基于社會(huì)力模型的人群疏散研究

胡冉 董霄宇 陳敏 隗胡小雅

摘 要：社會(huì)力模型是人群疏散中十分常用的模型，本文將恐慌系數(shù)介結(jié)合到社會(huì)力模型中，對(duì)拉薩市的主要轉(zhuǎn)經(jīng)通道——八廓街區(qū)域進(jìn)行了模擬仿真，并針對(duì)性地提出了改良措施和建議。

關(guān)鍵詞：社會(huì)力模型;恐慌系數(shù);人群疏散

引言：拉薩市作為世界聞名的旅游城市，每年都吸引了無數(shù)游客前來游玩。但是由于城市建設(shè)前期未考慮到游客數(shù)量的激增，導(dǎo)致許多著名景點(diǎn)疏散設(shè)施或方案落后，無法保障游客們的安全。目前對(duì)景區(qū)人群疏散的研究主要集中在理論階段，謝科范等人[1]從一致性理論和"刺激—態(tài)度—行為"理論出發(fā)，探究了安全氛圍對(duì)對(duì)人群應(yīng)急疏散行為的影響機(jī)制;李俊[2]利用改進(jìn)的社會(huì)力模型，并考慮了疏散時(shí)的安全系數(shù)和擁擠系數(shù)等因素的影響，進(jìn)行了人群疏散的仿真;王培良等人[3]利用蟻群元胞優(yōu)化算法在柵格化地圖為背景的基礎(chǔ)上對(duì)粒子群優(yōu)化算法的粒子位置信息進(jìn)行優(yōu)化，不僅提高了算法的搜索能力，還能有效地避免了結(jié)果陷入局部解。

社會(huì)力模型在人群疏散中的應(yīng)用十分廣泛，社會(huì)力模型主要是基于牛頓第二定律，考慮三個(gè)力的作用，分別是行人自身具有的驅(qū)動(dòng)力、行人與行人之間相互接觸的接觸力和排斥力（相互作用力）以及行人與接觸物之間的作用力，三個(gè)力并非都是直接作用于人身體的力，也有心理變化產(chǎn)生的作用力，行人所受到的合外力就是由以上三個(gè)力相加所得到的合力，但研究表明，在緊急事故發(fā)生時(shí)，恐慌因素往往是造成災(zāi)難加重的主要原因，因此，本文根據(jù)原始社會(huì)力模型，將恐慌系數(shù)恐慌系數(shù)融入到模型中，時(shí)改進(jìn)的社會(huì)力模型更加科學(xué)合理。

一、模型簡(jiǎn)介

傳統(tǒng)社會(huì)力模型主要考慮三個(gè)方面的影響：自身驅(qū)動(dòng)力、行人與行人之間的相互作用力以及行人與障礙物之間的作用力，數(shù)學(xué)表達(dá)式分別如下：

式（1）代表質(zhì)量為m的行人在時(shí)間段t內(nèi)將自己的實(shí)際速度v0增加到期望速度ve。

式（2）中：式中Ai 、Bi 、k 、κ 均為常數(shù)參數(shù)，rij 表示行人i 與行人j 的半徑之和，dij 表示行人i與行人j 的重心之間的距離，nij 表示由行人i 到行人j 的單位向量，tij 表示由行人 i到行人j 的切向向量。

（一）改進(jìn)的社會(huì)力模型

在人群非常密集或?qū)χ車h(huán)境不熟悉的情況下，行人本身容易產(chǎn)生恐慌的情緒，因此引入恐慌系數(shù) p ，當(dāng)行人流密度越大時(shí)，產(chǎn)生的擁擠力越大，行人的恐慌系數(shù) p 也就越大，自身的驅(qū)動(dòng)力也就更大。擁擠力效果與行人本身的恐慌系數(shù)是呈正比增長，參考相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)行人的擁擠力 f 與恐慌系數(shù) p 進(jìn)行確定，如下表所示：

結(jié)合恐慌系數(shù)進(jìn)行考量，行人所受合外力的計(jì)算表達(dá)式改進(jìn)為：

（二）實(shí)例分析

拉薩市轉(zhuǎn)經(jīng)通道主要分布在以大昭寺為中心的八廓街街道處，也是拉薩旅游的著名景點(diǎn)，這里的行人組成主要有朝拜人群和游客，雖然轉(zhuǎn)經(jīng)通道無法通行機(jī)動(dòng)車，但仍存在著許多如自行車、三輪車等非機(jī)動(dòng)車。因此，我們主要結(jié)合八廓街的人流情況，在面積為10×10 m共計(jì)100m2 的區(qū)域中利用matlab進(jìn)行模擬。

三、結(jié)論

根據(jù)以上分析和仿真，結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w情況，本文提出了一下幾點(diǎn)建議：

（一）由于八廓街主要周邊主要是零售商店，存在許多周邊商家將自己的商鋪向道路延伸的現(xiàn)象，導(dǎo)致路面上存在阻攔行人運(yùn)動(dòng)的障礙物，特別是在出口的位置，除必要的安全檢查設(shè)施外，要留出足夠?qū)挼耐ǖ婪奖銋^(qū)域內(nèi)的行人和商家進(jìn)行疏散。因此應(yīng)該與城管溝通建立監(jiān)督機(jī)制，隨時(shí)注意是否有商家占用路面等情況，發(fā)現(xiàn)后第一時(shí)間進(jìn)行移除，保證路面通暢。

（二）人數(shù)過多會(huì)是導(dǎo)致疏散效率低下的主要原因，所以在民族宗教節(jié)日期間對(duì)大昭寺及其周邊區(qū)域?qū)嵤┻M(jìn)出口行人管制，并且引進(jìn)相應(yīng)的人流量監(jiān)測(cè)設(shè)備輔助使用，以提高疏散的效率，保證區(qū)域內(nèi)的行人和商戶的人身安全。

（三）對(duì)城市的居民進(jìn)行相應(yīng)的安全疏散教育。尤其是分布在區(qū)域內(nèi)的派出所和 8 個(gè)安檢口及出入口處的管理人員，給其做好各類突發(fā)事件下疏散的知識(shí)培訓(xùn)，要求做到不慌亂、不惶恐，發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，要能在第一時(shí)間組織區(qū)域內(nèi)的行人安全有序的經(jīng)出口離開該區(qū)域，做到防患于未然，增強(qiáng)自身在突發(fā)情況下的自保能力。

（四）民族宗教節(jié)日期間行人流量的增多主要是來自于朝圣人群的出行，所以要在相應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)，如藏歷 4 月 1 日-30 日期間的薩噶達(dá)瓦節(jié)、藏歷10月24日-25日的甘丹安曲等，提前做好人流疏散的預(yù)案，結(jié)合區(qū)域內(nèi)具體情況增加更多的管理人員，預(yù)防突發(fā)事件發(fā)生，提高整體疏散的效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]李俊.結(jié)合最短路徑改進(jìn)的社會(huì)力人群疏散仿真模型[J/OL].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用：1-15[2020-06-06].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2127.TP.20200331.1833.012.html.

[2]謝科范，康麗文，宋鈺.安全氛圍對(duì)人群應(yīng)急疏散行為的影響機(jī)制研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2020，16（03）：145-150.

[3]王培良，張婷，肖英杰.蟻群元胞優(yōu)化算法在人群疏散路徑規(guī)劃中的應(yīng)用[J].物理學(xué)