Безопасность людей при пожаре / Kholshchevnikov - Naturniye nablyudeniya liudskikh potokov 2009

Глава 2. Методы натурных наблюдений движения людей в потоке

Однако характерной особенностью наблюдений людских потоков является то, что участники потоков загораживают своими телами эту сетку в предметной плоскости. Поэтому сетку приходится «поднимать» на уровень и выше роста человека, создавая параллельно опорной сетке расчетную масштабную сетку. Она может создаваться различными способами: это и точки – «маяки», устанавливаемые на вертикальных штангах в местах пересечения линий периметра опорной сетки, это и временно закрепленные на этом уровне нити (ленты) или планки (например, они хорошо просматриваются на снимках трансформируемого манежа). Затем устанавливают съемочную камеру и производят съемку участка с масштабной сеткой без людей. Получается контрольный кадр с масштабной сеткой. После этого масштабная сетка демонтируется, если она может помешать движению людей.

Съемка движения людского потока производится при неизменном положении фиксирующей камеры в течение всего времени наблюдения. При использовании киноили телекамер фиксация перемещения людей ведется непрерывно, при использовании фотоаппарата – дискретно через равные интервалы времени t, отмеряемые секундомером. При фотографировании величина этого интервала определяется затратами времени, необходимого на смену кадра, и возможностью соблюсти равенство интервалов съемки. Поэтому величина t обычно составляет от

3 до 5 с.

Для передачи изображения, как в кино-, фото-, так и в телевизионной камере используется центральное проецирование. При центральном проецировании изображение предмета на какой-либо поверхности Р осуществляется лучами, сходящимися в одной точке S, называемой центром проекции. В отличие от центрального, при ортогональном (прямоугольном) проецировании все точки предмета проецируются на горизонтальную плоскость отвесными линиями. Именно так строится план исследуемого участка в проектной документации. Рисунок 2.7 дает наглядное представление о различиях этих двух способов построения проекций.

Человеческое зрение является примером центрального проецирования. При рассматривании предмета лучи света, исходящие из его точек, проходят через центр хрусталика и на глазном дне дают обратное изображение предмета, которое физиологически воспринимается человеком как прямое. При фотографировании хрусталику соответствует объектив камеры, а глазному дну – фотографическая плоскость (фотопластинка, плёнка, цифровая матрица). Оптический центр объектива служит центром проекции.

33

Натурные наблюдения людских потоков

d

c a

P

S b

B

A

C

E

B0 D

C0

E0

A0	D0

Рис. 2.7. Центральная (a, b, c, d) и ортогональная (A0, B0, C0, D0) проекции наклонного участка ABCD

Центральному проецированию свойственна перспективность изображения. Это свойство необходимо человеку для его ориентации в пространстве, но вносит значительные трудности сопоставления фототехнически получаемых изображений (снимков) с планом участка, построенного на основе ортогональных проекций. Эти трудности особенно существенны при необходимости установки камеры под углом к предметной плоскости. Например, по снимкам (рис. 2.8), сделанным в последовательные моменты времени перед входами в общественное здание, проблематично с необходимой точностью «на глаз» определить произошедшие перемещения людей.

В натурных наблюдениях такая необходимость установки камеры под углом существует практически всегда, поскольку небольшая возможная высота размещения камеры в помещениях зданий и сооружений и её установка под прямым углом не позволяют охватить значительную длину участков движения людских потоков. Расположение же оптической оси камеры под острым углом к предметной плоскости приводит к изменениям масштаба снимка, к смещениям точек на нем, к искажениям направлений и площадей. Это становится очевидным при построении опорной и расчетной сеток (рис. 2.9), соответствующих тому же участку пути перед входами в общественное здание.

34

Глава 2. Методы натурных наблюдений движения людей в потоке

Рис. 2.8. Фотоснимки перемещения людей перед входом в последовательные моменты времени

35

Натурные наблюдения людских потоков

1

2

Рис. 2.9. Пример построения сеток: 1 – опорной; 2 – расчётной

Поэтому, когда «допускается установка фотоили киноаппарата с вертикальной оптической осью не только над центром участка, но и под углом, т. е. с наклонной оптической осью (желательно в пределах от 60 до 120°)» [13, с. 51], следует весьма ответственно контролировать вызванные этим изменения геометрии изображений. В этих случаях при высоте съемки 4–6 м погрешности в определении параметров людских потоков могут составлять от 15 до 30 % [20].

Величина изменений геометрии изображений при съемке под углом может быть вычислена по формулам геометрических преобразований. Но многочисленность и сложность необходимых вычислений заставляют практиков искать другие способы учета происходящих трансформаций изображений. Таким способом является трансформирование. Трансформированием называется преобразование центральной проекции, полученной при наклонном положении главного луча съемки, в центральную проекцию, соответствующую его отвесному положению при установке съемочной камеры под углом 90°. В аэрофотогеодезии, где эта операция широко применяется, известны способы фотомеханического, оптико-графического и графического трансформирования.

36

Глава 2. Методы натурных наблюдений движения людей в потоке

Фотомеханическое трансформирование осуществляется на специальных оптико-механических приборах. Оно распространено при массовом производстве картографической продукции. При меньших объемах производства и ограниченных площадях съемки используется оптикографическое трансформирование. Оно выполняется при помощи специальных проекторов, перемещаемых не только в вертикальном направлении, но и на нужные углы в двух взаимно перпендикулярных направлениях. При помощи таких перемещений оптическое изображение ориентирующих точек и центральной точки на снимке, заложенном в проектор, совмещается с их положением на основе вычерчиваемого плана или экранпланшета, где они заранее нанесены. При наличии таких мультипроекторов оптико-графическое трансформирование может применяться и для обработки снятых под большим углом снимков людских потоков, однако неизвестен ни один такой случай.

В исследованиях людских потоков сравнительно поздно [20] был освоен способ графического трансформирования, использующий построение так называемых взаимно проективных сеток. Это такие сетки, линии которых проходят через соответственные точки на снимке и на плане. Затем по сеткам переносят ситуацию со снимка на план.

Применение графического трансформирования, позволило З. С.-А. Айбуеву [21] впервые зафиксировать при помощи киносъемки изменения параметров людских потоков на протяженных (в сотни метров) маршрутах их движения на предзаводских территориях. Впервые обширные видеонаблюдения в сложных условиях их организации на станциях и в пересадочных узлах метрополитена были осуществлены И. И. Исаевич [22]. Наблюдения проводились в распределительном зале станций (885 наблюдений), на участках пути перед (2871) и после (999) эскалатора, на платформах станций (505), в кассовых и распределительных залах (301) и перед автоматическими контрольными пунктами (396).

Идея графического трансформирования аналогична копированию рисунка по клеткам. При копировании на рисунок оригинала накладывается сетка с определенным размером клеток, а на основе будущей копии вычерчивается проективная сетка с таким же количеством более мелких или более крупных клеток (в зависимости от необходимой величины копии). Затем в каждую клетку сетки копии «вписывают» линии, подобные линиям рисунка оригинала, ориентируясь на их расположение относительно сторон соответствующих клеток оригинала.

При обработке натурных наблюдений людских потоков главным является построение на снимке перспективной расчетной сетки, соответствующей прямоугольной сетке предметной плоскости пола с тем, чтобы

37

Натурные наблюдения людских потоков

идентифицировать действительное положение людей на плане участка пути их движения. Причем точки перспективного схождения линий расчетной сетки практически всегда находятся вне границ поля снимка. Поэтому поступают следующим образом. Пусть на планшет спроецированы ориентирующие точки A, B, C, D (рис. 2.10), соответствующие верхним точкам маяков, установленных на исследуемом участке. Соединенные в четырехугольник, они будут представлять перспективу прямоугольной сетки, расположенной над участком.

	O2
A	A1
	B
	O1
	O
D	C
	B1

Рис. 2.10. Пример построения масштабной сетки

В пересечении диагоналей этого четырехугольника получим точку О, через которую необходимо провести прямые, перспективно параллельные его сторонам. Эти линии являются средними линиями прямоугольника. Для этого через точку В проводят прямую параллельную АD до пересечения со стороной DC в точке В1. Через точки В и В1 проводят прямые линии соответственно параллельные АО и DO до их взаимного пересечения в точке О1. Средняя линия прямоугольника проходит через точки ОО1. Вторая средняя линия строится аналогично: АА1 // DC, АО2 // DO, A1O2 // CO. Исходный прямоугольник разделен на четыре равных прямоугольника, которые, в свою очередь, могут быть разделены, используя точки пересечения их диагоналей, ещё на четыре прямоугольника. Построить расчетную сетку за пределами исходного прямоугольника можно, пользуясь продолжением диагоналей и сторон полученных прямоугольников, как это показано на рис. 2.10. Благодаря этому, исходный прямоугольник может быть выбран в любом месте наблюдаемого участка. Если его стороны равны числам из ряда 2n (n – целое число), можно довести деление исходного прямоугольника на квадраты со стороной равной 1 м.

38

Глава 2. Методы натурных наблюдений движения людей в потоке

Имея на планшете или экране построенную с учетом перспективных сокращений расчетную сетку, на неё проецируют первый кадр. На нём отмечают положение людей в этот момент t точками, соответствующими центрам горизонтальных проекций их фигур. Подсчитывают общее количество людей Ntn, попавших в каждую клетку n расчетной сетки. Определяют возрастной состав (естественно, приблизительно), пол, вид одежды и груза у людей. Поскольку площадь ячеек Fn расчетной сетки одинакова, то нетрудно подсчитать по формуле (2.1) общую плотность на участке в этот момент или в каждой отдельной клетке по формуле

Dt	= N t	/ F , чел./м2.	(2.4)
n	n	n

Выбирается человек, за движением которого будет вестись наблюдение. Включается запись и одновременно включается секундомер. Через заданный интервал времени t изображение останавливают или кинопленку перематывают до следующего отмеченного заранее кадра, соответствующего интервалу t. На проекции нового кадра отмечают изменившееся положение наблюдаемого человека, измеряют расстояние l перемещения этого человека за интервал времени t. Подсчитывают количество людей в ячейке расчетной сетки, в которой находится наблюдаемый человек в момент t + t. Оно равно Nnt+ t. Поскольку площадь всех ячеек расчетной сетки одинакова – Fn, то значение плотности потока Di, при которой происходит движе-

ние наблюдаемого (i-го) человека, может быть определена по формуле
Di =(Nnt +Nnt+Δt )/ 2Fn , чел./м2.	(2.5)

Скорость перемещения наблюдаемого человека по траектории его движения за этот интервал времени может быть подсчитана по формуле

Vi = 60 l / t, м/мин. (2.6)

Затем производится следующая смена кадра, и все операции повторяются. Так продолжают до выхода наблюдаемого человека из зоны наблюдения или до прохождения им намеченного исследователем сечения пути. Таким же образом прослеживаются передвижения последующих выбранных для наблюдения людей.

Следует заметить, что найденная по формуле (2.6) величина является именно скоростью перемещения человека вдоль траектории, а не скоростью его движения в потоке, поскольку траектория перемещения не всегда совпадает с направлением движения людей в потоке и потока в целом. Это становится очевидным при анализе кинограмм движения людей, которые графически фиксируют все их перемещения в последовательные интервалы времени. Для построения кинограммы необходимо получить данные о перемещении наблюдаемых людей в последовательные моменты времени и нанести их на планшет, на котором изображен снимаемый участок движения людского потока. Пример построения кинограммы приведен на рис. 2.11.

39

Натурные наблюдения людских потоков

1000

1000

1000

3

2

1000
1		l	li
i				4
l	l
li
1000				li

Ln

Рис. 2.11. Фрагмент кинограммы движения наблюдаемых людей в потоке при высокой плотности: ●– положениечеловекачерезинтервалвремени t; 1–4 – наблюдаемыелюди

На приведенной кинограмме представлены перемещения четверых участников потока, двигавшегося с высокой плотностью по участку пути к границе участка меньшей ширины. Точками показаны положения наблюдаемых (не всех) людей в отдельные моменты времени с интервалом t = 0,3 с (каждый восьмой кадр кинопленки при частоте съемки 24 кадра в секунду). Высокая плотность потока вызывала силовые воздействия людей друг на друга. Эти силовые воздействия вызывали перемещения людей, несовпадающие с выбранными ими направлениями движения. Так, из кинограммы видно, что траектории перемещений всех четверых наблюдаемых участников потока не совпадают с направлениями (вдоль li) по прямым, соединяющим точки их первоначального и конечного расположения. Для троих (1, 3, 4) из них индивидуальные направления движений не совпадают и с общим направлением движения людского потока, который за это время (ΣΔt) проходит вдоль участка пути расстояние Ln.

При более свободном движении людей в потоке (при его меньших плотностях, когда отсутствуют силовые воздействия людей друг на друга) траектория перемещения каждого из них, конечно, в большей степени совпадает с выбранным направлением движения. Но и в этом случае они могут не совпадать полностью, поскольку, например, часть более энергичных

40

Глава 2. Методы натурных наблюдений движения людей в потоке

людей будет обгонять медленно идущих перед ними людей или пересекать направления движения других людей, как это показано [23] на кинограмме, приведённой на рис. 2.12.

3					3
2					2
1	2	3	4	5	1
1					6
5					5
4					4

Рис. 2.12. Кинограмма движения людских потоков на одной из линий ГУМа:

– направления движения в зонах прохода

Несовпадение индивидуальных направлений движения с направлением потока характерно и для других случаев достаточно свободного движения людей в потоке. Например, люди, вышедшие из дверей зрительного зала, направляются по вестибюлю большой (неограниченной для потока) ширины к выходам из здания. Из-за неограниченной ширины участка пути люди имеют возможность идти свободно с желаемой для каждого из них скоростью. Однако поскольку каждый из них выбирает кратчайший маршрут между двумя выходами, то на этом направлении образуется поток, плотность которого ограничивает свободу их движения. Поэтому часть людей, чтобы иметь большую свободу и двигаться с более высокой скоростью, выходит по бокам потока и двигается к выходам из вестибюля. Пример такого движения показан на рис. 2.13 [24]. Подобные передвижения можно наблюдать и перед входом на эскалатор на станциях метрополитена. И в том и в другом случае направления движения обгоняющих людей отклоняются от прямолинейного направления основной части потока.

41

Натурные наблюдения людских потоков

B = 6,0 м

l = 20,0 м

1,0

Рис. 2.13. Схема кинограммы людского потока численностью 126 человек на участке «неограниченной ширины»

Таким образом, в большинстве случаев при анализе кинограмм оказывается возможным подсчитать тремя способами скорость людей в интервале времени наблюдения их движения:

– скорость перемещений человека за n интервалов времени t, с, его наблюдения

Vпер = ∑n	l · 60 / ∑n	t , м/мин;	(2.7)
1	1

– скорость человека по оси его движения от начальной до конечной точки (длина его индивидуального пути li) за n интервалов времени

Vi = li · 60 / ∑n

t , м/мин;

(2.8)

1

– скорость движения человека вдоль оси движения потока Ln

Vп = Ln · 60 / ∑n

t , м/мин.

(2.9)

1

Соответствующие значения этих скоростей для четверых участников потока, чьи траектории перемещений изображены на кинограмме (рис. 2.11.), представлены в табл. 2.1.

42