Simulation Pipeline for Traffic Evacuation in Urban Areas and Emergency Traffic Management Policy Improvements through Case Studies
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Google Research（谷歌研究院）
交通疏散在飓风、野火、洪水、地震等毁灭性灾害中拯救生命方面发挥着至关重要的作用。对于这些罕见事件，提前评估疏散计划的能力，包括识别交通流量瓶颈、改进交通管理政策以及了解交通管理政策的稳健性，对于应急管理至关重要。鉴于此类事件的罕见性和相应的缺乏真实数据，交通模拟为此类场景提供了灵活和通用的方法，并且还允许与模拟疏散进行动态交互。在本文中，我们建立了一个交通模拟管道来探索上述问题，涵盖了疏散的许多方面，包括地图创建，需求生成，车辆行为，瓶颈识别，交通管理政策的改进，和结果分析。我们应用管道在加利福尼亚州的两个案例研究。第一个是天堂，它在2018年被一场大火摧毁，在疏散期间经历了灾难性的交通堵塞。第二个是米尔谷，由于该市位于一个狭窄的山谷中，因此野火和潜在交通问题的风险很高。
2020-08-22 cs.AI physics.soc-ph
Experimental study on determinants of the evacuation performance in the super-high rise building
楼梯间是超高层建筑人员紧急疏散的主要通道，基于实验数据揭示楼梯间内的运动特征是控制超高层建筑人员疏散过程，确保人群安全的基础。在垂直高度为583 m的世界第二高楼上海中心大厦进行了人员疏散实验。结果表明，行人会根据目标高度距离为自己设定一个“适宜速度”，距离越远，“适宜速度”越低。研究结果表明，在疏散过程中，高度高9.63%的人群疏散时间长16.39%，但在每个人群中，疏散速度并不随移动距离的增加而降低。此外，楼梯间的拥挤程度决定了行人能否达到“适宜速度”，在相同场景下，女性或老年人的“适宜速度”小于男性或年轻人。对不同人群、不同性别、不同年龄段的局部速度和垂直速度进行了分类分析。提出了一种测量超高层建筑中人群密度的新方法，并给出了超高层建筑中速度-密度关系的基本图。研究结果可为超高层建筑应急疏散设施的设计和应急预案的制定提供基础数据。
2020-04-09 physics.soc-ph
What will they do? Modelling self-evacuation archetypes
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；CSIRO Data61（澳大利亚联邦科学与工业研究组织Data61）；Strahan Research（斯特拉汉研究所）；La Trobe University（乐卓博大学）
从澳大利亚维多利亚州毁灭性的黑色星期六大火发生十年来，我们正处于社区疏散的计算机模拟开始在紧急服务中使用的时刻。虽然火灾进展建模已嵌入维多利亚州各级政府的战略和业务环境中，但社区对此类火灾的反应建模才刚刚开始认真评估。为了使社区响应模型成为火灾规划和准备的组成部分，需要解决的关键问题是：当面临火灾时，社区真正会做什么？通常，这种理解来自社区和服务部门的本地经验和专门知识，但趋势是转向更知情的数据驱动方法。在本文中，我们报告了紧急部门在这一领域的最新工作。特别是，我们讨论了应用Strahan等人。的自我疏散原型，以代理为基础的社区疏散模型在区域维多利亚。这项工作是几个应急管理利益攸关方之间的综合火灾疏散建模合作的一部分。
2021-05-26 cs.AI physics.soc-ph
A Simulation Model for Pedestrian Crowd Evacuation Based on Various AI Techniques
College of Science, University of Sulaimani（苏莱曼尼大学理学院）；Sulaimania Polytechnic University（苏莱曼尼亚理工大学）；University of Kurdistan Hewler（休勒库尔德斯坦大学）
本文试图设计一个行人人群疏散的智能仿真模型。为此目的，细胞自动机（CA）与模糊逻辑，第k近邻（KNN），和一些统计方程完全集成。在这个模型中，每个行人都被分配了一个特定的速度，根据他/她的身体，生物和情感特征。通过将每个行人的速度与环境、行人分布和对出口的熟悉程度等各种因素相结合，评估每个行人的应急行为和疏散效率。这些因素都对疏散过程有很大的影响。进行了几个实验，以验证该模型在不同的紧急情况下的性能。结果表明，该模型可以预测不同类型建筑内部和行人分布的疏散时间和紧急行为。该研究为建筑疏散系统的设计提供了参考。
2019-12-03 cs.AI cs.MA physics.soc-ph
Social Force Model parameter testing and optimization using a high stress real-life situation
社会力量模型（SFM）的逃离恐慌版本是描述紧急疏散的合适模型。在这项研究中，我们分析了一个真实的视频，记录在黑色星期五事件期间的商店开业，这类似于紧急疏散（2017年11月，南非）。我们测量了进入商店的行人流量，发现一个比通常在“实验室”条件下报告的更高的值（$\langle J \rangle =6.7 \pm 0.8\,$ p/s）。我们进行了数值模拟来重现这一事件。经验测量值进行了比较，对模拟的疏散曲线对应于目前在文献中使用的不同的参数集。所获得的结果表明，一组参数对应于校准实验室实验（涉及行人，其中参与者的安全是主要关注的）或情况下，身体接触是可以忽略不计的，产生模拟，其中代理撤离速度比经验的情况。最后，我们优化了模型的两个参数：摩擦系数$k_t$和体力系数$k_n$。我们发现的最佳拟合可以复制经验疏散曲线的定性和定量行为。我们还发现，在参数空间中的许多不同的组合可以产生相似的结果，在拟合优度方面。
2020-07-13 physics.soc-ph
Microscopic dynamics of escaping groups through an exit and a corridor
本研究探讨了在社会群体存在的情况下紧急疏散的动态。调查是在基本的社会力量模型（SFM）的背景下进行的。我们包括了属于同一社会群体的人之间的吸引力感受，如国际物理学杂志27（6），1 -16中所提出的。我们关注的是通过紧急出口和走廊逃跑的动态。我们证实了国际物理杂志27（6），1 -16中出现的结果，所需速度为4 m/s，但进一步将紧急出口的分析范围扩大到1-8 m/s。我们注意到，群体的存在会影响疏散性能。然而，非常强烈的感觉可以改善相对于中等感觉的逃避时间。我们称这种现象为“更近即更快”，类似于“更快即更慢”效应。社会群体的存在也会通过在移动的人群中引入额外的减速来影响走廊内的动态。
2021-07-20 physics.soc-ph
Game theory in models of pedestrian room evacuation
我们分析了行人疏散的一个矩形房间，考虑了格子气计划与行人的行为方面。个体的移动基于随机和理性的选择，并受到两个或多个想要前进到同一位置的代理之间的冲突的影响。这种冲突的解决是根据一定的规则密切相关的战略的概念，在博弈论，合作和背叛。我们认为游戏规则类似于囚徒困境和猎鹿游戏，与个人的概率相关联的收益提前到选定的网站。我们发现，即使背叛是任何代理人的理性选择，在某些条件下，合作者可以利用相互合作，并离开房间更快地比叛逃者。
2013-11-07 nlin.AO physics.soc-ph
High-resolution human mobility data reveal race and wealth disparities in disaster evacuation patterns
极端天气事件等重大灾害会扩大和加剧原有的社会差距，使弱势群体承受不成比例的代价。尽管对公平和应急计划的影响，我们缺乏定量的了解，这些社会断层线如何转化为不同的行为在大规模的紧急情况下。在这里，我们在飓风哈维的背景下调查这个问题，使用来自大休斯顿地区15万多名用户的3000多万条匿名GPS记录，以量化地震之前、期间和之后的灾难造成的搬迁活动模式。我们发现，疏散距离是高度同质的个人从不同类型的社区分类的种族和财富，服从截断幂律分布。然而，相似之处到此为止：我们发现，种族和财富都强烈影响疏散模式，弱势少数群体比富裕的白人居民更不可能疏散。最后，在种族和财富的出发和返回时间方面存在相当大的差异，在他们的目的地选择中，来自不同社区的撤离者之间具有很强的社会凝聚力。这些实证研究结果为流动性和疏散带来了新的见解，为居民，决策者和灾害管理人员提供了政策建议。
2020-08-30 physics.soc-ph stat.AP
Counterflow in Evacuations
它示出在这项工作中，平均个人的出口时间和其他性能指标的人从建筑物的出口，可以改善在某些情况下，如果逆流发生。这些情况包括步行速度差异很大，以及两个距离不同、容量不同的出口。这一结果是通过纸笔计算以及示例场景的微观模拟实现的。由于逆流出口标志的困难仍然存在，因此不能从结果中得出结论，逆流紧急疏散程序确实是更好的变体。
2011-10-07 cs.MA physics.soc-ph
Evacuation time estimate for a total pedestrian evacuation using queuing network model and volunteered geographic information
城市疏散时间的估计是一个重要的问题，因为成千上万的个体之间的相互作用，引起各种集体现象，如瓶颈形成，间歇流和走走停停的波。我们提出了一个平均场的方法来绘制道路网络的空间属性，疏散人数和由此产生的疏散时间估计（ETE）之间的关系。我们将$50$中等规模的英国城市分为共$697$的集水区，我们定义为一个区域，所有代理共享相同的最近的出口节点。在这些集水区，90%的座席位于其指定出口节点的$5.4$ km范围内。我们建立了一个集水区的属性（人口，距离出口节点和出口节点宽度）和自由流制度的平均流速通过模拟总疏散使用代理基于“排队网络”模型的特征流量。我们使用这些变量来确定汇水区属性和所得ETE之间的关系。这种关系可以使应急规划人员能够快速评估疏散策略，并在危机发生时帮助支持决策。
2015-10-08 cs.MA physics.soc-ph
Faster and safer evacuations induced by closed vestibules
改善紧急疏散是人类安全和行人动态的首要任务。在本文中，我们使用的社会力量模型，以优化高焦虑的行人疏散。我们探讨两种建筑布局，1门前庭，和2门前庭。“前庭”定义为出口门旁边的房间，其特征在于两个结构参数：前庭宽度（$d$）和前庭门宽度（$w$）。我们发现，特定值的$d$和$w$，可以几乎两倍的疏散流量相比，无前庭的情况。这一成就的关键是密度（靠近出口门）可以通过$d$和$w$来控制。因此，可以将这些参数调整到使可用空间最大化的密度，同时防止在出口门处形成阻塞簇（$ρ\sim 2.5\,$ p/m $^2$）。与最佳条件相反，低密度值（$ρ\sim 1\,$ p/m $^2$）导致次优流动，因为存在未使用的剩余空间;而较高密度值（$ρ\sim 4\,$ p/m $^2$）也导致次优流动，因为在出口处存在阻塞簇。此外，我们考虑到通常可以预见的事实，即出口处实际上可能达到高压，威胁行人的健康。因此，我们研究了人群压力使用代理人的重叠作为指示。我们发现，探索前庭减少人群压力相比，无前庭的情况。特别是，我们表明，2门前庭的情况下，表现优于1门前庭，因为它降低了整体的局部密度（通过强制人群分散开）。
2022-09-28 physics.soc-ph
Evacuation trials from a double-deck electric train unit: Experimental data and sensitivity analysis
旅客列车在紧急情况下代表了一个具有挑战性的环境，公共交通车辆固有的典型布局和内部设计导致了特定的疏散条件。本文描述了在2018年在布拉格进行的模拟双层电动单元轨道车紧急疏散的全尺寸受控实验中获得的数据集。在考虑不同乘客人群组成、出口宽度和出口类型（例如，出口到高站台、使用楼梯到开放式铁路线以及没有任何支撑设备的750 mm跳跃）的各种疏散场景下，进行了15次疏散试验，涉及91名参与者。该研究的主要目的是收集关于轨道车内运动条件的实验数据，并研究各种边界条件对疏散过程和总疏散时间的影响。还分析了运动特征（出口流量、速度）和人类行为（运动前活动、出口行为）。所获得的数据被用来验证和调整探路者模型，以捕捉从轨道车疏散的重要方面。此外，使用该模型进行了一系列的模拟，提供人群组成，出口宽度，出口类型对总疏散时间的影响的敏感性分析。作为一个关键的发现，我们可以得出结论，对于一个标准的出口路径（平台或楼梯）的情况下，主要出口的宽度对总疏散时间的影响最大，然而，人群组成在疏散场景中发挥了主导作用，涉及跳跃。
2022-02-23 cs.MA physics.soc-ph
High precision analysis of unidirectional pedestrian flow within the Hermes Project
Hermes项目的目的是开发一种基于疏散助理的计算机模拟，以在复杂建筑物发生紧急情况时支持安全服务，从而改善群众活动的安全。该项目的一个目标是建立和校准行人动力学模型，专门用于预测比实时更快的大量人群的紧急出口。在这方面的贡献，我们给出了该项目的概述和实验结果的单向流动的走廊。采用不同的测量方法对所有行人的运动轨迹进行了分析。数据将用于模型校准。
2012-07-25 physics.soc-ph
Pedestrian evacuations with imitation of cooperative behavior
本研究基于社会力模型开展数值模拟，探究混合人群中竞争性个体对合作行为的模仿机制对疏散的影响，发现少量合作个体即可提升疏散效率与安全性，凸显人群行为培训的价值。
2024-05-16 nlin.AO physics.soc-ph
Macroscopic Traffic Flow Network Modeling For Wildfire Evacuation: A Game-Theoretic Junction Optimization Approach with Application to Lahaina Fire
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本文提出基于博弈论的节点优化方法，用于建模大规模交通流网络，以解决野火疏散中的通行容量问题，通过分析玩具网络和拉海纳道路网络，揭示了出口车道容量的相变特性。
2026-04-01 cs.NA math.NA math.OC
Dynamics of Panic Pedestrians in Evacuation
提出了一种改进的格子气模型，用于研究单个房间内的行人疏散。该模型中的支付矩阵反映了自私个体之间复杂的相互作用，通过考虑邻居支付、围墙和背叛者羊群效应的影响，给出了个体所受的平均力。每个行人根据费米函数移动到他选择的位置，行人流的平均速度被定义为运动规律的函数。两种行人类型包括：合作者，谁遵守疏散指示;和叛逃者，谁无视规则，单独行动。结果表明，系统的逃逸时间随恐慌水平的增加而增加，在低恐慌水平下系统保持平稳，而在高恐慌水平下系统表现为三个阶段.我们证明了恐慌水平决定了这个系统的动力学，而合作者的初始密度有一个可以忽略的影响。系统经历了三个阶段，一个单一的阶段的合作者，一个混合的两阶段的行人，和一个单一的阶段的叛逃者顺序作为恐慌水平的升级。证明了这种相变对运动规律中空位贡献、壁面压力和噪声幅值的变化具有基本的鲁棒性。它进一步表明，行人从整体合作中获得最大的好处，但被困在最坏的情况下，如果他们都是叛逃者。
2017-01-05 nlin.CG physics.soc-ph
Influence of selfish and polite behaviours on a pedestrian evacuation through a narrow exit: A quantitative characterisation
我们研究了自私与礼貌行为对行人通过狭窄出口疏散动力学的影响。为此，进行了涉及约80名具有不同规定行为的参与者的实验;将参与者重新注入到设置中使我们能够改善统计数据。尽管在瞬时流量的波动，我们发现，几乎立即达到一个稳定的制度。的平均流量单调增加的竞争（自私）的行人，这对应于在我们的实验条件下的“更快的是更快的”效果的分数C\_S;它也是正相关的行人在门前的平均密度，近紧密包装。在大的c_s下，流动显示出明显的不稳定性，伴随着准同时逃逸的爆发。除了这些发现之外，我们还想知道合作的效果是否是智能生物系统所特有的，或者它是否可以通过纯粹的机械替代品来复制。为此，我们考虑了一个二维颗粒流通过一个小孔，其中一些颗粒是“合作”的排斥磁相互作用，阻止他们的相互碰撞。
2016-10-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
Agent-based modelling of pedestrian responses during flood emergency: mobility behavioural rules and implications for flood risk analysis
一个基于代理的模型（ABM），用于模拟洪水行人的相互作用，特别是探索更现实的反应疏散行人在洪水期间。反弹道导弹系统内的行人代理人遵循管理其在干旱地区移动的导航规则。当在洪水中时，行人代理被分配额外的行为规则，以考虑他们的稳定性和步行速度，以及他们不同的身高和体重。ABM被应用于复制一个被淹没的购物中心的合成测试案例，考虑越来越复杂的配置模式的疏散行人的行为规则。模拟结果进行了分析的基础上的空间和时间指标告知洪水风险状态的动态变化的洪水淹没行人在一个常用的洪水危险等级（HR）度量，可变的步行速度，由于倾倒和/或滑动的不稳定性。我们的分析显示，随着稳定性和步行速度行为规则变得更加复杂，疏散时间和风险暴露水平显着延长。它还允许识别由于不稳定的行人而导致的更保守的HR阈值，以及一个新的公式来直接估计作为洪水中稳定行人的HR的函数的步行速度状态。提供了软件可访问性的附带详细信息。
2020-06-15 cs.MA physics.soc-ph
CrowdEgress: A Multi-Agent Simulation Platform for Pedestrian Crowd
本研究提出兼容FDS+Evac的CrowdEgress多智能体行人仿真平台，基于扩展社会力模型建模交互，计划整合社会心理学理论研究紧急疏散人群行为。
2026-10-30 nlin.AO physics.soc-ph
