Universität zu Köln

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

Preview

PDF 2014_Dissertation_Eilhardt.pdf Download (39MB)

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 title:	Title Language Computersimulation von Fußgängerdynamik bei hohen Dichten German
Translated abstract:	Abstract Language 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:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Eilhardt, Christian christian@eilhardt.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-58485
Date:	2014
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Physics > Institute for Theoretical Physics
Subjects:	Data processing Computer science Mathematics Physics Architecture
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language 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, Ordnungsparameter German 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 parameter English
Date of oral exam:	17 October 2014
Referee:	Name Academic Title Schadschneider, Andreas Prof. Dr. Seyfried, Armin Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5848