Methods for modeling and large-scale simulation of multi-destination pedestrian crowds

• Antragsteller: Professor Dr. Günter Bärwolff; Professor Dr. Kai Nagel; Professor Dr. Hartmut Schwandt
• Fachliche Zuordnung: Verkehrs- und Transportsysteme, Intelligenter und automatisierter Verkehr
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 126177213

Mit dem schnellen Wachsen des Umfangs des öffentlichen Verkehrs und der diesbezüglichen Anforderungen an eine angemessene effektive Planung entwickelte sich in den letzten 20 Jahren die Beschreibung und Modellierung des Verkehrs und des Personenverhaltens zu einem wichtigen Forschungsgebiet. Beim Studium des Personenverhaltens, der so genannten Personendynamik, erfahren Evakuierungs- Szenarien (in denen alle Personen ein vorgegebenes Ziel anstreben) und Multi-Agent-Systeme (in denen Personen als heterogene Individuen betrachtet werden, speziell aus der Sicht der Implementierung mit Computer-Software) als zwei spezifische Probleme eine große Aufmerksamkeit. Eine vergleichsweise geringe Beachtung fand bisher das Problem der Beschreibung des Verhaltens von Personengruppen in Räumen mit mehreren Zielen: jede der möglichen Personen bewegt sich zu einem der Ziele. Die Zielsetzung unseres Projekts besteht in der Untersuchung des Personenverhaltens in dem genannten Kontext. Als ein Hauptproblem in unserem Projekt zeigt sich die Modellierung von sich kreuzenden Personenströmen. Mit Blick auf die anzustrebende praktische Relevanz unserer Untersuchungen sollen in diesem Zusammenhang auch komplexe Raumgeometrien untersucht werden. In den letzten Jahren wurden verschiedene Ansätze für die Modellierung und Simulation von Verkehrsproblemen untersucht. Im vorliegenden Kontext erscheint es sinnvoll, beide zu entwickeln: den mikroskopischen Ansatz, in dem Personen als einzelne miteinander inter-agierende Individuen betrachtet werden, sowie makroskopische/mesoskopische Modelle, in denen das Personenverhalten durch globalere Eigenschaften einer kontinuierlichen Strömung analysiert wird. Unsere mikroskopischen Modelle beruhen auf den so genannten ”coupled maps“, auf gitterbasierten Ansätzen verbunden mit zellulären Automaten (CA) und auf graphenbasierten Techniken. Der makroskopisch/mesoskopische Ansatz ergibt sich aus partiellen (Euler-/Navier-Stokes-) Differentialgleichungen, die aus der Fluiddynamik bzw. Gasdynamik bekannt sind. Die spezifische Zielstellung von Mehrziel-Personenbewegungen mit sich kreuzenden Strömen erfordert die Entwicklung von angemessenen adaptierten hybriden Methoden. Typische Anwendungen dieser Ansätze beinhalten reale Szenarien wie Flughäfen, Einkaufszentren, Gebäude ab einer mittleren Größe, in denen die Kunden, d. h. die Personen, kein einheitliches, abgestimmtes Verhalten zeigen und unterschiedliche Ziele haben können. Neben der Modellierung der oben genannten Probleme ist die Entwicklung, die Implementierung und der Test von geeigneten rechnerbasierten Simulationsmodellen ein Teilziel des Projekts. Wir beabsichtigen, die Anwendbarkeit unserer Modelle durch einem Vergleich mit realen Daten, die durch Messung und Experimente in einer geeigneten Testumgebung gewonnen werden, zu illustrieren. Die im Rahmen des Projekts zu entwickelnden Modelle werden teilweise in existierende Software-Pakete integriert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen