[论文解读] Large-scale pedestrian flow experiments under high-density conditions

Cheng‐Jie Jin, Rui Jiang+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2017

Evacuation and Crowd Dynamics参考文献 16被引用 4

一句话总结

本研究在环形走廊中开展了大规模行人流实验，参与人数高达278人，密度达到9 m⁻²。研究识别出单向流中的四种流态——自由流、拥堵流、过度拥堵流和超拥堵流，发现过度拥堵流状态下流量保持恒定，这是由于下游集群传播所致；在双向流中观察到三种不同类型的车道形成，表现出非均匀分布和局部人群动力学特征。

ABSTRACT

Despite the vast amount of studies on pedestrian flow, the data concerning high densities are still very inadequate. We organize one large-scale pedestrian flow experiment on a ring corridor. With 278 participants, the density as high as 9 m^(-2) is reached. In the uni-directional flow, four different states are observed, including the free flow, congested state, over-congested state and hyper-congested state. The features of the hyper-congested state are similar to the "crowd turbulence" reported in the empirical data of Helbing et al., and the transition between the stopped state and the moving state can be found. The flow rates in the over-congested state are nearly constant, due to the downstream propagation of pedestrian clusters. In the bi-directional flow, three different types of lane formations are observed in the experiment: (1) three lanes are directly formed ; (2) two lanes are directly formed; (3) firstly three lanes are formed, and then they transit into two lanes. After the lane formation, some interesting phenomena have been observed, including the inhomogeneous distribution of pedestrians across the lanes, and the formation and dissipation of localized crowd. Our study is expected to help for better understanding and modeling the dynamics of high density pedestrian flow.

研究动机与目标

• 为解决高密度行人流（尤其是超过5 m⁻²）实证数据稀缺的问题。
• 在受控的大规模实验环境中，研究极端行人密度下的动态转变与流态特征。
• 观察并表征双向行人流中的车道形成、人群非均匀性及局部人群聚集现象。
• 为高密度下人群湍流与流量饱和的模型提供实证验证。
• 提供高保真度的实验数据，以改进行人动力学模拟与疏散规划。

提出的方法

• 在环形走廊中开展大规模实验，共278名参与者，模拟高密度行人移动。
• 在单向流与双向流条件下，通过控制密度和流量参数测量行人流。
• 利用视频追踪与空间分析识别流态、集群形成及车道转换。
• 根据密度与流量对流态进行分类，包括自由流、拥堵流、过度拥堵流和超拥堵流。
• 分析双向流中车道形成模式及行人 across lanes 的空间分布。
• 追踪行人集群的传播及其对过度拥堵状态下下游流量的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在极端行人密度下会涌现出哪些流态？它们之间如何相互转变？
• RQ2 在过度拥堵流态下，流量行为如何表现？其近乎恒定的数值由何原因造成？
• RQ3 双向行人流中车道形成的机制是什么？其随时间如何演化？
• RQ4 在高密度双向流中，局部人群聚集如何形成并消散？
• RQ5 所观察到的现象在多大程度上与Helbing等人报告的‘人群湍流’现象相似？

主要发现

• 超拥堵流态表现出与‘人群湍流’相似的特征，包括间歇性停走行为及静止与运动状态之间的转换。
• 在过度拥堵流态下，由于行人集群向下游传播，流量保持近乎恒定。
• 在双向流中观察到三种不同的车道形成模式：直接三车道、直接两车道，以及三到两车道的瞬态形成。
• 行人在车道间分布不均，各车道的密度与流量存在显著差异。
• 局部人群聚集在车道转换阶段动态形成并消散。
• 达到的最大密度为9 m⁻²，为行人流研究中最高密度的实验数据集之一。