随着社会经济和城市化的不断发展,各类购物中心、体育场馆、影剧院、交通枢纽等步行设施内的行人聚集和换乘活动日益频繁。如何优化和提升常态下行人的移动效率会切实影响到每个行人的出行体验和生活幸福获得感。在各类行人步行设施中,行人移动效率易受人群组织管理和设施空间设计和布局的影响。步行作为最基本的出行方式越来越受到广泛的关注和研究。作为典型的交叉学科,行人动力学需要综合交通工程、统计物理、计算机科学、行为科学、安全科学、系统科学、心理学等多个学科领域的知识来开展;其常用的研究手段主要包括:基于行人微观行为特征的仿真研究和基于行人移动特征实验数据的统计分析。行人流在通过空间瓶颈、直通道、L型通道等构成大型步行设施的基本单元时,由于其自身的绕行、跟随、偏移、转弯等基本微观行为,会涌现出瓶颈前人群聚集、行人拉链效应、转弯区域隐形瓶颈等宏观现象。通过对行人流微观行为与宏观特征的研究,挖掘行人流宏观现象特征的生成机理,有助于指导行人步行设施的空间布局设计与人流组织管理,从而提高行人的移动效率,实现行人步行设施利用的最大化。本文以非恐慌非拥挤状态下通过空间瓶颈、直通道、L型通道的行人流为研究对象,基于Voronoi图的空间不规则划分等几何特征,构建行人流微观仿真模型,分析研究行人绕行、跟随、偏移、转弯等基本微观行为,探索基于仿真的瓶颈前“扇形”排队、行人拉链效应、转弯区域隐形瓶颈等宏观现象的生成机理,建立行人个体微观行为特征与群体宏观特征之间的联系。本文主要开展如下研究:（1）基于Voronoi图构建了一种新的启发式行人流微观仿真模型基于Voronoi图构建了一种新的启发式模型,来仿真非恐慌非拥挤状态下的行人流。该模型考虑了行人偏好和意愿需求的启发式规则,嵌入了行人动态空间需求,空间移动、绕行和跟随、微观防死锁、位置微调等机制。动态空间需求,被用于计算有效面积比;行人移动规则,避免了行人重叠和碰撞;偏好和意愿需求描述了行人绕行或跟随其他行人的意愿;在绕行和跟随规则中,提出了“可行区域”与“碰撞区域”的概念,以周围所有邻居的位置优化行人避让和绕行速度的方向和大小,在避免冲突和最小化绕行距离之间取得平衡;微观防死锁,避免了行人间的微观冲突;位置微调机制,避免了行人间的过度接近。该模型对有无障碍物直通道、单口疏散瓶颈等场景下的非拥挤非恐慌的行人动力学进行了仿真研究,仿真再现了行人避让绕行单个或成组障碍物、跟随前方移动等微观行为,以及行人“成行”移动、瓶颈前“扇形”排队、障碍物前后“菱形”区域等宏观现象;在不同整体密度条件下,行人速度-密度关系与经验数据吻合;验证了低密度情况“绕行”有助于提高移动效率、高密度情况下“跟随”有助于保证移动秩序的现象。该模型融合了元胞自动机与社会力模型的优点,克服了元胞自动机模型空间划分固定与社会力模型移动“叠加”与缺乏主动绕行等缺点。（2）挖掘了步行通道内行人流拉链现象的生成机理以步行通道内的单向行人流为研究对象,从行人视野和步行空间的角度挖掘行人拉链现象的生成机理。提出了视野关注与视野遮挡的概念,用于描述行人视野内不同方向的关注度和被遮挡的区域,并分析了行人位置远近对视野遮挡的影响;利用个体局部密度,描述行人步行舒适度。提出了行人在步行过程中寻求视野最佳与步行舒适是产生拉链现象主要因素的假设,并用于指导行人流微观行为的仿真。（3）基于Voronoi图构建了考虑拉链现象生成机理的行人流微观仿真模型考虑中心行人视野内不同距离和方向周围行人对其移动速度的影响,对中心行人的移动速度进行修正,构建了行人速度修正模型,以适用于正常状态下非拥挤条件的行人流仿真,克服了传统社会力模型抖动性和重叠性的问题。基于行人拉链效应的最佳状态,提出了行人移动的偏移机制,以描述行人寻求视野最佳与步行舒适的行为,以获得行人移动的最佳位置;通过偏移意愿度和偏移规则,分别描述行人移动偏移的意愿程度与具体过程。模型仿真研究了不同通道宽度的单向行人动力学,仿真再现了行人移动的拉链现象,以及通道宽度越大拉链层次越多的特征;同时,与不考虑拉链效应相比,愿意偏移行人占比越大,越有助于提高通道内行人的移动速度、舒适度和空间利用率。（4）挖掘了L型步行通道内行人流转弯特征以L型步行通道内的单向行人流为研究对象,构建了转弯区无障碍物、障碍物沿转弯区对角线布局、障碍物垂直转弯区对角线布局等实验场景,通过行人可控实验分析有无空间障碍物条件下正常状态行人流的移动轨迹、速度分布等行为特征。基于行人移动点,可以将L型通道分为垂直直行区域、过渡区域、转弯区域、水平直行区域四个部分。在过渡区内,行人向弯道顶点靠拢;在转弯区内,行人以弯道顶点为中心,以圆弧完成转弯行为,距离转弯中心越外围的行人绕行的弧长距离越大,越内侧的行人绕行的弧长距离越小,行人以较光滑弧线通过弯道,且在转弯区域会形成无人通过的“隐形瓶颈”和“弯道三角形闲置区域”。（5）基于Voronoi图构建了考虑行人转弯行为的行人流微观仿真模型基于L型通道内不同区域行人的移动特点,设计了行人在不同区域的移动规则。基于Voronoi图构建考虑行人转弯行为的速度修正仿真模型,并嵌入行人通过L型通道的转弯规则。通过该模型分别对有、无障碍物及非对称L型通道场景进行了仿真研究,模拟再现了行人的转弯行为,并分析研究了不同阶段行人速度与个体局部密度的分布情况。基于行人的移动行为,L型通道可以分为垂直直行区域、过渡区域、转弯区域、水平直行区域;行人在通过转弯区域时会形成“隐形瓶颈”和“弯道三角形闲置区域”。考虑行人转弯行为的仿真模型,可以模拟再现行人通过弯道区域时呈现光滑弧线的移动轨迹,行人移动的仿真轨迹线与实验轨迹线吻合良好,并能观察到“隐形瓶颈”和“弯道三角形闲置区域”现象;同时,行人依次通过L型通道的四个区域时,其速度分布情况与行人实验数据相吻合,呈现先增后减再增“波浪式”变化的特点。该仿真模型也模拟再现了由于转弯行为导致行人局部密度变化的情况,彼此印证了行人速度与局部密度变化的统一性。对“隐形瓶颈”的认知,有助于合理利用和设计L型通道转弯区域。