海交通大學，由盧春霞擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：非理想狀態下人群的彈性微觀動力學建模與分析
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：盧春霞
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

根據複雜條件下超大規模人群疏運動力學特徵 專題，通過對行人的動力學微觀分析來研究密集人群中個體之間的行為及其互動，揭示密集人群在高密度下的一些動態特徵。超大規模的人群在發生突發事件的流動過程中最常見的現象是個體之間存在嚴重的重疊，由於擠壓造成人體的變形和壓縮，個體受力的結果使速度、位置和身體的形狀三個方面都產生變化，而傳統動力學分析中所有個體的受力最後都只反應在其位置和速度的變化上了，其根本原因在於對個體的剛性建模，反映人群正常流動的特點。本項目主要研究高密度下、發生突發事件時這種非理想狀態下行人流的彈性流動特點和流動軌跡，特別是彈性擠壓的影響，是對傳統動力學模型的補充；研究由於彈性擠壓，行人流中力量的積聚和傳遞特點，為類似事故的避免提供一定的幫助。實現一個基於仿真的、能夠模擬和預測擁擠事故的原型系統，以便對擁擠現場通過仿真進行定性和定量的風險評估，提前採取預防措施。

結題摘要

本項目屬於“複雜條件下超大規模人群疏運動力學特徵” 專題。 在現代社會中，大量人群聚集在公共場所是常見現象。在大量人群聚集的公共事件中，要將人群的運動質量、運動安全作為一個首要目標，而不僅僅限於如何給行人分配空間。不同的狀況需要不同的模型，高密度下的人群流動特點與正常狀態下的流動有很大不同的。對高密度下人群的行走行為的建模必須能重現實際的過程，特別是重現災難過程 。 本項目從巨觀和微觀兩個方面研究高密度人群的流動。巨觀方面是根據波動理論、特別是激波理論，來研究人群擁擠的一些基本特性，如速度、密度、流量、壓力等。根據激波理論，激波是壓力、密度或速度發生突變的斷面，反映在人流中，往往就是人群發生擁擠事故的點。 根據經典的人群運動速度-密度關係及我們自測的速度-密度關係，分別對人群單向連續流動、脈衝流動（單脈衝、多脈衝）、追趕運動、平行通道、先平行後壓縮通道、先平行後擴展通道等，計算了一定時間後人群的分布特點，尤其預測了在不同的初始條件下激波發生的時間和地點。 從微觀角度出發、根據動力學原理來建模和仿真高密度下行人的行為與運動，將行人建模為彈性體，揭示由於擠壓引起的人體的變形和壓縮，進而影響個體的運動，進一步影響其生理和心理。個體之間作用的應該是以擠壓力為主，個體的運動受制於擠壓。每個個體並沒有占有其應有的空間，而是被緊緊地交錯擠壓在一起。傳統模型都是將行人建模為剛性的，必須占有不變的空間，這與實際不符。擠壓力主要由三部分組成：周圍環境或人群的影響Fs、人的主動推拉力Ft和激波形成的衝擊波壓力Fw。環境影響力根據社會力模型計算，推拉力根據實驗測定，衝擊波根據有限元計算。 通過本項目研究，項目團隊人員擔任交大附中、附小的應急指導，每學期緊急疏散演練一次； 與中國小一起編寫緊急疏散指導手冊； 在本學院導論課《交通運輸導論》中增加一章“交通緊急疏散”。 將在以下方面可以參與應急預案集成項目：對於給定的人群速度-密度關係等，可以從巨觀上預測某固定時間後人群分布情況；預測大規模人群下可能發生擁擠事故的地點、時間；對人群的組成及密度提供建議：如如不能超過某個密度、某些密度持續的時間、某些密度下人群的組成風險分析，如老人、孩子比例等。 發表論文8篇，培養研究生3名。項目經費也基本按預算執行。 總體來講，完成本項目預定目標。