Universität zu Köln

Computer simulation of pedestrian dynamics at high densities

Eilhardt, Christian (2014) Computer simulation of pedestrian dynamics at high densities. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    The increasing importance and magnitude of large-scale events in our society calls for continuous research in the field of pedestrian dynamics. This dissertation investigates the dynamics of pedestrian motion at high densities using computer simulations of stochastic models. The first part discusses the successful application of the Floor Field Cellular Automaton (FFCA) in an evacuation assistant that performs faster than real-time evacuation simulations of up to $50,000$ persons leaving a multi-purpose arena. A new interpretation of the matrix of preference improves the realism of the FFCA simulation in U-turns, for instance at the entrance to the stands. The focus of the second part is the experimentally observed feature of phase separation in pedestrian dynamics into a slow-moving and a completely jammed phase. This kind of phase separation is fundamentally different to known instances of phase separation in e.g. vehicular traffic. Different approaches to modeling the phase separation are discussed and an investigation of both established and new models of pedestrian dynamics illustrates the difficulties of finding a model able to reproduce the phenomenon. The Stochastic Headway Dependent Velocity Model is introduced and extensively analyzed, simulations of the model evolve into a phase-separated state in accordance with the experimental data. Key components of the model are its slow-to-start rule, minimum velocity, and large interaction range.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Die zunehmende Bedeutung und die wachsenden Besucherzahlen von Großveranstaltungen in unserer Gesellschaft erfordern kontinuierliche Forschung im Bereich der Fußgängerdynamik. Diese Dissertation untersucht das Verhalten von Fußgängerströmen bei hohen Dichten mit Computersimulationen stochastischer Modelle. Der erste Teil der Arbeit beschreibt die erfolgreiche Anwendung des "Floor Field Cellular Automaton" (FFCA) Modells in einem Evakuierungsassistenten, der Simulationen von bis zu $50.000$ Personen schneller als in Echtzeit durchführt. Eine neue Interpretation der Präferenzmatrix des Modells verbessert den Realismus der Simulation in U-Turns, zum Beispiel vor Mundlöchern in einem Stadion. Der Schwerpunkt des zweiten Teils ist die experimentell beobachtete Separation in eine sich langsam bewegende und eine stehende Phase in Fußgängerströmen bei hohen Dichten, die grundlegend anders ist als z.B. die aus dem Fahrzeugverkehr bekannte Phasenseparation. Eine Untersuchung von etablierten und neuen Modellen der Fußgängerdynamik veranschaulicht die Schwierigkeiten, ein geeignetes Modell zur Reproduktion des Phänomens zu finden. Schließlich wird das "Stochastic Headway Dependent Velocity" (SHDV) Modell vorgestellt und umfassend analysiert. Simulationen des Modells entwickeln einen phasenseparierten Zustand in Übereinstimmung mit den experimentellen Daten. Die wichtigsten Komponenten des Modells sind seine slow-to-start-Regel, Mindestgeschwindigkeit und große Wechselwirkungsreichweite.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Eilhardt, Christianchristian@eilhardt.com
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-58485
    Subjects: Data processing Computer science
    Mathematics
    Physics
    Architecture
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Fußgänger, Fußgängerdynamik, Fußgängerströme, Stau, Computersimulation, Simulation, Modellierung, Hermes, BaSiGo, Präferenzmatrix, Validierung, Kalibrierung, Wegfindung, Phasenseparation, Stauwellen, FFCA, ASEP, GCFM, AVM, Stochastic Headway Dependent Velocity Model, SHDV, OrdnungsparameterGerman
    pedestrian, pedestrian dynamics, pederstrian motion, jam, computer simulation, simulation, modeling, Hermes, BaSiGo, matrix of preference, validation, calibration, routing, route choice behavior, phase separation, jam waves, FFCA, ASEP, GCFM, AVM, Stochastic Headway Dependent Velocity Model, SHDV, order parameterEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Theoretische Physik
    Language: English
    Date: 2014
    Date Type: Publication
    Date of oral exam: 17 October 2014
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 20 Apr 2015 08:17:55
    Referee
    NameAcademic Title
    Schadschneider, AndreasProf. Dr.
    Seyfried, ArminProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5848

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