Integration und Modellierung von menschlichen Faktoren für ... · Bewertung des „Faktor...
Transcript of Integration und Modellierung von menschlichen Faktoren für ... · Bewertung des „Faktor...
Block I
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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
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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
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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
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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
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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
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Problemstellung am Beispiel Brand und
Evakuierung Moskauer U-Bahn
6
» Umsteigebahnhof;
4.500 Fahrgäste evakuiert
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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]
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Integration und Modellierung von
menschlichen Faktoren für die Evakuierung von U-Bahn-Systemen
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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
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Block I
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Integration und Modellierung von
menschlichen Faktoren für die Evakuierung von U-Bahn-Systemen
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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
Vorbereitung der Modellierung
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Block I
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Achtung!
Vorbereitung der Modellierung
10
Literatur-
recherche
Personen-
zählungen und
Feldversuche
Auswahl von
Modellierungs-
konzepten
Erprobung von
Rechenverfahren
und Simulationen
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Vorbereitung der Modellierung
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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
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Vorbereitung der Modellierung
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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
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Vorbereitung der Modellierung
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
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Integration und Modellierung von
menschlichen Faktoren für die Evakuierung von U-Bahn-Systemen
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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
Bewertung des „Faktor Mensch“
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Bewertung des „Faktor Mensch“
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Menschliche
Faktoren und ihre
Einflussgrößen
Modellierungs-
konzept
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Bewertung des „Faktor Mensch“
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Menschliche
Faktoren und ihre
Einflussgrößen
Modellierungs-
konzept
Festlegung von 4 wesentlichen
distinkten Merkmalen:
Individuum / Zugehörigkeit
zu einer Gruppe
Ortskenntnis
Emotionale Einschränkung
Physische Einschränkung
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Bewertung des „Faktor Mensch“
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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
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Bewertung des „Faktor Mensch“
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]
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Bewertung des „Faktor Mensch“
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
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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
Bewertung des „Faktor Mensch“
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Beispiel:
(0,8 * 150 + 0,6 * 100) / (150 + 100) = 0,72
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Integration und Modellierung von
menschlichen Faktoren für die Evakuierung von U-Bahn-Systemen
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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
Modellierung menschlicher Faktoren
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Modellierung menschlicher Faktoren
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Offene Sammlung
von Tasks
Definition von
allgemeingültigen
States und Tasks
Definition von
individuellen
Unterscheidungs-
merkmalen
Generieren von
Personen-Cluster
Definition von
Gewichtungen
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Modellierung menschlicher Faktoren
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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
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Modellierung menschlicher Faktoren
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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
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Integration und Modellierung von
menschlichen Faktoren für die Evakuierung von U-Bahn-Systemen
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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
Gesamtmodell und Personencluster
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Block I
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Achtung!
Gesamtmodell und Personencluster
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
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Gesamtmodell und Personencluster
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
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Gesamtmodell und Personencluster
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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
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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
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Literatur
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31
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Block I
Block II
Ergänzung
Standard
Hervorgehoben
Achtung!
Literatur
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2011.
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[UM01] Ungerer, D.; Morgenroth, U. C.: Analyse des menschlichen Fehlverhaltens in Gefahrensituationen.
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Bundesverwaltungsamt Zentralstelle für Zivilschutz, Bonn, 2001.
[ZHK im Druck] Zinke, R, Hofinger, G. & Künzer, L.: Psychological aspects of human dynamics in underground
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Evacuation Dynamics (PED), Zürich, 6. Juni 2012, im Druck.
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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