title: The Influence of Individual Characteristics on Crowd Dynamics
Creators: name: Geoerg, Paul
Publisher: name: Bergische Universität Wuppertal
Year: 2021
Subjects: Pedestrian dynamics
Heterogeneous crowd
Fundamental diagram
Accessibility

description: Die sichere Bewegung in Fußgängergruppen wird durch ausreichend dimensionierte Flucht- und Rettungswege garantiert. Deren geplante Kapazitäten beruhen in der Regel auf wissenschaftlichen Studien, die mit Gruppen junger Personen mit vergleichbarer körperlicher oder geistiger Leistungsfähigkeit durchgeführt wurden. Dadurch wird der zunehmende Anteil von älteren Menschen oder Menschen mit körperlichen, geistigen oder altersbedingten Beeinträchtigungen nicht in den funktionalen Beziehungen der Fußgängerbewegung berücksichtigt. Die vorliegende Dissertation untersucht daher den Einfluss individueller Personeneigenschaften auf Kennwerte der Bewegung in heterogenen Personengruppen wie beispielsweise die Bewegungsgeschwindigkeit oder Flussraten. Dazu wurden in einem interdisziplinären Forschungsprojekt klein- und großskalige Bewegungsstudien unter Laborbedingungen durchgeführt. Die Gesamtpopulation betrug zehn bzw. etwa 80 Teilnehmende je Studie, von denen etwa 10%unterschiedliche körperliche, geistige oder altersbedingte Beeinträchtigung aufwiesen oder auf die Nutzung unterschiedlicher Assistenzmittel angewiesen waren. Es wurden insbesondere die freie horizontale Bewegungsgeschwindigkeit, die Dichteabhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit sowie des Personenflusses analysiert. Die Gültigkeit des spezifischen Flusskonzeptes wurde überprüft. Es zeigt sich ein sensitiver Zusammenhang zwischen der Heterogenität individueller Bewegungseigenschaften und den zentralen Kennwerten der Fußgängerbewegung. Die Berücksichtigung dieser Erkenntnisse in Bewertungsmethoden der Fußgängerbewegung wird in einem vierstufigen Konzept realisiert: erstens, sind eine erhöhte Streuung der Vorbereitungszeiten sowie, zweitens, breite Verteilungen individueller Bewegungsgeschwindigkeiten zu berücksichtigen. Die Präsenz von Menschen mit Beeinträchtigungen in einer Gruppe kann, drittens, zu einer Anpassung der Dichteabhängigkeit von Bewegungsgeschwindigkeit und Personenfluss führen und ist zu berücksichtigen. Der Personenfluss durch den Querschnitt eines Rettungsweges lässt sich, basierend auf individuellen Durchgangszeiten, abschätzen und für Ingenieurmethoden nutzen. Anhand der des vorgeschlagenen Konzepts wird die Berücksichtigung individueller, heterogener Mobilitätseigenschaften in Methoden der Evakuierungsberechnung ermöglicht.
description: Adequately dimensioned egress routes are important for designing safe buildings. However, their capacity analysis is usually based on studies under controlled conditions with populations defined by homogeneous movement characteristics. As a consequence, the nowadays increasing proportions of older people or persons with disabilities are not taken into account in these studies. As a result, these groups are not considered in functional relationships of pedestrian movement and therefore an issue for crowd dynamics analysis. Thus, there is a need to provide valid engineering egress data considering heterogeneous crowds, i.e. with older people and persons with disabilities. In this sense, this doctoral thesis introduces empirical insights into movement characteristics of crowds with different conditions of heterogeneity to estimate the influence of individual movement characteristics on key performance values, e.g. like speeds or flow rates. Therefore a series of studies were conducted in corridor and bottleneck situations with about 10% of participants with various disabilities and different assistive devices. These studies comprised ten to 80 participants and focused on the analysis of unimpeded speed, the individual time gap and the specific flow concept as well as the speed-density-relations and flow-density-relations. First, the unimpeded speed in the horizontal motion and its dependency on individual characteristics was determined. Second, an influence on gaps between participants and effects on the specific flow in different conditions of crowd heterogeneity was assessed. Third, empirical speed-density- and flow-density-relations were analysed to perform a capacity analysis. As a result, the diversity of individual characteristics strongly affected the local stationarity of the measures of individual velocity, density and flow rate, the dependency between density and movement speed or flow as well as increased the rate of interpersonal interactions. To integrate these results into egress calculation methods, a new analysis concept was established. Its four steps are: first, the consideration of an extended range of individual preparation times to start egress activities; second, an extended variation in distributed individual speeds; third, an adoption of empirical relations and fourth, an estimation of the flow rate based on scattered individual time gaps. Thus, this proposed concept allows the consideration of individual, heterogeneous abilities for participation in egress calculation methods.