Fußgängerinteraktionen Modellieren

Wenn sich Fußgänger in einer Menschenmenge bewegen, interagieren sie miteinander. Um diese Interaktionen zu simulieren, müssen Modelle entwickelt werden.

Modelle der Fußgängerdynamik beschreiben die Bewegung von einzelnen Fußgängern, kleinen Gruppen oder den Zusammenschluss und die Auflösung großer Ansammlungen, die z. B. im Freien in einer Stadt oder innerhalb von Gebäuden stattfinden können. Hinsichtlich ihrer Beschaffenheit werden die Modelle oft allgemein als mikroskopisch oder makroskopisch klassifiziert.

Modelle werden in den Naturwissenschaften, der Informatik, den Ingenieurwissenschaften, den Sozialwissenschaften oder der Psychologie entwickelt. Der Umfang und die Art der Modelle hängen eng mit dem wissenschaftlichen Bereich oder der Anwendung zusammen und sind daher sehr unterschiedlich. In der Physik beispielsweise werden Fußgänger als angetriebene Teilchen behandelt, um die Entstehung kollektiver Phänomene wie Stop-and-Go-Wellen, die Bildung von Fahrspuren oder die Verstopfung und den intermittierenden Fluss an Engpässen zu untersuchen. Ziel der minimalen Modellierungsansätze ist es, grundlegende mikroskopische Mechanismen und Arten der Interaktion zu identifizieren, die für die Entstehung der beobachteten kollektiven Phänomene relevant sind.

In der Verkehrstechnik hingegen konzentrieren sich die Modelle auf Verkehrseigenschaften wie Durchfluss, Dichte, Geschwindigkeit oder Routenwahl. In der Brandsicherheitswissenschaft wird der Prozess der Gebäudeevakuierung einschließlich Verhaltensfaktoren wie die Reaktionszeit oder der Einfluss von Rauch und Feuer untersucht. In allen Fällen ist klar, dass Modelle Planer bei der Gestaltung und Dimensionierung von Fußgängereinrichtungen in dichten Städten, Gebäuden mit hoher Auslastung, Infrastrukturen für den öffentlichen Verkehr oder Großveranstaltungen im Freien unterstützen.

Beschleunigungsbasierte Modelle

Eine beliebte Klasse mikroskopischer Modelle für die Fußgängerdynamik sind die so genannten beschleunigungsbasierten oder auch kraftbasierten Modelle, bei denen die Bewegung von Fußgängern durch eine Überlagerung von äußeren Kräften definiert wird. Bei gegebenen Anfangswerten der Zustandsvariablen können die resultierenden gewöhnlichen Differentialgleichungen zweiter Ordnung numerisch gelöst werden, um die Trajektorien der Fußgänger zu erhalten. 1975 schlugen Hirai und Tarui das erste bekannte mikroskopische kraftbasierte Modell vor, um die Bewegung von Fußgängern in einem 2D-Raum zu untersuchen.

Geschwindigkeitsbasierte Modelle

Im Gegensatz zu beschleunigungsbasierten Modellen wird die Geschwindigkeit in geschwindigkeitsbasierten Modellen sofort an die Umgebung angepasst, ohne Trägheit oder implizite Implementierung einer Reaktionszeit. Ein solcher Modellierungsansatz ist weitgehend von der Bewegungsplanung in der Robotik inspiriert, da sich Roboter fast ohne Trägheit bewegen und sofort auf einen Befehl reagieren. Die Beschränkung der Geschwindigkeit im Falle eines Kontakts ermöglicht die Modellierung des Ausschlusses von harten Körpern (Volumenausschluss) und die Beschreibung einer kollisionsfreien Fußgängerdynamik ohne Überschneidungen.

Diese Veröffentlichung gibt einen allgemeinen Überblick über die mathematische Modellierung der Fußgängerdynamik.

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Warteverhalten von Fußgängern modellieren

Die Verteilung der auf einen Zug wartenden Fahrgäste ist einer der limitierenden Faktoren bei der Verbesserung der Leistung eines Bahnhofs, da sie die Ein- und Ausstiegszeiten der Züge stark beeinflusst.

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Verallgemeinertes kollisionsfreies Geschwindigkeitsmodell für die Fußgängerdynamik

Die Bewegung von Fußgängern wird durch eine bestimmte Geschwindigkeit und eine Richtung bestimmt. Basierend auf dieser Idee schlagen wir ein kollisionsfreies Geschwindigkeitsmodell vor, das aus einem Richtungs- und einem Geschwindigkeits-Teilmodell besteht.

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Bottleneck Flow und Clogging

Ein Engpass beschreibt die Situation, in der sich eine Gruppe von Fußgängern von einem breiten Bereich durch einen engen Durchgang bewegt, um ihr Ziel zu erreichen.

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Leiteffekt von Evakuierungsschildern

Evakuierungsschilder spielen eine wichtige Rolle bei Notfallevakuierungen, insbesondere in komplexen Gebäuden. Der Leiteffekt hängt jedoch von der Grafik, der Farbe, der Position, der Leuchtdichte und sogar von den Personen in der Umgebung der Fußgänger ab.

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Optimierung von Strategien zur Steuerung des Sonnenschutzes im Hinblick auf Nutzerverhalten, visuellen und klimatischen Komfort

Die Bewohner haben einen erheblichen Einfluss auf die Energieleistung von Gebäuden. Trotz der aktiven Rolle der Bewohner bei der Gebäudeleistung werden sie von den Planern in der Regel als passive Akteure im Planungsprozess behandelt.

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Vorhersage der Fußgängerdynamik in komplexen Architekturen mit künstlichen neuronalen Netzen

Künstliche neuronale Netze sind robuste Algorithmen, die verschiedene Arten von Mustern erkennen können. In diesem Beitrag überprüfen wir ihre Eignung für die Vorhersage der Fußgängerdynamik in komplexen Architekturen.