[論文レビュー] Modelling dynamic route choice of pedestrians to assess the criticality of building evacuation

Armel Ulrich Kemloh Wagoum, Armin Seyfried+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2011

Evacuation and Crowd Dynamics参考文献 21被引用数 18

ひとこと要約

本稿では、リアルタイムの環境観測に基づく動的経路選択をモデル化する、イベント駆動型でグラフベースのルーティングアルゴリズムを提案する。本研究では、局所的／グローバルな最短経路と組み合わせた「クイickestパス」アプローチを用いて、4つの戦略を評価し、特に障害発生時においても、クイickestパスが混雑の規模と避難時間の両方を短縮することを示した。これにより、避難の重大性をより現実的かつ強固に評価できるシミュレーションフレームワークが提供された。

ABSTRACT

This paper presents an event-driven way finding algorithm for pedestrians in an evacuation scenario, which operates on a graph-based structure. The motivation of each pedestrian is to leave the facility. The events used to redirect pedestrians include the identification of a jam situation and/or identification of a better route than the current. This study considers two types of pedestrians: familiar and unfamiliar with the facility. Four strategies are modelled to cover those groups. The modelled strategies are the shortest path (local and global); They are combined with a quickest path approach, which is based on an observation principle. In the quickest path approach, pedestrians take their decisions based on the observed environment and are routed dynamically in the network using an appropriate cost benefit analysis function. The dynamic modelling of route choice with different strategies and types of pedestrians considers the manifold of in uences which appears in the real system and raises questions about the criticality of an evacuation process. To address this question criteria are elaborated. The criteria we focus on in this contribution are the evacuation time, the individual times spent in jam, the jam size evolution and the overall jam size itself. The in uences of the different strategies on those evaluation criteria are investigated. The sensibility of the system to disturbances (e.g. broken escape route) is also analysed. Keywords: pedestrian dynamics, routing, quickest path, evacuation, jam, critical state

研究の動機と目的

• リアルタイムの環境観測に影響を受ける動的経路選択を考慮した、歩行者避難の現実的シミュレーションモデルの構築を目的とする。
• 避難時間、混雑時間、混雑の規模といった主要なパフォーマンス指標を評価することにより、建物避難の重大性を評価することを目的とする。
• 対称的なレイアウトや通行不能な避難出口を含むさまざまな条件下で、静的（最短経路）と動的（クイickestパス）ルーティング戦略の有効性を比較することを目的とする。
• 施設への歩行者の熟悉度が避難結果やシステムの障害耐性に与える影響を調査することを目的とする。

提案手法

• 本モデルは、ノードが意思決定ポイント、エッジが通路や廊下を表すグラフベースの構造を用い、ネットワークベースのルーティングを可能にする。
• 歩行者は観測原理に基づき、現在の混雑状況を評価し、リアルタイムでコスト対効果比が最良となる経路を選択する。
• 4つの戦略を実装した：局所的最短経路（LSP）、グローバル最短経路（GSP）、およびそれらにクイickestパスを組み合わせた戦略（LSQ、GSQ）。ここで「クイickest」は混雑を動的に回避する。
• クイickestパスアプローチは、高密度領域をペナルティとして課す動的コスト関数を用い、混雑を避けて混雑が少ない経路を選択するよう促進する。
• シミュレーションは、混雑の検出や経路改善の機会に応じてイベント駆動で更新され、事前に計算された経路なしで適応的再ルーティングを可能にする。
• 評価指標には、避難時間の分布、個々の混雑時間、混雑の規模の推移が含まれ、初期分布や施設の障害が異なる複数のシナリオで分析された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 経路選択にリアルタイムの環境観測を統合することにより、避難効率と混雑の形成にどのような影響を与えるか？
• RQ2 避難時間と混雑の規模という観点から、静的最短経路戦略と動的クイickestパス戦略の相対的パフォーマンスはどのように異なるか？
• RQ3 異なる初期歩行者分布および施設のトポロジー（対称的 vs. 非対称的）が避難結果に与える影響は何か？
• RQ4 避難出口が閉鎖されるなどの障害発生時、システムはどのように反応するか？また、クイickestパス戦略は耐障害性を向上させるか？
• RQ5 避難プロセスの重大性を最もよく捉える基準は何か？また、異なるルーティング戦略においてその基準はどのように変化するか？

主な発見

• クイickestパス戦略は、静的最短経路戦略と比較して平均混雑の規模を20％削減した。低密度シナリオでは平均混雑の規模が9 m²対11 m²であった。
• 1,000人の歩行者がいる高密度シナリオでは、クイickestパス戦略の平均混雑の規模は40 m²にまで低下したのに対し、静的戦略では46 m²であった。
• クイickestパスアプローチは、避難時間の短縮と個々の混雑時間の低減をもたらし、特に避難出口が閉鎖されるなどの障害発生時において顕著であった。
• 2つの出口（E2およびE8）を閉鎖した後も、クイickestパス戦略は静的戦略よりも低い避難時間と混雑時間の持続を維持し、より高いシステムの耐障害性を示した。
• 動的クイickestパス戦略は、初期歩行者分布や対称的な出口配置に対して感受性が低く、静的最短経路手法よりもより強固で汎用性の高いものであった。
• 本研究では、混雑の規模の推移と混雑時間の分布が、避難の重大性を評価する上で極めて重要な指標であることが確認された。動的戦略は、両方の指標を顕著に低減した。