大型活动行人消散仿真模拟

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1、1 大型活动行人消散仿真模拟大型活动行人消散仿真模拟 陈 茜，谢鑫鑫 （东南大学交通规划与管理江苏省重点实验室，江苏 南京，210096） 摘摘 要：要：随着大型活动的频繁举行，城市交通管理工作面临着巨大压力。本文从大型活动步行交通的组织特点出发，建立了基于步行人流的队列模型，给出了具体的计算流程和参数确定。结合十运会实例，对十运会开幕式散场人流疏散进行了数值仿真，得到的结果证明该模型有较好的实用性。 关键词：关键词：大型活动；步行消散；队列模型；模拟；十运会 Simulation on Walking Dispatching in Special Events Chen Qian Xie X

2、inxin (Southeast University Key Laboratory of Transportation Planning and Management of JiangSu Province) Abstract: Special events taking place frequently imposes heavy pressure to urban traffic management. The paper advanced a model on queuing which can reflect walking characters macroscopically, a

3、lso calculating flowchart and detail parameters were offered. This method was used in walking dispatching simulation at inaugurating day of 10th Countrywide Athletic Meeting, which is proved to be excellent practice Key words: special events; walking dispatching; model on queuing; simulation; the 10

4、th Session Countrywide Athletic Meeting 1 引言引言 随着国内大中城市中以大型文化体育活动、 会展、 商业促销活动等为代表的大型活动举 办次数的增多，研究大型活动行人消散特征，以安全、快捷为原则优化行人消散线路设计、 进行步行设施布设，在大型活动场馆设计及大型活动交通组织等方面越来越迫切。 目前与大型活动进行行人消散相关的研究主要是从安全、 防灾角度对大型建筑物、 公共 场所等进行的人员疏散相关内容的研究。国外学者已开发了 20 多种疏散模型及相应的计算 软件，其中比较著名的有：英国格林威治大学 E.Galea 等开发的 BuildingExodus1

5、2、英国 爱丁堡大学 Tompson 等开发的 Simulex3、美国 NIST 的 EXITT4等等。尽管现有的人员疏 散模型形式多样， 但是各种模型或多或少存在一些局限， 并不能够完全满足大型活动的特殊 需求。主要存在以下三方面的不适应： 1）这些模型一般以建筑物内部步行系统为研究对象，而大型活动中研究行人消散的目 的最终考虑的是对整个交通系统的影响； 2）现有模型主要研究火灾、飓风等突发性紧急情况下人员的疏散情况，考虑行人非常 态下的运动特征，这点与大型活动中行人的消散状态有所不同； 3）在考虑行人疏散线路时往往认为是确定单一的，没有考虑行人选择存在一定的随机 性和可控性。 本文将结合大

6、型活动步行交通的组织特点， 建立合适的消散模型， 结合十运会实例对行 人交通组织进行模拟。 基金项目基金项目：江苏省高技术项目（BG 2004037）. 作者简介：作者简介：陈茜（1978） ，女，江苏淮安人，博士研究生，讲师，城市交通运输管理方向 2 2 大型活动行人消散模型研究大型活动行人消散模型研究 2.1 建模思路建模思路 考虑到大型活动步行观众的散场过程比较集中，可以认为 观众是连续分布，不同于一般情况下的随机分布，因此可将散场的观众流看成是一个连续流。 在此构建一个描述散场人流的模 型（如图 1 所示） 。该模型将人流看成一个队列，其中 Q 表示队 列的流量，即散场观众的流量，单位

7、为人/秒；用 L 表示队长，即观众以 Q 流量消散的时间， 单位为秒。QL 即为队列的人数，当该队列在路网上运行时，Q 和 L 均可能因道路通行能 力的不同而变化， 但其乘积即队列的人数恒定。 通过考察每个交通源点的观众数量及源点的 消散能力，得到初始的 Q0和 L0，进一步考察这部分观众的消散路径，确定沿线 Q 和 L 的变 化，最终通过各个队列的消散时间可以得到整个大型活动的消散时间。 2.2 基本假设基本假设 该模型对行人的个体行动规则和特征有所限制，基本假设如下： 1）无突发事件的影响，整个消散过程自发完成； 2）各路段通行能力确定不变，记为 Ci； 3）一般状况下观众选择最近的消散路

8、线，严重拥挤下在拥堵节点选择次最短路径； 4）将各最短路上的人流看为相互独立的连续流（即在合流和分流时保持其内部的独立 性） ，且初始流量即在体育场出口时的流量恒定。 5）人流疏散均匀，忽略步行速度的个体差异，即在同一时段、同一路段上人流速度相 同； 6）行人随着人流方向移动，无停滞、折返现象； 7）人流的速度与路段的拥挤程度相关； 8）考虑双向人流，但不计相互干扰； 对行走规则作适当的假设， 在大型活动散场时这种人流相对较为密集、 步行方向相对明 确的前提条件下有利于简化问题，抓住问题实质。 2.3 消散模拟计算流程消散模拟计算流程 本文给出的模型是一个模拟模型， 适合运用过程推演得到最终结

9、果， 具体计算步骤如下： 1）建立并初始化步行网络，根据各路段的长度、宽度等基本条件，给每个路段设定路 权和通行能力。 2）找出各 OD 对间的最短路径，进行最短路流量分配，如果出现拥挤路段，则在可能 的路径集中寻找拥挤节点处的次最短路径，进行流量调整。 3）将每个路径上的人流看成一个相互独立的队列，设定队列的初始长度为体育场内人 流消散的时间。将整个消散研究过程 Ts 化分为 n 个时段，研究起点为 0，第 j 个微小时段对应的时间范围为nTjnTjss) 1( +，当所有路径经过 i 的队列通过该路段 i 时： 如果ijiCQ , 1，则对应第 j 个时段，经过路段 i 的流量jiQ,和队

10、列长度jiL,保持不变，即jijiQQ, 1,=，jijiLL, 1,=； 图图 1 人流队列模型图人流队列模型图 3 其中m ji iMmjiQQ, 1 )(, 1 =， jiQ, 1为第 j 个时段里所有路径经过 i 的队列进入路段 i 前的流量之和，m jiQ, 1为 j 时段路径经过 i 的第 m 个队列，)(iM为经过路段 i 的所有队列的集合。 那么对于第 m 个队列来说，第 j 个时段里，经过路段 i 时，流量m jiQ,和队列长度m jiL,保持不变，有m jim jiQQ, 1,=，m jim jiLL, 1,=。 如果ijiCQ , 1，则流量变为ijiCQ=,，队长变为j

11、i iji jiLCQL, 1, 1 ,=。 同样对于第 m 个队列来说，第 j 个时段里，经过路段 i 时，流量m jiQ,和队列长度m jiL,分别为：i jim jim jiCQQQ, 1, 1 , =，m jim jim jim jiLQQL, 1 , 1 ,=。 图图 2 当当 QC 时，队列通过路段前后变化图时，队列通过路段前后变化图 图图 3 当当 QC 时，队列通过路段前后变化图时，队列通过路段前后变化图 4）根据各路段的流量和通行能力，得到路段上的人流密度，进而计算出各路段上人流 的平均速度 Vi,j，进而计算出各路段的行程时间 ti,j。 5）某一路径上观众的消散时间为 +

12、=)(mDim im emtLT，其中m eL为队列的最终长度； )(mDim it为该队列头部在对应路径上的行程时间之和，)(mD为第每个队列的行进路径上的的所有路段的集合，m it为该队列头部在路段 i 的行程时间，可以认为只与进入路段 i 时对应的时刻m ij有关，因此可以得到m ijim itt,=。 6）比较各队列的消散时间，取其最大者为整个路网的消散时间，即人流散场时间mTTmax=。计算流程如下： 4 图图 4 消散过程计算流程消散过程计算流程 2.4 相关说明相关说明 1）步行消散网络的构建在具体问题中采取不同的简化原则，对于消散主要集中于某幢 建筑物内的情况，步行网络的节点主

13、要为建筑物内部的门、楼梯或电梯口；网络的弧主要为 走廊、楼梯等行人通道。对于消散范围较大的某个区域，行人总的步行距离相对建筑物内部 的行走距离相对较长， 这时可以考虑将建筑物出口作为消散起点， 消散区域内的步行道路网 络节点作为中间节点，而公交（地铁）站点、小汽车停车场等作为行人步行的目的地，考虑 为网络的终点。 2） 步行通道的通行能力 Ci 可以参照建筑物门宽和通道宽度综合确定。 在此不考虑拥挤 造成的通行能力的下降，如果节点为建筑物门或楼梯口，Ci 则为门或楼梯口的最大通行能 力；若节点为人行道路交叉口，通道的通行能力。具体取值可以参照文献5中对建筑物不 同出入口及通道的通行能力的实测数

14、据： 建立步行消散网络 以步行距离为最短计算最短路径 流量分配 令 j0， 计算各队列相关变量 t Ts 计算路网总的消散时间 T 计算停止 t = t+1 NY路径调整 存在拥挤路段？ NY计算各路径的消散时间 Tm 5 表表 1 不同流动状态下各出入口通过系数不同流动状态下各出入口通过系数 N（人（人/ms）5 出入口类别 下班人流流动状态 出入口类别 通常人流流动状态 出入口类别 应急疏散状态 车站检票口 1.50 商场出入口 1.00 走 道 1.50 电车出入口 1.50 楼梯出入口 1.00 楼梯间出入口 1.30 电梯出入口 1.50 影剧院出入口 1.251.30 避难间出入口

15、 1.50 公共汽车、火车站出入口 1.251.30 中小学出入口 1.10 注：在人员集中的商场、娱乐建筑中，在应急疏散状态下可将表中的 N 值扩大。 3）行人的速度 Vi,j是一个随时间变化的量，其实质是随流量、密度变化的。可以采用 Predtechenskii 和 Milinskii 对人流速度与密度关系的研究6： 正常情况下水平通道内人流速度 ()min/m57217D434D380D112DV234+= （1） 其中：()22mmWL/NFD= 式中，D 为人流密度，N 为人流内的人员数(人)；F 为单人水平投影面积(m2)；W 为人 流宽度(m)；L 为人流长度(m)。D 值的上限为 0.92 m2/m2。 通过门的速度 ()min/mVmVdd= （2） 式中，()12. 003D. 613sin. 017. 1md+= 下楼梯速度 ()min/mVmVdsds= （3） 式中，()224. 05.61Dsin44e. 00.775m-0.39D ds+= 上楼梯速度 ()min/mVmVupup= （4） 式中， 7D.sin1509e. 0785. 0m45D. 3 up+=； 6 . 0D0