science >> Wetenschap >  >> Fysica

Voetgangers behouden een comfortzone van 75 cm om aanrijdingen te voorkomen

Krediet:CC0 Publiek Domein

Voetgangers vermijden voortdurend botsingen met tegemoetkomende mensen. Meters van tevoren veranderen ze onbewust hun looppad om elkaar te passeren. Natuurkundigen van de Technische Universiteit Eindhoven analyseerden in samenwerking met Amerikaanse en Italiaanse onderzoekers 5 miljoen voetgangersbewegingen op het treinstation van Eindhoven. Ze ontdekten dat mensen gemiddeld minimaal 75 cm afstand willen houden. Professor Federico Toschi en postdoc Alessandro Corbetta publiceren deze resultaten vandaag in het tijdschrift Fysieke beoordeling E .

Van alle verzamelde gegevens, ongeveer 9, 000 voetgangerparen bleken op koers naar elkaar toe, met kans op een aanrijding. Corbetta:"Zo'n 40 paar hiervan botsten daadwerkelijk tegen elkaar. De overige paren pasten hun looppaden aan tot ze minimaal 140 cm van elkaar verwijderd waren en konden zo een aanrijding voorkomen."

Met behulp van deze 'big data', ' ontwikkelden de onderzoekers een model dat statistisch zeer nauwkeurig voetgangersbewegingen kan voorspellen. Zo weet men vooraf hoeveel voetgangers, bijvoorbeeld, van een groep van 1000 mensen, zal rennen, wandelen, slimmigheidje, draaien of botsen in een bepaald gebied zoals een gang of tunnel.

Twee sociale krachten voorkomen botsingen

Corbetta:"Om ons model te bouwen, we vonden twee 'sociale interactiekrachten' die een rol spelen:een kracht op lange afstand gebaseerd op visie en een kracht op korte afstand om harde contacten te voorkomen. Als gevolg van deze krachten, mensen passen hun huidige paden aan om botsingen te voorkomen."

Met dit onderzoek, Toschi en Corbetta proberen de toepassingsgebieden van de vloeistofdynamica nog verder te ontwikkelen. Vloeistofdynamica omvat niet alleen de beweging van gasdeeltjes in een ruimte, water in de zee, of korrels in een zandloper:ze omvatten ook de dynamiek van actief stromende materie, zoals zwermen vogels, vissen in een ondiepte of voetgangers in een menigte. Fysica en vloeistofdynamica kunnen ons helpen de stroom van deze minder traditionele systemen te begrijpen en, tegelijkertijd, de studie van actief stromende materie brengt nieuwe uitdagingen met zich mee die een nieuw licht kunnen werpen op gevestigde benaderingen.

Het onderzoek in deze studie bouwt voort op hun eerder ontwikkelde model van een paar mensen die door een gang lopen.

Toschi:“In 2014 hebben we een gang naar de kantine van gebouw Metaforum op de TU/e-campus ongeveer 12 maanden gemonitord. De twee maatschappelijke krachten die we zien in het huidige onderzoek op station Eindhoven zijn met succes in het eerdere model verwerkt. Op deze manier, we breiden langzaam het eenvoudigste model uit om voetgangersbewegingen te voorspellen."

Beide studies tonen aan dat statistisch gezien, er lijken robuuste universele kenmerken van crowdflow te bestaan, onafhankelijk van de specifieke setting. "We zagen in onze gegevens dat ongeveer één op de 1000 mensen zou stoppen en hun traject zou omkeren, om de tunnel of gang te verlaten aan dezelfde kant als waar ze binnenkwamen. Ook al liepen ze alleen en ongeacht de motivatie. Dit hebben we zowel op het treinstation als op de campus gemeten. Het uitvoeren van real-life experimenten is daarom van cruciaal belang om ons begrip te vergroten. Je zou deze kenmerken nooit hebben gemeten in een laboratoriumexperiment waar deelnemers worden geïnstrueerd om acties uit te voeren, ' legt Toschi uit.

Dezelfde sensoren als de balk van de gameconsole

Voor hun onderzoek hebben Toschi en Corbetta installeerden 4 bovengrondse sensoren aan de voorzijde van de onderdoorgang van station Eindhoven. Zes maanden lang (tussen september 2014 en april 2015) observeerden ze alle voetgangers binnen een zone van 3m x 9m. De sensoren gebruiken een infrarood laserlicht om een ​​zwart-wit "dieptebeeld" van de scène te construeren. In een dieptebeeld, voetgangers hoofden, die zich het dichtst bij de sensor bevinden, resulteren in een donkergrijze vlek, terwijl schouders, die iets verder weg zijn, verschijnen in lichtere schaduw. Hierdoor konden de onderzoekers, dankzij in eigen huis ontwikkelde algoritmen, om alle individuele voetgangers en hun snelheid te lokaliseren en te volgen.

Corbetta:"Onze sensoren werken op dezelfde manier als gameconsoles die beweging registreren met een balk boven je tv. Deze sensoren hebben sterke voordelen:ze werken ook goed in het donker, en ze brengen de privacy niet in gevaar. De verkregen gegevens hebben alleen betrekking op dieptewaarden die in grijstinten worden weergegeven."

Voetgangers onbewust sturen

Voor Toschi en Corbetta is deze onderzoeksactiviteit nog lang niet afgerond. "Ik probeer altijd een stap verder te gaan in de complexiteit van voetgangersbewegingen. Ik droom ervan om uiteindelijk de dynamiek van een hele dichte menigte te begrijpen, " zegt Toschi, "We zijn nu bezig om de resultaten van ons experiment op Glow 2017 te evalueren, genaamd 'Bewegende lichten'. Daar, samen met het Intelligent Lighting Institute (ILI) en Philips Lighting, we hebben gekeken of we mensen door middel van licht konden sturen. We laten voetgangers kiezen om onze tentoonstelling via de linker- of rechteruitgang te verlaten. Door gebruik te maken van licht met verschillende intensiteitsniveaus, we waren gericht op het wijzigen van routeringsbeslissingen ten gunste van een van de twee uitgangen. De eerste resultaten geven nu aan dat het inderdaad mogelijk lijkt om mensen te sturen.

Ook zetten we een experiment op in museum Naturalis in Leiden, waar we onderzoek doen naar het gedrag van schoolkinderen die allemaal door één toegangspoort moeten lopen. We streven ernaar om beide resultaten binnenkort te publiceren."