摘要
为揭示社会小群体搜寻同伴行为对疏散过程的影响,针对社会小群体的行为特点定义了2种不同的搜寻策略,并且基于性格模型定义个体恐慌情绪的计算方法,同时引入熵理论定量表征疏散个体对周围人群混乱程度的感知,建立了一个考虑个体恐慌与人群混乱的社会小群体疏散模型。仿真结果表明,小群体搜寻行为与小群体数量以及搜寻策略有关,并且会加剧恐慌和人群混乱程度,进而影响疏散效率。
人群中往往存在由社会关系维系的小群体,如亲人、朋友等。与单独个体相比,社会小群体存在独特的疏散行为特点,如保持一起移动、分离后重新汇合以及选择相同的出
人群疏散研究分可为2个主要方向,真人试验与建模仿真。真人试验通常令参与者按一定的规则进行疏散演习,分析行人移动轨迹、疏散时间等数据。大多数真人疏散试验中,社会小群体被要求始终保持一起移
人群疏散模
目前尚无人群疏散模型同时考虑小群体搜寻行为、人群混乱和恐慌情绪,三者间的关系仍有待探索。当社会小群体规模较大时,因为空间结构大、视野限制、人群拥挤等原因更易走散,行为模式也更加复杂。本文基于成对社会小群体疏散模型的研
基于Agent的仿真模型能够通过微观个体行为规则涌现出宏观群体行为,揭示群体自组织现象以及动态演化。EMSPC模型采用基于Agent的仿真框架,将疏散个体抽象为具有不同属性的两类Agent,即独立个体和社会小群体。所有个体视野范围为半径5m、夹角200°的扇形区域,感知范围为半径2m的圆形区域,速度增量由自身行为规则决定。疏散场景被离散化为1m×1m的网格。
独立个体在疏散时会优先移向出口,并表现出与距离过近的行人、障碍物相排斥,同时出于从众心理向周围人群聚集。依据这些行为动机,独立个体i的速度增量由出口速度、聚集速度和避障速度按优先级系数构成:
设个体i视野内距离出口最近的网格为,可见行人共k个,与i距离小于2m且距离最近的行人位置为,则个体i的出口速度、聚集速度和避障速度分别为
为社会小群体设计理性策略A和非理性策略B。设人群中小群体的人数均为n,个体i为小群体成员,t时刻可见同伴共m个(m>0),、分别为同伴j的速度和位置,则i与可见同伴的同行速度和汇合速度分别为
策略A:当所有同伴均不可见,个体i放弃逃逸,根据是否存在可见行人,选定搜寻目标为可见行人或最远网格;当所有同伴均可见,i不搜寻同伴,向出口逃逸的同时向可见同伴汇合并保持同行;当部分同伴可见,i优先与可见同伴汇合,同时搜寻不可见同伴并逃向出口。
策略B:当所有同伴均不可见,个体i放弃逃逸,随机选择周围5m内的任一网格作为搜寻目标;当所有同伴均可见,i不搜寻同伴,行为规则与独立个体相同;当部分同伴可见,i放弃逃逸,并根据可见同伴的数量决定是优先搜寻同伴还是优先与可见同伴保持同行。
个体i的移动速度根据恐慌值和熵值进行更新
考虑个体恐慌和人群混乱的社会小群体疏散模型的流程如

图1 EMSPC模型算法流程
Fig. 1 Flowchart of EMSPC algorithm
为量化个体恐慌情绪,改进情绪传染模
式中:为个体i前一时刻恐慌水平经衰减后的值,衰减比例。
EMSPC模型定义恐慌传播取决于个体的表达阈值和被感染阈值。两者由OCEAN人格模
式中:。
当个体恐慌大于表达阈值则传播恐慌。若个体i感知范围内行人传播的恐慌值总和大于其被感染阈值,i会受到恐慌传染。设有效传染时限为10个时间步长,和分别为时刻可见行人j的恐慌情绪与传染系数,t时刻个体i被传染的恐慌值为
为个体到出口的距离以及小群体走失人数导致的恐
式中:表示出口距离和走失同伴数对个体恐慌的影响系数。独立个体的恐慌程度仅受出口距离的影响,即距离出口越远越恐慌;对于社会小群体,除了出口距离外,不可见同伴越多,恐慌情绪越严重。
采用Netlogo仿真软件模拟人群疏散过程。设疏散总人数为200,疏散前随机分布在41m×41m的单出口房间,出口宽度为1m。模型参数默认值如
参数符号 | 默认取值 | 参数涵义 |
---|---|---|
0.5 | 对个体速度影响最大的行为权值 | |
0.3 | 对个体速度影响适中的行为权重 | |
0.2 | 对个体速度影响较小的行为权重 | |
r | 5m | 疏散个体的视野半径 |
为分析社会小群体搜寻行为的特点,分别模拟了包含10组3人或6人社会小群体、总人数为200的人群疏散过程。
如

图2 3人小群体采用策略A的疏散过程
Fig. 2 Evacuation process of small group of three people adopting Strategy A
如

图3 6人小群体采用策略A的疏散过程
Fig. 3 Evacuation process of small group of six people adopting Strategy A
对比

图4 3人小群体采用策略B的疏散过程
Fig. 4 Evacuation process of small group of three people adopting Strategy B
由

图5 6人小群体采用策略B的疏散过程
Fig. 5 Evacuation process of small group of six people adoptimg Strategy B
基于疏散场景离散网格内个体恐慌的平均值将人群恐慌水平可视化,网格颜色越深,表明该网格内行人的恐慌水平越高。
由

图6 采用策略A疏散时的恐慌情绪分布
Fig. 6 Panic distribution of evacuation adopting Strategy A
如

图7 采用策略B疏散时的恐慌情绪分布(t=5s,12s,50s,160s)
Fig. 7 Panic distribution of evacuation adopting Strategy B
取50次随机初始条件下的平均疏散仿真结果来分析社会小群体数量与疏散时间、恐慌情绪及人群混乱间的关系。
如

图8 疏散时间与社会小群体数量的关系
Fig. 8 Evacuation time versus number of small social groups
如

图9 人群混乱程度与社会小群体数量的关系
Fig. 9 Degree of population disorder versus number of small social groups
如

图10 社会小群体与行人恐慌情绪的关系
Fig. 10 Small social groups versus pedestrian panic mood
提出了一个考虑个体恐慌与人群混乱的社会小群体疏散模型,可以模拟含多人社会小群体和单独个体的混合人群在恐慌及混乱影响下的疏散过程。实验表明,多人社会小群体特别是儿童、老人等非理性小群体的搜寻同伴行为多发生于拱形拥堵外侧,对人群疏散效率、混乱及恐慌程度存在负面影响。EMSPC模型可作为疏散人群恐慌与混乱状态的分析工具,加深对多人社会小群体疏散行为的理解,为进一步探索社会小群体复杂行为对疏散过程的影响提供科学参考依据。
作者贡献声明
陈晓薇:算法设计与实验分析、论文撰写。
王 坚:研究指导、经费支持、论文修改。
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