人群聚集预警中基于断面双向流量比的客流误差分析.pdf_大学文库

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.016 第35卷第3期北京科。技大学学报 Vol.35 No.3 2013年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.2013 人群聚集预警中基于断面双向流量比的客流误差分析李焘，金龙哲，刘建四北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 ☒通倍作者，E-mail:anyonell@126.com 摘要针对密集人群的安全预警管理，结合商业街人流相向运动的特点，提出通过断面双向流量比进行人群聚集风险预警的思路，并对该方法的误差进行了理论分析和实例验证.结果表明该方法用于商业街聚集人群的风险预警时，不论测量值大于真实值还是测量值小于真实值，经过断面进出比的比值误差均比客流统计系统本身误差更小，从而使客流统计产品在一定范围内精确度有所提高.此外，可应用此方法根据实际要求的测量精度为客流统计设备选型提供依据，关键词行人安全：人员聚集；客流预警：安全工程：误差分析分类号X913 Error analisis of passager flow based on the bi-directional flow ratio of the section in crowd gathering early-warning LI Tao,JIN Long-zhe,LIU Jian School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:anyonell@126.com ABSTRACT An early warning method for the risk of crowd gathering based on the bi-directional flow ratio of the section was proposed according to the characteristics of the opposite movement of pedestrian flow at the business street. Its error was analyzed in theory and verified by an example.It is found that using this method as a criterion of crowded events is feasible.Whether the measured values are greater or less than the true values,the error of the ratio between the inward and the outward flow across the section is less than that from a pedestrian flow statistic system,so the method is helpful for improving the accuracy of crowd statistic tools to some extent.In addition,the method can be used as a reference in selecting the type of a pedestrian flow statistic system according to requirements for the measuring accuracy of actual applications. KEY WORDS pedestrian safety;crowd gathering;passenger warning;safety engineering;error analysis 随着城市化进程的加快，城市公共场所人群聚埔寨送水节欢庆活动时，由于游人过多，桥梁产生集事件日益频繁，如节假日的商业街区、旅游旺季晃动，引起恐慌，导致相互拥挤踩踏，致456人死的旅游景点、春运期间的交通枢纽以及其他诸如北亡，700多人受伤：2011年1月印度举行宗教节庆京奥运会和上海世博会等大型社会活动现场.这些活动后，数千人聚集于有限空间，由于惊慌躲避突人员高度聚集的场所潜在的危险隐患较多，由于多然行驶过来的汽车，造成109人死亡，上百人受伤种不确定突发原因，经常造成群死群伤的拥挤踩踏这些灾难性事故的发生都对公共场所人群安全保障事故.如2010年7月在德国西部音乐节，由于大量提出了严峻挑战. 观众赶往活动现场，而另一批观众则折返回家，两目前，众多学者对这种大量人群聚集时的突发股相向人流在音乐节活动现场附近的地下通道里发灾害和事故防范已经进行了大量研究，大部分是从生拥堵，由于人员过度密集，从而引发恐慌性踩踏人员疏散的角度出发，研究事后的应急管理与救援事件，造成19人死亡，340人受伤：同年11月来或是采用风险分析和评价的方法从宏观层面提出预收稿日期：201203-10

第卷第期年月北京科技大学学报人群聚集预警中基于断面双向流量比的客流误差分析李点金龙哲刘建困北京科技大学上木与环境工程学院北京回通信作者一回摘要针对密集人群的安全预薯管理结合商业街人流相向运动的特点提出通过断面双向流量比进行人群聚集风险预警的思路并对该方法的误差进行了理论分析和实例验证结果表明该方法用于商业街聚集人群的风险预警时不论测量值大于真实值还是测量值小于真实值经过断面进出比的比值误差均比客流统计系统本身误差更小从而使客流统计产品在一定范围内精确度有所提高此外可应用此方法根据实际要求的测量精度为客流统计设备选型提供依据关键词行人安全人员聚集客流预警安全工程误差分析分类号一尸刀一困困一随着城市化进程的加快城市公共场所人群聚埔寨送水节欢庆活动时由于游人过多桥梁产生集事件日益频繁如节假日的商业街区、旅游旺季晃动引起恐慌导致相互拥挤踩踏致人死的旅游景点、春运期间的交通枢纽以及其他诸如北亡多人受伤年月印度举行宗教节庆京奥运会和上海世博会等大型社会活动现场这些活动后数千人聚集于有限空间由于惊慌躲避突人员高度聚集的场所潜在的危险隐患较多由于多然行驶过来的汽车造成人死亡上百人受伤种不确定突发原因经常造成群死群伤的拥挤踩踏这些灾难性事故的发生都对公共场所人群安全保障事故如年月在德国西部音乐节由于大量提出了严峻挑战观众赶往活动现场而另一批观众则折返回家两目前众多学者对这种大量人群聚集时的突发股相向人流在音乐节活动现场附近的地下通道里发灾害和事故防范已经进行了大量研究大部分是从生拥堵由于人员过度密集从而引发恐慌性踩踏人员疏散的角度出发研究事后的应急管理与救援事件造成人死亡人受伤同年月柬或是采用风险分析和评价的方法从宏观层面提出预收稿日期刁一 DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2013．03．016

·410 北京科技大学学报第35卷防的建议措施1-引：也有一些学者在人群安全中引 (out).断面双向流量比是指通过某一断面往米人数入预警管理的思想，尽早发现拥挤踩踏事故的端倪，之比，即进的人与出的人数量之比.在一般情况下，采取相应的措施，为密集场所的人群安全管理提供通过断面的往来人数是相当的，比值大概是1，当某参考4-6).客流预警是指为了及早发现聚集人群的段时间内通过断面往米人数差异较大时（比值偏离数量超出负荷及产生拥挤的不良状态的潜在表征信 1很多)，尤其是通过两相邻断面判断客流往问一区息，有效预控拥挤踩踏事件的发生，防范于未然.研域聚集时，可认为该区域人群密度在不断增加，有究人员主要通过直接观测和录像观测、人群疏散演可能发生突发事件习、个体试验和问卷调查，得到人群在不同安全状 2通过断面双向流量比判据的误差分析态下人员密度和人群速度等基础数据，以此作为密集人群风险管理的依据7-8】.然而，在实际应用中这使用断面双向流量比作为客流预警判据时，人些方法存在一定的局限性，人员密度以人员数量为员数量是其中必不可少的参数.日前，客流统计系基础，在实际应用时受到测量环境的影响，精确度统的精度一般在85%左右9，存在一定误差.此外，难以保证，其次人员并非均匀分布，在类似商业街这些客流统计系统精确度容易受到测量环境的影响这种面积巨大的场所加剧了人员密度统计的难度： (如测承时的光线、风速和其他天气状况的影响)，或而人群速度通过记录行人运动的距离与移动时间米是受到测量环境安装条件的限制，使客流统计产品获得，其准确性较高，且算法简单，但需要一定时的精确度进一步降低，在测量精度要求较高或是某间内能够获得足够多的样本才足以反映人群的平均些特殊测量环境下达不到要求，Ⅱ容易产生误报警运动速度，存在一定难度.因此，在测量环境比较复的情况.采用断面双向流量比判据时，对于问一套杂的情况下，应结合人群密度和速度为主要判据并测量系统，由于往米统计误差其有相似性，通过这辅以其他判据作为更加理想的预警指标.在此基础种比值则可以抵消部分误差，作为客流预警的判据上，本文针对商业街人流相向运动的特点，采用通也更为理想，其原理如下过断面双向流量比作为客流预警的辅助判据，对该客流统计时，定义误差计算公式为：方法的原理和误差进行了分析，并结合某商业街实 ITin-Minl 际测量数据对其进行了验证，证明此方法的可行性 Min Tout-Moutl 1通过断面双向流量比判据的基本原理 Mout 实现商业街的客流预警，首先要获取街面人群 Tin Min 的运动信息.采用人工统计的方法既耗时又不能保 E Tout Mout 证长时间数据的精确度，因此本文采用视频智能分 Min 析对行人进行识别并提取运动信息的可行方法，而 Mout 其中，Min和Mout为进、出的测值，Tn和Tout 且目前已有比较成熟的客流统计产品用于统计通过为进、出的真实值，En和Eout为进、出的误差，此某一断面的往来人流量. 部分误差即客流统计系统本身误差，E为进出比的如图1所示，用方框表示的测量区域称之为比值误差. 断面，本文设定从上至下为进(n),从下至上为出 (1)测量值偏大（即测量值比真实值大）时，即 Min≥Tin,Mout≥Tout时，测量区域 Ein Min -Tin Min Mout -Tout Eout=一 Mout ①当Tin Mout≥Tout Min时， Tin Min Min 1-En-1, 1-Eout 图1断面双向流示意图 Mout Fig.1 Bi-directional flow sketch of the section 又E≥0→En≤Eout:

· · 北京科技大学学报第卷防的建议措施 ‘一也有一些学者在人群安全中引入预警管理的思想尽早发现拥挤踩踏事故的端倪采取相应的措施为密集场所的人群安全管理提供参考一“ 客流预警是指为了及早发现聚集人群的数量超出负荷及产生拥挤的不良状态的潜在表征信息有效预控拥挤踩踏事件的发生防范于未然研究人员主要通过直接观测和录像观测、人群疏散演习、个体试验和问卷调查得到人群在不同安全状态下人员密度和人群速度等基础数据以此作为密集人群风险管理的依据【一然而在实际应用中这些方法存在一定的局限性人员密度以人员数量为基础在实际应用时受到测量环境的影响精确度难以保证其次人员并非均匀分布在类似商业街这种面积巨大的场所加剧了人员密度统计的难度而人群速度通过记录行人运动的距离与移动时间来获得其准确性较高且算法简单但需要一定时间内能够获得足够多的样本才足以反映人群的平均运动速度存在一定难度因此在测量环境比较复杂的情况下应结合人群密度和速度为主要判据并辅以其他判据作为更加理想的预警指标在此基础上本文针对商业街人流相向运动的特点采用通过断面双向流量比作为客流预警的辅助判据对该方法的原理和误差进行了分析并结合某商业街实际测量数据对其进行了验证证明此方法的可行性断面双向流量比是指通过某一断面往来人数之比即进的人与出的人数量之比在一般情况下通过断面的往来人数是相当的比值大概是当某段时间内通过断面往来人数差异较大时比值偏离很多尤其是通过两相邻断面判断客流往同一区域聚集时可认为该区域人群密度在不断增加有可能发生突发事件通过断面双向流量比判据的误差分析使用断面双向流量比作为客流预警判据时人员数量是其中必不可少的参数口前客流统计系统的精度一般在左右存在一定误差此外这些客流统计系统精确度容易受到测量环境的影响如测量时的光线、风速和其他天气状况的影响或是受到测量环境安装条件的限制使客流统计产品的精确度进一步降低在测量精度要求较高或是某些特殊测量环境下达不到要求且容易产生误报警的情况采用断面双向流量比判据时对川司一套测量系统由于往来统计误差具有相似性通过这种比值则 ’以抵消部分误差作为客流预警的判据也更为理想其原理如下客流统计时定义误差计算公式为通过断面双向流量比判据的基本原理实现商业街的客流预警首先要获取街面人群的运动信息采用人工统计的方法既耗时又不能保证长时间数据的精确度因此本文采用视频智能分析对行人进行识别并提取运动信息的可行方法而且目前已有比较成熟的客流统计产品用于统计通过某一断面的往来人流量如图所示用方框表示的测量区域称之为断面本文设定从上至下为进从下至上为出界。一人么石汤二二二‘ 一一一二二二 ’一似。了乙一力一一一一花气二一一一一一一、其中。和入么〕为进、出的测最值不。和为进、出的真实值。和为进、出的误差此部分误差即客流统计系统本身误差为进出比的比值误差测量值偏大即测量值比真实值大时即。界七。时占占占己人寿一界城入人〕一百去卜 ① 当人几七。时界入么一一一图断面双向流示意图一又冷毛

第3期李焘等：人群聚集预警中基于断面双向流量比的客流误差分析 411· 假设在实际应用中E允许误差为（则实际精 Ein Eout, 度为1-)，则 1+Em>1-ξ 1+Eout 1-En≤1+， 1-Eim-1≤ξ÷1-Eout 由于客流统计系统计数的对称性，进、出的测 1-Eout 量值与真实值相比，只存在问时偏大或同时偏小的内此测值与真实值应满足情况，所以本文只讨论以上四种情况.且在实际应用中，考虑到客流统计系统实际测量时的状况，每 Ein≤Eout, 种测量方法并不能保证在每秒或是每分钟都保持在 1-Em≤1+5 一定精确度，所以应根据实际情况，采用一定时间 1-Eout 内的平均误差满足以上不等式即可，避免误报警 ②Tin Mout1-e 图2为测量值大于真实值时（情况A)客流统 1-Eout 计系统进、出的测量值与真实值示意图。在这种情 (2)测承值偏小（即测量值比真实值小）时，即况下，由于当时光照影响形成影子，系统难以对行 Min≤Tin,Mout≤Tout时，同理可得：人进行精确识别，使得测承值大于真实值.表1为测承数据带入误养计算公式所得的进、出和进出比 Ein≥Eout, 1+Em≤1+5 三种不同的误差.从表中可以看出，经过客流进出、1+Eout 流量比计算后，比值误差均小于进或出的误差， 80( (a) 70 -Mi 90(b Mout 80 70 60 0 20 024681012141618202224262830 30 24681012141618202224262830 时间/min 时间/min 图2情况A中从上往下()和从下往上.(b)通过断面的测量值与真实值示意图 Fig.2 Measured values and true values across the section from the top to bottom(a)and from the bottom to top(b)in Scenario A 图3为测量值小于真实值时（情况B)客流统平游后的数值，平滑时间为5min,从图中可以看计系统进、出的测值与真实值示意图.在这种情出，进出流量比的比值误差在一定范围内极大地减况中，由于当时商业街有一定数量人员处于驻足休小了客流统计系统测量时的误差，尤其是当进、出息状态，面视频分析系统是通过前后两帧画面差异的误差越接近时，比值误差越小，米对人员进行识别，一定时间内人员静止时，则放通过以上两种不同情况下客流统计系统的数弃追踪，使得进和出的测量值小于真实值.图4为据分析，可以得出无论是测量值大于真实值的情情况B中客流统计系统各种误差示意图。由于每况，还是测量值小于真实值的情况，经过断面进出分钟误差波动值较大，图中数据为采用运动平均法比的比值误差都比客流统计系统本身误差更小，从

第期李寿等人群聚集预警中基于断面双向流量比的客流误差分析假设在实际应用中允许误差为石则实际精度为一动则 · ’ 弋场二尸二一七办一一一石井一一簇乙因此测量值与真实值应满足吃凡。一呱各。二一二二毛石气一七由于客流统计系统计数的对称性进、出的测量值一与真实值相比只存在同时偏大或同时偏小的情况所以本文只讨论以上四种情况且在实际应用中考虑到客流统计系统实际测量时的状况每种测量方法并不能保证在每秒或是每分钟都保持在一定精确度所以应根据实际情况采用一定时间内的平均误差满足以上不等式即可避免误报警 ②不。。时五风几一一一同理可得。一一一春测量值偏小即测量值比真实值小时即。簇几么〕。廷时同理可得妻凡毛吞实例分析验证下面将对测量值大于真实值和测量值小于真实值这两种情况下在某商业街进行客流统计时所得数据进行分析真实值由视频人工计数获得分三次训。数并反复核对以此保证精确度测量值由客流统计系统读出图为测最值大于真实值时情况客流统计系统进、出的测量值与真实值示意图在这种情况下由于当时光照影响形成影子系统难以对行人进行精确识别使得测量值大于真实值表为测最数据带入误差计算公式所得的进、出和进出比二种不同的误差从表中可以看出经过客流进出流量比计算后比值误差均小于进或出的误差从双姜尸流树啊俪、协燕拭燕长跪寸穿药滋时茹布蔽滋前豪茹。 “跪寸亨抓益时间有茹兹茄荻石荡图情况中从上往下和从下往卜通过断面的测量值与真实值示意图 · 图为测量值小于真实值时情况客流统计系统进、出的测录值与真实值示意图在这种情况中由于当时商业街有一定数最人员处于驻足休息状态而视频分析系统是通过前后两帧画面差异来对人员进行识别一定时间内人员静时则放弃追踪使得进和出的测量值小于真实值图为情况中客流统计系统各种误差示意图由几每分钟误差波动值较大图中数据为采用运动平均法平滑后的数值平滑时间为从图中可以看出进出流量比的比值误差在一定范围内极大地减小了客流统计系统测量时的误差尤其是当进、出的误差越接近时比值误差越小通过以上两种不同情况下客流统计系统的数据分析可以得出无论是测量值大于真实值的情况还是测量值小于真实值的情况经过断面进出比的比值误差都比客流统计系统本身误差更小从

.412 北京科技大学学报第35卷表1情况A中客流统计误差情况 0.40 Table 1 Error of pedestrian flow statistics in Scenario A 0.35 0.30 T/min Ein Eout E T/min Ein Eout E 0.25 1 0.1960.1940.002 16 0.3610.0470.330 0,20 2 0.3060.1630.171 17 0.0980.0910.008 0.15 3 0.1800.2500.093 18 0.2350.1410.110 0.10 0.3410.2500.122 19 0.0970.0500.049 0.05 5 0.3380.262 0.102 20 0.1040.0230.083 0.0 0 50 100150 200 6 0.2800.0160.268 2 0.0890.0000.089 时间/min 7 0.0410.246 0.165 22 0.3410.063 0.297 0.0190.1080.099 23 0.0420.0630.022 图4情况B客流统计误差示意图 9 0.039 0.259 0.297 24 0.0980.163 0.078 Fig.4 Errors of pedestrian flow statistics in Scenario B 10 0.2130.0630.161 0.0690.0420.028 11 0.1280.116 0.013 26 0.2450.0850.175 12 4 0.1690.162 结论 0.008 27 0.1280.0360.096 13 0.0000.038 0.040 28 0.0700.1470.091 (1)人员密度和人群速度是最为常见的预警方 14 0.2000.0480.160 29 0.1030.1560.063 15 0.1670.0570.116 法，但在实际操作中存在一定困难，尤其在商业街这种测量环境比较复杂的情况下应辅以其他判据本文结合商业街中人流相向运动的特点，提出通过 a 。Mm 50 Tn 断面双向流比作为客流预警辅助判据的新思路 40 (2)现有的客流统计系统精确度普遍不高，而 30 * 且易受到测强环境的影响，不能满足某些精度要求比较高的情况，而利用断面双向流承比的比值误差 20 则可以在一定程度上减小这种误差，避免产生误报警的情况 10 (3)在实际应用过程中，可以在人流较大的 50 100 150 200 地方或是道路交叉路口、行人天桥和交通枢纽等时间/min 重点区域设置断面，利用断面双向流承比作为客流预警的判据，并根据误差分析的方法，按照实孙 (b) ●Mit 要求的测量精确度为客流统计产品的选型提供参考专Toa 依据. 0 30 参考文献食 20 [1]Chen J,Chen Z F,Huang C F.Review of risk assessment of large-scale public places.J Nat Disasters,2005,14(6): 10p 16 (陈晋，陈志芬，黄崇福.大型公共场所风险评价研究现状 50 100 150 200 与展望.自然灾#学报，2005,14(6：16) 时间/min [2 Wang Z.The Study of Risk Theory and Application in 图3情况B中从上.往下(a)和从下往.上.(b)通过断面的测 Crowded Public Places in the City [Dissertation).Tian- 量值与真实值示意图 jin:Nankai University,2007:74 Fig.3 Measured values and true values across the section (王振.城市公共场所人群聚集风险弹论及其应用研究[学 from the top to bottom (a)and from the bottom to top (b)in 位论文.天津：南开大学，2007：74) Scenario B [3]Kou L P.Cause analysis and prevention of mass stam- pede incidents.J Chin People's Public Secur Univ Soc 而使客流统计产品在一定范围内精确度有所提高. Sci,2005(4):16 此外，可应用此方法根据实际要求的测量精度为客 (寇丽平.群体性挤踏事件原因分析与预防研究.中固人民流统计设备选型提供依据. 公安人学学报：社会科学版，2005(4)：16)