[論文レビュー] Empirical study of turning and merging of pedestrian streams in T-junction

Jun Zhang, Wolfram Klingsch+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2011

Evacuation and Crowd Dynamics参考文献 5被引用数 33

ひとこと要約

本研究は、制御された実験室実験を用いてT字路における歩行者流れのダイナミクスを経験的に調査し、ボロノイ法を用いて高分解能な時空間分析を実施した。その結果、合流の前後で歩行者の速度が低下していることが判明し、この差異の主な要因は合流行動ではなく、曲がり行動であることが示された。合流の前後における基本的ダイアグラムは顕著に異なることが分かった。

ABSTRACT

Agent-based models are becoming indispensable tools in building design, safety assessments as well as management of emergency egress. However, reliable calibrations of these models should be mandatory before they are used in practice. To improve the database for model calibration we present results from two experiments at a T-junction and a corner. In such structures the dynamics of pedestrian streams is complex and up to now not studied systematically. To understand it deeply, series of well-controlled laboratory experiments are conducted. The Voronoi method, which is used to analyze the experiments, allows high resolution and small fluctuation in time and space. From the results, it is found that the fundamental diagrams of pedestrian flow in T-junction are not the same before and after merging. At the same density, the velocities of pedestrians before merging are smaller than that after merging. To analyze whether turning or merging of the stream is responsible for this discrepancy, we compare the fundamental diagrams of pedestrian flow in T-junction with the flow at a single corner. The fundamental diagrams of the streams in front and behind the corner agree well and are also in accordance with that from T-junction flow after merging. Besides, space-resolved measurements for the density, velocity profiles are obtained using Voronoi method. These maps offer important information about dangerous spots and thus enable to improve egress management and facility design.

研究の動機と目的

• T字路における曲がりと合流の過程での歩行者ストリームの複雑なダイナミクスを体系的に調査すること。
• 建物設計および避難計画に用いられるエージェントベースモデルのキャリブレーションデータを改善すること。
• 観察された歩行者流れ特性の差異を引き起こす主な要因が、曲がり行動か合流行動かを特定すること。
• 危険な場所を特定するための密度および速度に関する高分解能な空間的・時間的データを生成すること。
• T字路における流れのダイナミクスと単一の角におけるものとを比較し、合流と曲がりの影響を分離すること。

提案手法

• T字路および角の両方で制御された実験室実験を実施し、歩行者の動きに関する経験的データを収集した。
• ボロノイ法を適用して、時間的・空間的に高分解能かつ低ばらつきの少ない密度および速度プロファイルを計算した。
• 流量対密度の基本的ダイアグラム（フローダイアグラム）を用いて、T字路における合流の前後での歩行者行動を比較した。
• T字路の基本的ダイアグラムと単一の角のそれとを比較し、合流と曲がりの影響を分離した。
• 空間分解能の高い密度および速度マップを生成し、歩行者流れにおける高リスクゾーンを特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 T字路における合流の前後で歩行者流れの速度はどのように変化するか？
• RQ2 合流と比較して、曲がり行動が歩行者流れダイナミクスの差異にどの程度寄与しているか？
• RQ3 T字路における歩行者流れの基本的ダイアグラムは、単一の角におけるそれとどのように比較できるか？
• RQ4 ボロノイ法による高分解能な時空間データは、歩行者施設における危険な流れのパターンを特定できるか？
• RQ5 T字路における合流前と合流後の領域で、流れ特性にどのような主な差異が見られるか？

主な発見

• 同じ歩行者密度において、T字路における合流前の速度は合流後の速度よりも顕著に低い。
• T字路における合流の前後での歩行者流れの基本的ダイアグラムは同一ではなく、異なる流れのダイナミクスを示している。
• 単一の角の前後のストリームにおける基本的ダイアグラムは、T字路における合流後のそれとよく一致しており、これは曲がりが速度低下の原因ではないことを示唆している。
• 速度の差異は主に合流によるものであり、曲がりによるものではない。合流はより大きな抵抗と相互作用を引き起こすためである。
• ボロノイ法によって生成された空間分解能の高いマップは、高密度で低速度のゾーンを明確に特定しており、避難経路における潜在的な危険な地点を示している。
• 本研究は、公共施設の安全性と設計を向上させるために、エージェントベースモデルのキャリブレーションに使用可能な妥当な経験的データを提供した。