1、擁擠人群的運動，包含單向、雙向、交叉、往復等形式，可能引發(fā)諸如踩踏之類的嚴重事故。在這類事故中，行人可能遭受身體傷害甚至失去生命。因此，建筑設施內(nèi)行人運動的舒適性及安全性問題日益引起建筑設計及管理人員的關注。已有的研究表明，影響建筑服務水平(Level of Service)的因素和行人流自組織的模式緊密相關。但是，目前尚缺乏對導致行人流自組織的行人行為機理的研究。
　　 本文中，我們首先開展可控的實驗，研究通道內(nèi)行人運動的微觀

2、特征?；跀?shù)字圖像處理的方法，提取出實驗錄像中行人的運動軌跡，并對這些運動軌跡做直接線性變換得到相應的現(xiàn)實坐標。依據(jù)行人的現(xiàn)實坐標研究單個行人的運動特征、行人與走廊間的作用以及行人與行人間的相互作用。結(jié)果表明，當在通道中運動時，典型學生行人的平均弛豫時間為0.71秒，平均最大行走速度為1.51米/秒。同時，行人在運動的過程中與墻壁保持一定的距離。當與墻之間的距離太近時，行人有朝遠離墻壁方向運動以避免潛在碰撞的趨勢。這種運動趨勢最終被量化

3、為行人與墻壁間隨距離增長指數(shù)衰減的力。當通道內(nèi)一個運動的行人規(guī)避在其運動方向上其他靜止行人時，他們間的作用力呈現(xiàn)出各向異性的特點。典型中國學生行人在運動過程中有顯著的右行偏向。進一步定量的分析表明，當靜止的行人處于運動行人的右前方，那么其對運動行人的力變化不明顯；當靜止行人處于運動行人的左前方，其對運動行人的力隨他們間距離的增加變化顯著。其次，對于環(huán)形通道內(nèi)單列同向運動的行人間相互作用的分析則表明，運動個體受其直接前驅(qū)最近鄰的影響顯著，

4、而幾乎不受其他行人影響。
　　 基于上述實驗結(jié)果，我們建立了k近鄰模型和全近鄰模型兩個模型以研究相向行人流中運動個體間的基本作用。這兩個模型的更新規(guī)則與隨機行走元胞自動機模型(即基本模型)一致：通道內(nèi)運動的個體依照其運動方向被分成左行行人和右行行人兩種。不同的是，行人因不同的相互作用形式而具有不同的方向選擇行為。在全近鄰模型中，運動個體的方向選擇行為受到距其一定距離范圍內(nèi)迎面而來的所有的運動個體的影響；在k近鄰模型中，運動個體的

5、方向選擇則受到從對面走來的與其距離最近的k個個體的分布的影響。通過研究相向行人流中自發(fā)形成的行人分層以及影響通道內(nèi)行人分層數(shù)目的因素，我們發(fā)現(xiàn)隨著通道內(nèi)行人密度的變化，全近鄰模型中行人分層的模式變化顯著，而k近鄰模型中行人分層模式基本不變且與實際觀測相符。這意味著k近鄰作用在行人集群行為涌現(xiàn)中起著更基本的作用?；谘莼┺睦碚摚覀兎治隽四Ｐ椭行腥朔謱拥挠楷F(xiàn)機制。并研究了通道內(nèi)行人的平均速度，密度與邊界密度間的關系，討論了速度、流量增強

6、的原因。
　　 通過比較模型中行人分層的模式與實際觀測的相向行人流模式、模型計算得到的基本圖與行人流經(jīng)驗基本圖，我們對k近鄰模型進行了驗證。結(jié)果表明k近鄰模型可以改善交通環(huán)境，進而增加自由流區(qū)域內(nèi)行人的運動速度，并且能夠重現(xiàn)高密度時的相分離及自由流向壅塞流轉(zhuǎn)變的特征?？紤]到實際行人流中行人相對位置有錯位的現(xiàn)象，我們對k近鄰模型進行了改進，建立了多格子k近鄰模型，并采用多格子k近鄰模型研究了相向行人流受系統(tǒng)尺寸、行人視野范圍以及非