随着城镇化发展,城市内群体集会活动不断增加,大型公共场所内人员密集,人群结构组成复杂,在突发事件下易引发严重的拥挤踩踏事故,行人的安全疏散问题引起人们广泛关注。通过对疏散过程的行人行为特性研究,制定科学的应急疏散预案,对密集人群进行有效控制和疏导,是预防事故发生、保障行人安全的关键。本文基于行人微观仿真理论,采用仿真建模和优化建模方法对不同疏散场景的行人行为特征、疏散预案和疏散诱导进行建模分析,主要研究工作如下：(1)细化分析了通道内相向行人走行特性,建立了改进的随机偏走格子气模型,用于简单通道场景中相向行人流分层特性仿真研究。模型中引入行人视野范围参量},考虑了行人对前方视野范围内开阔区域的移动偏好特性。通过数值模拟,模型再现了相向行人流在不同密度下出现的自由流演化、分层演化、堵塞演化等3种演化过程,揭示了行人密度与相向行人流分层现象的形成具有随机性的特点,统计了分层现象形成概率的变化趋势。同时分析了分层现象形成概率与通道几何尺寸、移动强度、右行人流比例和视野范围等参数的关系。分析结果表明,改进的随机偏走格子气模型不仅能够再现实际低密度下相向行人流不会出现分层现象的特性,还可能够反映高密度下相向行人流拥堵的演化过程。根据分层形成的概率,可将相向行人流的密度分为低、中、高以及低临界、高临界等5个密度区间,不同区间的行人流演化过程各有差异。其中临界密度区域的相向行人流处于亚稳态,容易受到干扰而发生相变。模型更符合实际地刻画了相向行人流的动态演化过程,对提高通道内相向行人流的走行效率提供了一种新的思路和方法。(2)基于离散势场原理提出了计算社会力模型中行人速度期望方向的方法,用于复杂室内场景的行人疏散仿真研究。模型提出了一个新的离散势场生成算法,给出沿势场梯度下降方向的期望速度方向计算公式。通过分析速度期望方向夹角余弦值,比较了改进社会力模型和原社会力模型在速度期望方向方面的差异,确定了改进模型在通道场景和室内疏散场景中的可适用条件和参数取值范围。通过仿真时间的对比分析,验证了改进模型在提高复杂场景内行人疏散仿真的有效性。最后,以某超市为实例对象,应用改进的社会力模型分析超市在突发事件下的行人疏散过程。结果显示,超市存在一个避免疏散拥挤的最大安全容量,当疏散人数超过此最佳容量后,疏散时间会快速线性增加,拥挤踩踏风险也会加剧。若让行人根据就近原则自行疏散时,只需训练超市内70%的行人熟知所有出口布局即可接近最好效果。研究表明,耦合了离散势场的社会力模型能够提高其在复杂疏散场景内应用的鲁棒性,为社会力模型的改进开拓了新思路。(3)针对简单室内多出口疏散场景中行人自行疏散导致的出口利用不均衡问题,采用离散化点排队模型计算了行人从单个拥挤出口疏散所需时间,并据此构建了简单室内多出口场景中行人的疏散出口分派优化模型,设计了对应的混合遗传模拟退火求解算法。同时,进一步提出了出口选择确定的元胞自动机仿真模型,用于评估和验证包括本模型优化解在内的多个出口选择方案对疏散时间的改善效果。算例分析表明,优化模型能够克服行人在室内分布的不均衡性,行人的出口分派疏散预案能够保证各个出口利用率均衡,对减少疏散总体时间、提高疏散效率具可行性。当疏散人数越多时,本模型提高疏散效率的特点越明显。(4)针对复杂室内多出口疏散场景中的疏散标志在动态诱导方面的不足,建立用于复杂疏散场景内动态疏散标志诱导的双层规划模型。其中上层模型是一个以疏散标志指引方向为求解变量,以疏散网络系统总阻抗最小为目标的优化模型,用于生成动态疏散诱导方案；下层模型是一个以行人路径选择方案为求解变量的瞬时动态用户最优模型,模型考虑了路段和出口处的拥挤排队时间阻抗,能够根据疏散路径的拥挤排队效应对行人的路径进行均衡分配,达到各疏散路径和出口流量均衡的目的。最后结合双层优化模型和社会力仿真模型,建立整合了宏观行人路径诱导规划和微观行人移动的仿真模型框架,用于研究考虑动态疏散诱导的行人疏散行为特性。研究发现,根据疏散标志指向状态对行人流分布的敏感性,可将动态疏散标志分为关键路段疏散标志和非关键路段疏散标志。关键路段疏散标志的动态疏散诱导在降低疏散时间方面的作用更加突出。考虑动态疏散标志诱导的双层规划模型,通过延长部分行人的疏散时间为代价,能够平衡疏散路径和出口疏散人数,并减少群体疏散时间。而在有限次数的动态疏散指引下,疏散中后期阶段的动态疏散标志诱导作用效果要优于疏散前期阶段。