黑箱理論在人員統(tǒng)計中的應用

謝雪剛

(山東省菏澤市公安消防支隊定陶大隊, 山東荷澤 274000)

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黑箱理論在人員統(tǒng)計中的應用

謝雪剛

(山東省菏澤市公安消防支隊定陶大隊, 山東荷澤 274000)

文章針對商場這一公共聚集場所，采用人員監(jiān)測統(tǒng)計軟件方式，獲取商場不同時間段的人流量，并通過黑箱理論，計算出不同時間段商場內(nèi)人員滯留量。研究結果表明：不同時間段，商場人流量變化較大。統(tǒng)計時間為平安夜但非休息時間，商場內(nèi)人流高峰主要集中在晚上18:00之后，人員在19:00-20:00時間段時，商場內(nèi)總滯留量人數(shù)達到一天內(nèi)峰值。

公共聚集場所； 人員監(jiān)測； 統(tǒng)計分析

2013年1月27日，位于巴西圣瑪麗亞市中心一家名為“吻”的夜總會發(fā)生嚴重火災，死亡人數(shù)為233人，傷100多人，成為巴西近50年來火災事故中死亡人數(shù)最多的一次。死者多是因為大火產(chǎn)生的濃煙而窒息死亡，部分死者是在火災逃生過程中被人群踩踏而死。踩踏事故是大型活動及公共場所的多發(fā)性事故，是各場所預防的重點。隨著經(jīng)濟、城市建設事業(yè)的飛速發(fā)展，大型商場、影劇院、體育賽場等公共場所，規(guī)模不斷擴大，國際化程度不斷提高，然而，人群的大密度出現(xiàn)，也提高了人員傷亡事故發(fā)生的可能性，人員容易在走道和出口處發(fā)生擁擠現(xiàn)象，造成群死群傷事故的發(fā)生。

澳大利亞R.S.C.Lee和R.L.Hughes首次明確提出對人員擁擠踩踏事故的研究。研究中主用利用一些公開的事故數(shù)據(jù)信息，引入連續(xù)行人流模型，通過事例對人員擁擠和踩踏事故進行定量分析，并預測人員疏散行為規(guī)律。文中指出，人員擁擠踩踏事故死亡原因分為兩種，一種是由于人群過度擁擠，造成踩踏事故，個體由踩踏致死，另一種是由于人群過度擁擠，個體由擁擠致死。同時指出，在移動的人群中，踩踏往往發(fā)生在人群擁擠之前等觀點[1-3]。德國D.Helbing[4]等人分析了人員恐慌心理—人群擁擠踩踏的主要原因，提出可用于人員疏散的社會力模型，并依據(jù)社會力模型，對恐慌狀態(tài)下的自組織疏散現(xiàn)象進行模擬分析。研究中，通過不同場景設定，模擬人員運動特征，得出疏散時，恐慌引起的人群驚跑是人員密集場所最危險的存在形式，恐慌引起的人員驚跑使個體之間不斷碰撞、摩擦，產(chǎn)生擁擠，引起踩踏事故，造成人員重大傷亡。其研究成果對人員擁擠踩踏事故理論提供了研究思路。

1 黑箱理論

黑箱理論(Black Box Theory)是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)和能量的輸入和輸出來判定研究對象在系統(tǒng)中所處的平衡狀態(tài)的理論。“黑箱”是指那些無法打開卻又不能從外部直接觀察其內(nèi)部結構的復雜系統(tǒng)。生活中，存在著很多不能通過直接觀察進行研究的“黑箱”問題。為了研究黑箱系統(tǒng)的內(nèi)部結構及其參數(shù)，可以通過流入系統(tǒng)及流出系統(tǒng)的參數(shù)來推測研究其內(nèi)部結構參數(shù)。黑箱理論給人們提供了認識事物的一種新方法，尤其是對那些內(nèi)部結構比較復雜的系統(tǒng)以及至今為止人類仍然很難分解的系統(tǒng)，黑箱理論的應用給人們解決了很多認識事物的難題。

黑箱理論認為自然界中的事物不是孤立存在的，而是各事物之間彼此相互聯(lián)系、相互作用的。根據(jù)黑箱理論，即使人們看不到“黑箱”的內(nèi)部結構及其相關參數(shù)，但仍然可以根據(jù)“黑箱”系統(tǒng)的輸入和輸出參數(shù)的變化，研究其內(nèi)部結構及其相關參數(shù)。

2 黑箱理論在人員統(tǒng)計中的應用

在不進入商場內(nèi)部的情況下，如何判斷商場內(nèi)人員數(shù)量的動態(tài)變化值是一個典型的黑箱問題。在此問題中，商場內(nèi)進入人數(shù)為輸入值，出去人數(shù)為輸出值，商場內(nèi)每個時間段的的滯留人數(shù)屬于“黑箱”，即需要研究的問題。因此，統(tǒng)計商場內(nèi)每個時間段的進入人數(shù)和出去人數(shù)，即統(tǒng)計黑箱的輸入和輸出值，然后再根據(jù)黑箱理論去計算每個時間段商場滯留人員數(shù)量。

商場內(nèi)單個時間段內(nèi)人員的滯留量等于本時間段內(nèi)人員的滯留量加上上一階段內(nèi)的人員總滯留量。在不考慮商場初始狀態(tài)下人員數(shù)量條件下，建立數(shù)學計算方式如下：設第i個時間段內(nèi)人員輸入值為ai，第個時間段內(nèi)人員輸出值為bi，則第i個時間段內(nèi)人員滯留量為ai-bi，第i個時間段內(nèi)商場內(nèi)人員滯留量為第i個時間段內(nèi)人員的滯留量與上一階段人員滯留總量之和，用Ri表示，若采樣時間次數(shù)為m，則第i個時間段內(nèi)人員滯留計算公式為：

式中：Ri為商場內(nèi)人員的滯留量(人)；aj為第j個時間段內(nèi)人員數(shù)量的輸入值(人)；bj為第j個時間段內(nèi)人員數(shù)量的輸出值(人)；m為采樣的時間段數(shù)(次數(shù))。

圖1為不同時間段商場人流量統(tǒng)計。由于當天人是工作日，白天大家普遍上班，因此，從圖中可以看出，上午9:00開始，進客流人數(shù)、出客流人數(shù)和累計滯留人數(shù)隨時間的變化，緩慢增加，但增加幅度很小，滯留人員相對出客流量變化變化較大。中午14:00時間段，商場內(nèi)，進客流量、出客流量及累計滯留客流量三個值差距較小，基本處于等值狀態(tài)。17:00以后，進客流量及累計客流量與出客流量差距又開始拉開，至18:00后，進客流量及累計滯留量迅速上升，出客流量沒有太大變化。19:00～20:00時間段，進客流量及累計客流量達到峰值，達到13 000左右人數(shù)，此時商場內(nèi)人員總量為一天內(nèi)最大值，也是商場內(nèi)人員最擁擠的時間段。雖然出客流量在急劇增加，但商場內(nèi)總累計客流量仍為最大值。20:00-21:00時間段，出客流量到達峰值，此時間段，商場內(nèi)人員陸續(xù)返家，進客流量及累計滯留客流量也急劇減小。

圖1 商場人流量統(tǒng)計

3 結論

利用黑箱理論，研究商場人員規(guī)律可知，人流分布呈現(xiàn)穩(wěn)定期、增長期及衰減期三個階段，進客流量和累計滯留客流量峰值出現(xiàn)在晚上19:00-20:00時間段，出客流量出現(xiàn)在晚上20:00-21:00時間段。商場內(nèi)人流量變化受地區(qū)、人們經(jīng)濟條件、工作時間及消費理念等方式的影響。因此，可以應用此統(tǒng)計的方法，對不同地區(qū)的不同類型的大型商場人流量進行調(diào)查研究，獲取基礎數(shù)據(jù)，為消費設計人員提供更合理的設計參考依據(jù)。

[1] RisS. C. Lee, Roger L. Hughes. Minimisation of the risk of trampling in a crowd, Mathematics and Computers in Simulation, 2007, 74: 29-37.

[2] R. L. Hughes. The flow of large crowds of pedestrians. Mathematics and Computers in Simulation, 2000, 53: 367-370.

[3] Roger L. Hughes. A continuum theory for the flow of pedestrians, Transportation Research Part B. 2002, 36: 507-535.

[4] Dirk Helbing. A Mathematical Model for the Behavior of Individuals in a Social Field, Behavior science 1998, 19: 189-219.

謝雪剛，男，大學本科，助理工程師。

X913.4

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[定稿日期]2017-04-14