Integration und Modellierung von menschlichen Faktoren für ... · Bewertung des „Faktor Mensch“ BDI - Aus der Weltanschauung (Beliefs) werden Wünsche abgeleitet (Desire) aus

Block I

Block II

Ergänzung

Standard

Hervorgehoben

Achtung!

Integration und Modellierung

von menschlichen Faktoren

für die Evakuierung von

U-Bahn-Systemen

Dipl. Inf. Christina Schäfer

(Universität Paderborn)

Dipl. Psych. Laura Künzer

(Friedrich-Schiller-Universität Jena)

Robert Zinke, M.A.

(Friedrich-Schiller-Universität Jena)

Dipl.-Inf. Christina Schäfer 17.09.2013 OrGaMIR PLUS

Block I

Block II

Ergänzung

Standard

Hervorgehoben

Achtung!

Inhalt

Problemstellung

Stand des Projektes OrGaMIR und Grenzen

Modellierung menschlicher Faktoren

Vorbereitung der Modellierung

Bewertung des Faktors Mensch

Modellierung eines Individuums in der ersten Phase der Modellierung

Modellierung eines Gesamtmodells auf den zeitlichen Verlauf und

unterschiedlichen Personen-Cluster

Zusammenfassung

Ausblick

2


Block I

Block II

Ergänzung

Standard

Hervorgehoben

Achtung!

Präventive Maßnahmen zur Evakuierung

Reaktive Maßnahmen zur Evakuierung

Ansatz im Projekt OrGaMIR

Evakuierung = t Detektion + t Alarm + t Reaktion + t „Laufzeit“

Problemstellung

3

Neue Rauchmelder und Sensoren

Neue Alarmierungskonzepte,

Alarmierung über Smartphone,

Lautsprecherdurchsagen

Verwendung von Standards bei der Alarmierung

Planung und Kennzeichnung von Fluchtwegen


Block I

Block II

Ergänzung

Standard

Hervorgehoben

Achtung!

Modellierung der Architektur als Graph

Kante stellt ein gleichbleibendes Architektonisches Element dar (Treppe,

Engstelle, …)

Berechnung des optimalen Fluchtwegs für jeden Knoten

Nutzung des Dijkstra-Algorithmus zur Berechnung eines kürzesten Weges

Kantengewichtung beruht auf:

• Entfluchtungszeit - Berechnungsverfahren nach Predtetschenski und

Milinski

• Gefahrstoffkonzentration

Stand des Projektes OrGaMIR

4


Block I

Block II

Ergänzung

Standard

Hervorgehoben

Achtung!

Problemstellung am Beispiel Brand und

Evakuierung Moskauer U-Bahn

05. Juni 2013: „Linie 1“ der Moskauer U-Bahn

5

Linien der Metro Moskau

Sokolnitscheskaja

Samoskworezkaja

Arbatsko-Pokrowskaja

Filjowskaja

Ringlinie

Kaluschsko-Rischskaja

Tagansko-

Krasnopresnenskaja

Kalininskaja

Serpuchowsko-

Timirjasewskaja

Ljublinsko-Dmitrowskaja

Kachowskaja

Butowskaja

Quelle: dpa

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Moskwa_Metro_Line_1.svg












http://www.tagesschau.de/ausland/moskau-metro100~magnifier_pos-0.html


Block I

Block II

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Standard

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Achtung!

Problemstellung am Beispiel Brand und

Evakuierung Moskauer U-Bahn

6

» Umsteigebahnhof;

4.500 Fahrgäste evakuiert














Block I

Block II

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Achtung!

Menschliche Faktoren müssen in einer Modellierung integriert werden, da

sie die Evakuierungszeit maßgeblich beeinflussen können

Psychologische Faktoren in Evakuierungen

Die Reaktion von Menschen in der Anfangsphase einer Evakuierung setzt

sich folgender Maßen zusammen:

7

In jeder Phase dieser Handlungskette kann es zu Verzögerungen kommen,

Gründe dafür können u.a. sein:

Individuelle Wahrnehmung, z.B. Risikoempfinden

Erfahrung und Wissen; Verstehen, z.B. Erfahrung mit Evakuierungen

Bindung/Affiliation, z.B. mit eigener Familie unterwegs sein

Emotionen, z.B. Angst, Überraschung

Motivation, z.B. „Sehen was da so los ist“ (Neugierde)

Physiologische Faktoren, z.B. Sehbeeinträchtigung, Rollstuhlfahrer

Alarm wahrnehmen

aktuelle Tätigkeit unterbrechen losgehen hinausgehen

[HKZ im Druck]


Block I

Block II

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Achtung!

Integration und Modellierung von

menschlichen Faktoren für die Evakuierung von U-Bahn-Systemen

8

1.

Vorbereitung der Modellierung:

Recherche und experimentelle Überprüfung

2.

Bewertung des „Faktor Mensch“ aus

• Psychologischer Sicht

• Modelltheoretischer Sicht

3.

Modellierung eines „Individuums“ in der ersten Phase einer Evakuierung

4.

Erstellung eines Gesamtmodells in Bezug auf

zeitlichen Verlauf und verschiedene Personen-Cluster

Vorgehen in der Modellierung

menschlicher Faktoren


Block I

Block II

Ergänzung

Standard

Hervorgehoben

Achtung!



9

1.



2.




3.


4.





Block I

Block II

Ergänzung

Standard

Hervorgehoben

Achtung!


10

Literatur-

recherche

Personen-

zählungen und

Feldversuche

Auswahl von

Modellierungs-

konzepten

Erprobung von

Rechenverfahren

und Simulationen


Block I

Block II

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Standard

Hervorgehoben

Achtung!


11

Literatur-

recherche

Personen-

zählungen und

Feldversuche

Auswahl von

Modellierungs-

konzepten

Personenzählungen, z.B.

Personen mit Gepäckstücken

oder Personen in Begleitung

Feldversuche in vier U-Bahn-

Stationen

Auswirkungen von

personenbezogenen

Parametern

Einfluss von

Infrastrukturelementen

Strömungsphänomen

Erprobung von

Rechenverfahren

und Simulationen


Block I

Block II

Ergänzung

Standard

Hervorgehoben

Achtung!


12

Literatur-

recherche

Personen-

zählungen und

Feldversuche

Auswahl von

Modellierungs-

konzepten

Erprobung von

Rechenverfahren

und Simulationen

Kapazitätsanalyse

NFPA 130 - im Kontext der

U-Bahn gebräuchlich und

akzeptiert

Personenstromanalyse

Differenzierung in z.B. Alter

und Geschlecht, aber

keine individuellen

Merkmale

Individualmodelle


Block I

Block II

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Achtung!


Parametrisierungsmöglichkeiten

Reaktionszeit

Variation von Gehgeschwindigkeiten

Entschlossenheit einen Weg zu gehen, Wahrscheinlichkeit zum Trödeln

Geduld zum Warten

Wissen über Ausgänge und auch die Weitergabe dieses Wissens

13

Aber:

Kein umfassendes Modell, das den Menschen in der Evakuierung

vollständig abbildet


Block I

Block II

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Standard

Hervorgehoben

Achtung!



14

1.



2.




3.


4.



Bewertung des „Faktor Mensch“


Block I

Block II

Ergänzung

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Hervorgehoben

Achtung!


15

Menschliche

Faktoren und ihre

Einflussgrößen

Modellierungs-

konzept


Block I

Block II

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Achtung!


16

Menschliche

Faktoren und ihre

Einflussgrößen

Modellierungs-

konzept

Festlegung von 4 wesentlichen

distinkten Merkmalen:

Individuum / Zugehörigkeit

zu einer Gruppe

Ortskenntnis

Emotionale Einschränkung

Physische Einschränkung


Block I

Block II

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Achtung!


17

Integration von verschiedenen

wissenschaftlichen Ansätzen in

das Rechenverfahren nach

Predtetschenski und Milinski

Cultural Affected Behavior

Language (CAB)

Belief-Desire-Intention

Model (BDI)

Menschliche

Faktoren und ihre

Einflussgrößen

Modellierungs-

konzept


Block I

Block II

Ergänzung

Standard

Hervorgehoben

Achtung!


BDI - Aus der Weltanschauung (Beliefs) werden Wünsche abgeleitet

(Desire) aus denen der sinnvollste selektiert und umgesetzt wird

(Intention)

CAB – Beschreibung eines Aufgabenmodells

18

Beliefs

Psychological values (states)

Utility-Value

Effect Degree

Desire

Max. Effect-Value (task with

max. positiv effect)

Intentionsselect plan ( sequence of

actions - tasks)

Subway-Station

Events

Actions

Quelle Verfasser vgl.[SC11]


Block I

Block II

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Achtung!


Belief

States - mögliche (psychologische) Zustände des Menschen

• Z.B. „Mensch hilft anderen Personen“

• Ein State wird gegenüber anderen States durch einen Utility-Wert u(s)

gewichtet

Desire

Tasks – Aufgaben die ein Mensch in der Evakuierung wahrnehmen kann

• Z.B. Abwarten

Effect Degree (t,s) – Auswirkung eines State auf die Auswahl eines Tasks

im Intervall von [-1,1]

Task mit dem maximalen Auswirkungsfaktor a wird im nächsten Zeitschritt

ausgeführt

19


Block I

Block II

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Achtung!

Mensch bleibt mit anderen zusammen

IU: 50

Gerichtet gehen mit dem Personenstrom

Laufen in den sicherenBereich (kürzester Weg)

Mensch nimmt Gefahr ernst

IU:1500,8

0

Mensch nimmt Warnungen und Handlungsanweisungen ernst

IU:100

0,5

0,6

Task State

Intention

Mensch entscheidet sich für den Task mit dem höchsten Auswirkungsfaktor

Bei der Umsetzung wird das Verfahren nach Predtetschenski und Milinski

angewendet


20

Beispiel:

(0,8 * 150 + 0,6 * 100) / (150 + 100) = 0,72


Block I

Block II

Ergänzung

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Hervorgehoben

Achtung!



21

1.



2.




3.


4.





Block I

Block II

Ergänzung

Standard

Hervorgehoben

Achtung!


22

Offene Sammlung

von Tasks

Definition von

allgemeingültigen

States und Tasks

Definition von

individuellen

Unterscheidungs-

merkmalen

Generieren von

Personen-Cluster

Definition von

Gewichtungen


Block I

Block II

Ergänzung

Standard

Hervorgehoben

Achtung!


23

6 States, 8 Tasks,

gebildet aus:

Ergebnissen der

Literaturrecherche

Ergebnissen der Feldversuche

Beurteilung und Auswahl

anhand der Handlungskette

Offene Sammlung

von Tasks

Definition von

allgemeingültigen

States und Tasks

Definition von

individuellen

Unterscheidungs-

merkmalen

Generieren von

Personen-Cluster

Definition von

Gewichtungen


Block I

Block II

Ergänzung

Standard

Hervorgehoben

Achtung!


24

Bildung von Personen-Cluster

mit gleichen Merkmalen

Z.B. Cluster 1 „Pendler“ -

eine Person, Ortkenntnis,

keine emotionale

Einschränkung; keine

physiologische

Einschränkung

Modell für alle Cluster gleich

aber unterschiedliche

Gewichtung

Offene Sammlung

von Tasks

Definition von

allgemeingültigen

States und Tasks

Definition von

individuellen

Unterscheidungs-

merkmalen

Generieren von

Personen-Cluster

Definition von

Gewichtungen


Block I

Block II

Ergänzung

Standard

Hervorgehoben

Achtung!



25

1.



2.




3.


4.



Gesamtmodell und Personencluster


Block I

Block II

Ergänzung

Standard

Hervorgehoben

Achtung!


26

Ableiten von

Kanten-

gewichtungen

Definition von

Ereignissen, die

ein Wechsel der

Cluster bedingen

Verifikation der

Kanten-

gewichtungen

Übertragung auf

alle States und

Cluster

Ableiten des

zeitlichen Verlaufs

für die Gewicht-

ung eines States


Block I

Block II

Ergänzung

Standard

Hervorgehoben

Achtung!


27

Ereignisse können Motivation

und Möglichkeiten des

Fahrgastes ändern

Clusterwechsel

Analyse von Ereignissen, die

eine Änderung für den

entsprechenden Fahrgast

ausmachen

Definition von „messbaren“

Ereignissen

Ableiten von

Kanten-

gewichtungen

Definition von

Ereignissen, die

ein Wechsel der

Cluster bedingen

Verifikation der

Kanten-

gewichtungen

Übertragung auf

alle States und

Cluster

Ableiten des

zeitlichen Verlaufs

für die Gewicht-

ung eines States


Block I

Block II

Ergänzung

Standard

Hervorgehoben

Achtung!


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Block I

Block II

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Standard

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Achtung!

Zusammenfassung

Untersuchungen von menschlichen Einflussfaktoren auf die Entfluchtung

Individuum / Zugehörigkeit zu einer Gruppe

Ortskenntnis

Emotionale Einschränkungen

Physische Einschränkungen

Bildung von Personencluster entsprechend den Einflussfaktoren

Definition von Ereignissen, die einen Wechsel der Zugehörigkeit zu einem

Cluster bedingen

Einbettung der Faktoren in eine Modellierung

BDI / CAB

Auswahl von Tasks und States

29


Block I

Block II

Ergänzung

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Hervorgehoben

Achtung!

Ausblick

Weiterführung des Gesamtmodells

Übertragung auf alle Zeitpunkte der Evakuierung

Gültigkeit der Personen-Cluster überprüfen (kultureller Kontext)

Weitere Analyse von Ereignissen auf:

• Clusterübergänge z.B. Jemanden Verlieren – Personendichte hat sich

erhöht

• Handlungsalternativen z.B. Hilfeleistung – Personendichte beschränkt

Möglichkeiten

Darüber hinaus notwendig:

Validierung an Hand von Versuchen

Gegenüberstellung mit anderen Simulationsergebnissen

Übertragung auf andere kritische Infrastrukturen

30


Block I

Block II

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Standard

Hervorgehoben

Achtung!

Literatur

[FT10] Fujiyama, T. & Tyler, N.: Predicting the walking speed of pedestrians on stairs. In: Transportation

Planning and Technology, 33 (2), 2010, S. 177–202.

[He02] Helbing, D. et al.: Simulation of Pedestrian Crowds in Normal and Evacuation Situations. In:

Schreckenberg, M.; Sharma, S., (eds.): Pedestrian and Evacuation Dynamics: Springer, 2002, S.

21-58.

[Ho09] Hosser, D.: Leitfaden Ingenieurmethoden des Brandschutzes. Technischer Bericht, vfdb, 2009.

[HKZ im Druck] Hofinger, G.; Künzer, L. & Zinke, R.: Nichts wie raus hier?!“. Entscheiden in Räumungs- und

Evakuierungssituationen, In: Strohschneider, S., Heimann, R., (Hg.) Entscheiden in kritischen

Situationen. Umgang mit Unbestimmtheit. Verlag für Polizeiwissenschaft, Frankfurt a.M., im Druck.

[KHZ12] Künzer, L., Hofinger, G. & Zinke, R: Mythen der Entfluchtung. In Vereinigung zur Förderung des

Deutschen Brandschutzes e.V. (Hrsg.). Tagungsband Jahresfachtagung 2012 der vfdb e.V.. Köln:

DFS, 2012, S. 725-735.

[KP im Druck] Koch, R.; Plaß, M.: Gefahrenabwehr in U-Bahnen: Nutzung von Informationen und Methoden der

Prävention zur Optimierung der Selbst- und Fremdrettung. In: S³ - Science in Safety and Security

(1). Im Druck.

[PM71] Predtetschenski, W. M.; Milinski, I. A.: Personenströme in Gebäuden. Verlagsgesellschaft Rudolf

Müller, Berlin, 1971.

31


Block I

Block II

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Achtung!

Literatur

[Sc11] J. Schram: Culturally Affected Behaviour in Belief-Desire-Intention Agents. Tilburg University,

2011.

[Si95] Sime, J. D.: Crowd psychology and engineering. In: Safety Science 21(1), 1995, S. 1-14

[So07] Solomon, S. et. Al.: A Language for Modeling Cultural Norms, Baises and Stereotypes for Human

Behavior Models. University of Southern California, 2007.

[TM07] Tubbs, J. S. & Meacham, B. J.: Egress design solutions. A guide to evacuation and crowd

management planning. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2007.

[UM01] Ungerer, D.; Morgenroth, U. C.: Analyse des menschlichen Fehlverhaltens in Gefahrensituationen.

Empfehlungen für die Ausbildung (Zivilschutz-Forschung: Neue Folge, Bd. 43),

Bundesverwaltungsamt Zentralstelle für Zivilschutz, Bonn, 2001.

[ZHK im Druck] Zinke, R, Hofinger, G. & Künzer, L.: Psychological aspects of human dynamics in underground

evacuation: Field experiments. Proceedings of the 6th International Conference on Pedestrian and

Evacuation Dynamics (PED), Zürich, 6. Juni 2012, im Druck.

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Block I

Block II

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Achtung!

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Kontakt

OrGaMIR PLUS Projektkoordinator Prof. Dr.-Ing. Rainer Koch

Sekretariat: Frau Marion Schinkel

FON: +49 (0) 5251 - 60 22 57

FAX: +49 (0) 5251 - 60 34 82

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Rainer Koch

FON: +49 (0) 5251 - 60 22 58

E-MAIL: [email protected]

Dipl.-Inf. Christina Schäfer

FON: +49 (0) 5251 - 60 22 27

E-MAIL: [email protected]

Aktuelles unter

http://www.orgamir.de

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