[論文レビュー] The effect of social roles on group behaviour

Francesco Zanlungo, Zeynep Yücel+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2017

Evacuation and Crowd Dynamics被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、視線に基づく角度的相互作用と径方向の快適距離を用いた非ニュートン流体的数学的モデルを提案し、社会的役割—性別、目的、関係性タイプ—が群の速度、間隔、編成に顕著に影響することを示している。実証データは、カップルが最も近接して最も多く並進して歩き、同僚は最も速く最も離れて歩き、労働者はレジャー旅行者よりも速く歩くことを確認している。女性は男性よりも遅く、より近接して歩く。

ABSTRACT

In a recent series of papers, we proposed a mathematical model for the dynamics of a group of interacting pedestrians. The model is based on a non-Newtonian potential, that accounts for the need of pedestrians to keep both their interacting partner and their walking goal in their vision field, and to keep a comfortable distance between them. These two behaviours account respectively for the angular and radial part of the potential from which the force providing the pedestrian acceleration is derived. The angular term is asymmetric, i.e. does not follow the third law of dynamics, with observable effects on group formation and velocity. We successfully compared the predictions of the model with observations of real world pedestrian behaviour. We then studied the effect of crowd density on group dynamics. We verified that the average effect of crowd density may be modelled by adding a harmonic term to the group potential. The model predictions, which include "phase transitions" in the group configuration, are again confirmed, at least in the observed density range, by a comparison with real world data. Until now we had averaged all pedestrian data collected in a given environmental setting without differentiating on group composition and social roles. In this work we study how the group configuration and velocity is affected by inter-pedestrian relation (family, couples, colleagues, friends), purpose (work, leisure) and gender. We also show results related to the effect of asymmetric interactions, that confirm further the non-Newtonian nature of gaze-based angular interaction in our model.

研究の動機と目的

• 歩行群のダイナミクスにおける社会的役割—性別、目的、人間関係—が群の歩行行動に与える影響を調査すること。
• 社会的構成に起因する実証的変動を組み込むために、群の相互作用の非ニュートン流体的ポテンシャルモデルを拡張すること。
• 社会的要因が群の速度、歩行者間距離、並進配置に与える影響を定量化すること。
• 多様な社会的グループタイプにおける実世界の観察データと照らし合わせて、モデルの予測を検証すること。
• 群の状況下における非対称的視線に基づく力による非ニュートン的性質を明らかにすること。

提案手法

• 視線に基づく角度的および距離に基づく径方向成分を有する非ニュートン流体的ポテンシャルを用いて、群の歩行ダイナミクスをモデル化する。
• 視線角度の2次関数として不快感を定義する：$\Theta^{\eta}(\theta) = (1+\eta)\theta^2 + (1-\eta)\psi^2$、ここで$\eta$は非対称性を制御する。
• 径方向相互作用を$R(r) = \frac{r}{r_0} + \frac{r_0}{r}$でモデル化し、$r_0$で不快感が最小化され、重複を回避することを保証する。
• 群の密度効果を、基本ポテンシャルに調和的項を加えることで統合し、群の構成における相転移を可能にする。
• 性別、目的、関係性タイプの2人組群について、速度、距離$r$、並進距離$x$を測定する実証データを収集する。
• 平均$\mu_i$、標準誤差$\varepsilon = \sigma / \sqrt{N}$、信頼区間を用いた統計的分析により、群のカテゴリ間を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 性別は、歩行群における群の歩行速度と歩行者間距離にどのように影響するか？
• RQ2 移動の目的（労働 vs. レジャー）は、群のダイナミクスと空間的配置にどのように影響するか？
• RQ3 異なる社会的関係（カップル、友人、家族、同僚）は、群の編成と歩行行動をどのように形作るか？
• RQ4 非対称的視線に基づく相互作用は、歩行群における非ニュートン的行動にどの程度寄与するか？
• RQ5 提案された非ニュートン流体的モデルは、社会的役割の変化に伴う群の構成における観察された相転移を説明できるか？

主な発見

• 女性は顕著に遅く（1065 ± 31 mm/s）かつ近接して歩く（766 ± 30 mm）が、男性は速く（1259 ± 16 mm/s）、やや離れて歩く（836 ± 17 mm）。
• 労働者は速く（1256 ± 14 mm/s）かつ距離を大きく保つ（845 ± 19 mm）が、レジャー旅行者は遅く（1071 ± 18 mm/s）、距離が短い（806 ± 24 mm）。
• カップルは最も近接して歩く（644 ± 27 mm）し、最も多く並進して歩く（$x$ の確率密度関数のピークは0.3 m未満）、空間的調整が強い。
• 同僚は最も速く（1253 ± 14 mm/s）かつ最も離れて歩き（842 ± 18 mm）、並進距離も最大（727 ± 12 mm）。
• 友人は中程度の距離（785 ± 26 mm）を保ち、家族より多く並進して歩くが、子どもがいるため家族は不規則な間隔を示す。
• モデルの非対称的視線相互作用（非ニュートン的性質）は、社会的役割ごとの群の編成と速度の差異から、実証的に裏付けられている。