[論文レビュー] Microsimulations of Arching, Clogging, and Bursty Exit Phenomena in Crowd Dynamics

Francisco Enrique Vicente Castro, Jaderick P. Pabico|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2015

Evacuation and Crowd Dynamics参考文献 8被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、社会的比較理論と視界認識トラジェクトリーマッピングに基づく人工エージェントを用いた群衆ダイナミクスのマイクロシミュレーションモデルを提示する。本モデルは、アーチング、つまり詰まり、およびバースト性の高い出口レートといった現実世界の現象を成功裏に再現した。モデルは、出口密度の一時的落ち着き段階において発生する、新たな発現的行動「ダブルアーチング」を明らかにした。これは、避難および群衆管理シミュレーションにおける現実性を向上させるものである。

ABSTRACT

We present in this paper the behavior of an artificial agent who is a member of a crowd. The behavior is based on the social comparison theory, as well as the trajectory mapping towards an agent's goal considering the agent's field of vision. The crowd of artificial agents were able to exhibit arching, clogging, and bursty exit rates. We were also able to observe a new phenomenon we called double arching, which happens towards the end of the simulation, and whose onset is exhibited by a "calm" density graph within the exit passage. The density graph is usually bursty at this area. Because of these exhibited phenomena, we can use these agents with high confidence to perform microsimulation studies for modeling the behavior of humans and objects in very realistic ways.

研究の動機と目的

• 実世界の避難行動で観察される発現的現象を再現できる、現実的なエージェントベースの歩行者群衆行動モデルの開発を目的とする。
• 社会的比較と視覚に基づくゴールナビゲーションが、集団的群衆ダイナミクスに与える影響を調査することを目的とする。
• 群衆シミュレーションにおいて、ダブルアーチングのような新たな発現的行動を同定および特徴づけることを目的とする。
• 出口幅がアーチング形成および脱出効率に与える影響を分析することを目的とする。
• SFMのような既存のモデルと比較して、本モデルの現実性を、詰まりやバースト性の高い出口レートといった主要現象の再現によって検証することを目的とする。

提案手法

• エージェントは、競争環境における意思決定を導くために社会的比較理論に基づいてモデル化される。
• 各エージェントの視界に基づいてトラジェクトリーマッピングが実装され、目的方向への移動経路が決定される。
• シミュレーション環境には、狭い出口を備えた通路が設けられ、空間的競合と流れのダイナミクスの観察が可能である。
• 密度グラフが、出口レートの変動および詰まりイベントの監視と分析に用いられる。
• 出口幅を変化させることで、アーチングプロファイルの寸法（主軸および副軸）に与える影響を調査する。
• マイクロシミュレーションを実施し、時間経過に伴うアーチング、詰まり、およびダブルアーチングなどの発現的パターンを観察する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 社会的比較と視覚に基づくナビゲーションは、歩行者群衆におけるアーチングの発生にどのように寄与するか？
• RQ2 群衆シミュレーションにおけるバースト性の高い出口レートの原因は何か。また、それは詰まりとどのように相関するか？
• RQ3 本番のシミュレーションで、新たな現象「ダブルアーチング」を観察および特徴づけることができるか？
• RQ4 出口幅は、アーチング形成の形状およびサイズにどのように影響するか？
• RQ5 SFMのような既存のモデルと比較して、本モデルは現実世界の群衆ダイナミクスをどの程度正確に再現できるか？

主な発見

• 本モデルは、アーチング、詰まり、およびバースト性の高い出口レートを成功裏に再現し、群衆ダイナミクスのシミュレーションにおける現実性を確認した。
• ダブルアーチングは、出口密度グラフの一時的落ち着き段階に発生し、以前に文書化されていなかった新たな発現的行動を表している。
• 2体以上のエージェントが出口付近で空間をめぐって競争する場合、詰まりが観察され、流れの乱れが生じる。
• バースト性の高い出口レートは、密度グラフにおいて鋸歯状のプロファイルを示し、間欠的な流れを示している。
• 出口幅が狭いと、アーチングプロファイルの主軸が長くなり、副軸が短くなるが、広い出口では逆の傾向が見られる。
• 本モデルは、SFMに欠落している模倣や伝染といった複雑な行動のシミュレーションの可能性を示している。