探究恐慌群体行为 解析科学疏导策略

中国科学技术大学汪秉宏教授

恐慌被认为是在生存资源缺乏时所激发的一种特殊的群体行为。面对突发事件，如何紧急应对成为人类社会的重大安全问题。为此，国家启动“非常规突发事件应急管理”重点项目，该项目主要研究突发事件下恐慌人群行为的动力学规律和人为干预疏散策略。汪秉宏教授作为项目主要负责人，带领团队兢兢业业，终于在该领域取得重大突破。

为顺利完成该项目，汪秉宏教授在国内外科研工作者研究基础上，结合自身多年研究经验和国内实际情况，深刻提炼恐慌群体行为的动力学机理；探索和研究个体动态与个体间信息交互对于恐慌群体“涌现”行为的作用、人群在危机传播中的竞争与协作机制、疏散群体构架优化、建筑物逃生通道和辅助设施合理设计，针对应急管理实际应用提出科学的建议。

恐慌人群 行人疏散规律研究

应急安全疏散必须保证所有人员在可利用的安全疏散时间内，均能到达安全的避难场所，而且疏散过程不会由于长时间的高密度人员滞留和通道堵塞等引起群集拥挤、踩踏、伤亡等事故。因而恐慌行人疏散问题在社会公共安全研究方面是极具实际意义的研究课题。汪秉宏教授带领团队，多番探讨，决定在“格子气模型”的基础上，从集体恐慌情绪如何产生的角度讨论恐慌人群中的行人疏散问题。

在一个正方形的屋子里，根据自身情绪的不同，行人的运动方式被分为了两类：一类比较绅士，虽然他们也想尽快到达出口，但是他们的运动不直接影响其他人，即他们只选择未被其他行人占据的空位作为自己的期望的运动方向（运动模式I）。另外一类行人情绪比较慌张，为了尽快的到达出口逃离房屋，即使他们选择的方位上已经有了其他行人，他们仍然会向那里运动，并且迫使原来占据这个格点的行人与他们交换位置（运动模式II），而这样的相互作用可能会造成行人的受伤。

首先，为了研究疏散过程中拥堵的产生，汪秉宏教授经过仔细的思考，决定改变不同运动模式行人的比例，但固定行人的运动模式，结果发现，运动模式II的行人比例越高，系统的疏散效率越低（疏散总时间和平均时间更长，产生更多的伤亡）。为此，汪秉宏教授认为，在疏散过程中，作类似运动模式II这样行为的行人是造成疏散事故的潜在原因。随后，为了研究真实疏散中，在没有强外界影响下，使得疏散行人产生整体恐慌的原因，汪秉宏教授团队认为行人的运动方式会受到邻居情绪的影响而发生改变，并用传统SIS模型模拟了这一个过程。

恐慌的行人作为传播者，他们会影响自己周围心态较好的人群，让他们也变得慌张，并且改变自己的运动方式；而恐慌行人自身也可能因为自身体力的减弱或者认为危险已经解除而变成I类运动模式。研究发现，即使在初始时按照运动模式II运动的行人很少，在传播概率变高时，系统的整体恐慌程度也会变高【主要体现在疏散中恐慌行人（按照II类模式运动的行人）的数量变多，受伤人数也变多】，当这个概率到达一个阈值之后，系统所能达到一个“高混乱状态”，此时系统的恐慌状态达到最大。行人之间形成类似于疾病传播的情绪影响机制可能是疏散过程中个别个体的恐慌演化为整体恐慌的潜在原因。此外，汪秉宏教授考查了疏散过程中行人受伤行人的分布。与社会力模型中，靠近出口处行人受力最大，最易受伤不同，在距离出口有一定距离的区域，行人受伤的人数最多，并且形成了三个明显的高峰区。这项发现对合理安排有限的监控或者协作人员以减少疏散过程中可能出现的事故有很大帮助。

布雷斯悖论 更好防护条件导致更严重疫情

传染病也是危害人类恐慌行为发生的诱因之一。对此，汪秉宏教授给出了更形象具体的解释，他说，在交通网络上增加一条路段反而使网络的旅行时间增加，而且是所有出行者的旅行时间都增加，这一附加路段不但没有减少交通延滞，反而降低了整个交通网络的服务水准，这种与人们直观感受相背的交通网络现象就是布雷斯悖论现象。出现布雷斯悖论的原因是，当新的通路形成后，一些出行者为了减少旅行时间，改变线路，形成拥塞，从而降低整个系统的收益。

布雷斯悖论在传染病流行中扮演着重要的角色。面对传染病的流行，人群可能有不同反应，汪秉宏教授将其分作三类：接种疫苗、自我保护、放任不管。有趣的是，当提高自我保护的成功率之后——条件变得更好了，传染病的流行范围和系统的总收益都会下降——结果变得更差了！究其根本，个人免疫本身会带来所谓的“经济外部性”，也就是他自己的免疫可以使得周围人感染的概率下降，从而总体来说有助于提高整个人群的收益。这种“经济外部性”从个人的收益矩阵中体现不出来，因此被很多演化博弈，特别是涉及到种群动力学的演化博弈所忽略。研究发现自愿接种机制可以使得疾病在无标度网络上比在随机网络上更容易控制，基于自愿接种机制的免疫策略的讨论可以为疾病的有效控制提供一些有用信息及决策指导。

对于恐慌人群行为的研究不同于传统的心理学实验的方法，这项研究主要通过统计物理的方法，即对大量的个体与群体选择现象和人类行为事件进行定量统计，研究其中所隐藏的统计性规律，并根据所研究的问题，提出基本假设，建立理论模型，来探索这些规律的产生机制和可能的动力学影响。过程极其复杂，但汪秉宏教授通过科学的研究和探讨，结合案例，全面系统的分析了恐慌行为的发生机制，提出了相应的科学管理建议，为中国的“非常规突发事件应急管理”做出了突出贡献。

公共安全问题，是社会安全的重要组成部分，汪秉宏教授将会持续关注该领域的发展，用自己的研究成果，继续为公共安全提供行之有效的解决方案。

汪秉宏是中国科学技术大学近代物理系理论物理学教授与博士生导师，现任中国科技大学物理学院理论物理研究所所长。他的主要研究方向：统计物理理论、非线性动力学、复杂系统理论、复杂网络科学、经济物理学、交通流理论。他曾经主持国家自然科学基金委、国家攀登计划、国家重大基础研究特别经费（973计划）、国家重大研究计划《紧急突事件应急管理》重点项目等科研项目30余项。已经出版《弱混沌与准规则班图》《非线性动力学引论》《非线性科学选讲》《复杂网络》等多部专著。在Physical Review Letters、Physical Review A&E、Scientific Reports、 Plos One等物理学刊物上发表科研论文300余篇。获2009年教育部自然科学奖一等奖。入选Acemap和国搜学术共同出版的2017年度高影响力学者榜单。

汪秉宏教授（前排中）参加学术会议合影

汪秉宏教授主持国家重大研究计划重点项目《非常规突发事件下恐慌群体行为分析与疏导研究》成果概要：本项目研究了突发事件下恐慌人群行为的动力学规律和人为干预疏散策略。基于非平衡统计力学、非线性稳定性分析和反馈控制手段，及人类行为动力学，研究了大规模人群恐慌行为的确定性与随机性规律，构建人群紧急疏散行为模型，甄选出最佳疏散方案，为恐慌群体行为分析与疏导策略设计提供科学理论依据，对于实现非常规突发事件下降低伤亡事故发生率及减少经济损失的国家重大战略目标具有重要意义。在研究过程中，发挥了本项目组在自然群集动态分析、人类行为动力学、复杂系统和复杂网络方面的研究优势。本项目的研究，基本达到原设的科学目标：深刻提炼恐慌群体行为的动力学机理；探索和研究个体动态与个体间信息交互对于恐慌群体“涌现”行为的作用、人群在危机传播中的竞争与协作机制、疏散群体构架优化、建筑物逃生通道和辅助设施合理设计，并对于疏散引导、疏散资源合理配置、危险趋势迅速遏制、拥挤踩踏伤亡有效缓解等应急管理实际应用提出科学的建议。发表带有本项目基金号标注的论文共150余篇，其中有New Journal of Physics 2篇；Scientific Reports 8篇；EPL (Europhysics Letters) 9篇；PloS one 8 篇；Physical Review E 14篇；Chaos 2篇；Physics Letters A 2篇；Journal of Statistical Mechanics 4篇；Physica D 2篇；Physica A 26篇。