[論文レビュー] Pedestrians rotation measurement in bidirectional streams

Claudio Feliciani, Katsuhiro Nishinari|arXiv (Cornell University)|Oct 23, 2016

Evacuation and Crowd Dynamics被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、商業用タブレットに組み込まれたジャイロスコープを用いて、双方向流れにおける歩行者の身体の回転を直接測定する新規手法を提案する。これにより、高精度でリアルタイムなヨー運動の追跡が可能となる。結果から、双方向流れでは単方向流れと比較して、特にレーン形成時に顕著に高い身体の回転が生じることが示され、直接測定された回転が軌跡に基づく推定と定性的に一致することが確認された。これにより、間接的測定手法の妥当性が裏付けられた。

ABSTRACT

This study presents an experimental measurement of pedestrians' body rotation in bidirectional streams. A mock-up corridor monitored using a camera placed on azimuthal position is used to study pedestrians' behavior in unidirectional and bidirectional flows. Additionally, a commercial tablet is fixed on the chest of sample pedestrians to examine their body rotation (or yawing) which cannot be obtained using position tracking alone. Angular velocity is recorded and simultaneously stored in a central location using a wireless network, thus allowing the analysis of body movements with a high sampling rate and a limited delay. To investigate the influence of major/minor flow proportion (flow-ratio) on bidirectional streams two different situations were tested: the balanced configuration (with equal flows in both directions) and an unbalanced configuration (with different major and minor flow). Results clearly show that unidirectional flow is more stable compared to the bidirectional case, requiring less time to cross the experimental section and showing a very small amount of rotation during the whole experiment. Both bidirectional configurations showed high values of body rotation, in particular during lane formation and dissolution. Finally, rotation directly measured on pedestrians' body was compared with the one obtained indirectly by analyzing pedestrians' trajectories. The comparison shows that, at least from a qualitative point of view, both methods are in agreement, thus suggesting that even properties which can only be measured by motion sensing could be obtained indirectly through the analysis of trajectories. Concluding, it has been suggested that while lanes help smooth out bidirectional flows, larger instabilities are observed compared to the unidirectional case. Lane separation and/or appropriate guidance are therefore required.

研究の動機と目的

• 頭部位置の追跡のみに依存する限界を克服し、双方向流れにおける歩行者の身体の回転（ヨー運動）を直接測定すること。
• 流れ比（バランス型対アンバランス型）が身体の回転および流れの安定性に与える影響を調査すること。
• 商業用タブレットに埋め込まれた慣性センサーを用いた歩行運動の科学的測定の可能性を検証すること。
• 直接測定された身体の回転と、歩行者の軌跡から推定された回転を比較すること。
• 身体の回転が双方向歩行ストリームにおけるレーン形成および流れの不安定性に果たす役割を評価すること。

提案手法

• 参加者のうち10名に、胸に固定された商業用タブレットを装着し、内蔵されたデジタルジャイロスコープを用いて角速度を記録した。
• 無線ネットワークを用いて、高サンプリングレートかつ最小限の遅延で、リアルタイムに角速度データをストリーミングおよび保存した。
• 単方向流れ（4/0）および二つの双方向設定（3/1および2/2の流れ比）を想定した模擬通路で実験を実施した。
• 時間経過に伴う平均角速度および絶対角速度の積分値を算出し、回転の大きさを定量化した。
• 数学的解析を用いて、歩行者の軌跡から推定された回転と、直接測定された回転を比較した。
• 商業用タブレットが科学的運動測定に適しているかどうかを確認するための妥当性テストを実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 制御された通路環境下で、単方向流れと双方向流れにおける歩行者の身体の回転にどのような差が生じるか？
• RQ2 流れ比の不均衡（例：3/1 対 2/2）が、歩行者の身体の回転の大きさにどの程度影響を及えるか？
• RQ3 ジャイロスコープを用いた直接測定された身体の回転を、歩行者の軌跡データのみから信頼性を持って推定できるか？
• RQ4 身体の回転は、双方向流れにおけるレーンの形成および解体とどの程度相関するか？
• RQ5 身体の回転は、歩行流れの安定性および自己組織的構造の発現に果たす役割は何か？

主な発見

• 単方向流れでは最小限の身体の回転（平均 0.363 ± 0.046 rad/s）を示し、より安定しており、双方向条件と比較して通路を素早く通過した。
• 双方向流れでは顕著に高い身体の回転が観察された：アンバランスな 3/1 様式では 0.430 ± 0.042 rad/s、バランス型の 2/2 様式では 0.390 ± 0.056 rad/s であった。
• 最高の回転がレーン形成および解体の段階で観察されたことから、これらの遷移が双方向流れにおける主要な不安定要因であることが示された。
• 絶対角速度の積分値（回転範囲）は、アンバランスな 3/1 様式で最大（176.785 ± 23.152 s⁻¹）を示し、全体的な動きの大きさが顕著に高いことを確認した。
• 直接測定された身体の回転が、軌跡に基づく推定と定性的に一致したため、回転などの運動特性を間接的に測定する手法の妥当性が裏付けられた。
• バランス型の設定では、繰り返し回数が少ない（3回 対 4回）ことが要因で、相対的に大きな不確実性が生じた可能性があり、分散を低減するためにはより多くの試行が必要であると示唆された。