Crowds2D - a new, robust crowd dynamics simulation model

Abstract

The Norwegian Armed Forces have over the last few years given priority to the procurement of less-lethal weapons (LLW) for use in certain scenarios. The purpose of FFI project 1255 has therefore been to support the armed forces in choosing the right means for different tactical scenarios and in a rapidly evolving marked. One class of scenarios where LLW can be a relevant tool involves human crowds. Choosing the right tool in such a scenario requires insight into the behaviour of human crowds. The collective behaviour of human crowds is of interest not only to the armed forces, but also in civil applications such as pedestrian traffic studies, security planning of events involving large crowds, and police crowd management during political demonstrations and riots. The latter scenario is also relevant for the armed forces in operations abroad where peace-keeping and lawenforcement is an important part of the assigned task. In situations where law-enforces confront a crowd which include hostile or even violent individuals, one must decide whether or not to utilize LLW to control the crowd. The important question then is what can be achieved in a given scenario in terms of crowd management depending on whether LLWs are applied or not. This report describes a new, robust crowd dynamics simulation model capable of simulating a wide range human crowd behaviour. It is a technical report and documents the important first steps towards a potentially useful tool in the analysis of LLW-related operations. This includes not only normal pedestrian traffic, but also scenarios such as evacuation or riots which might involve running agents. The model relies on a number of model parameters. Default values of these parameters have been determined on the basis of fundamental properties of the human body, semi-analytical models of fundamental crowd behaviour, and simplified crowd test simulations. The new model not only captures crowd movement well, it also provide information on force levels which in turn can be used to assess the risk of injuries and deaths.

Forsvaret har dei siste åra lagt vekt på å kjøpe inn Mindre-dødelege våpen (MDV) for å kunne handtere visse situasjonar. FFI-prosjekt 1255 har hatt som formål å hjelpe Forsvaret med å velge riktige verkemiddel under ulike taktiske situasjonar og i ein marknad som er i rask utvikling. Ein klasse av situasjonar der MDV kan vere eit aktuelt verkemiddel involverer større menneskemengder. Å kunne velge riktig verkemiddel i ein slik situasjon krev at ein har innsikt i korleis menneskemengder kan opptre. Kunnskap om dynamikken til menneskemengder er av interesse ikkje berre for Forsvaret, men kan óg komme til nytte innanfor sivile bruksområde som t.d. studiar av fotgjengartrafikk, planlegging av sikringstiltak rundt arrangement som involverar store menneskemengder og planlegging av politiaksjonar ved politiske demonstrasjonar og opptøyar. Det siste scenarioet er òg relevant for Forsvaret i utanlandsoperasjonar der fredsbevaring og arbeidsoppgåver knytta til lov-og-orden er ein viktig del av oppdraget. I situasjonar der ein som ordensmakt skal konfrontere ei menneskemengd som inneheld fiendtleg innstilte eller til og med valdelege enkeltindivid, må ein vurdere kor vidt ein skal ta i bruk MDV for å halde kontroll på menneskemengda. Det viktige spørsmålet er i så fall i kva grad ein kan påverke dynamikken til menneskemengda, med eller utan bruk av MDV. Denne rapporten skildrar ein ny, robust simuleringsmodell for studiar av dynamikken til ei menneskemengd. Han er av teknisk karakter og dokumenterar viktige fyrste steg på vegen mot eit potensielt nyttig verkty i analysen av MDV-relevante operasjonar. Modellen er ikkje berre i stand til å simulera normal fotgjengartrafikk, men òg scenaria knytt til evakuering eller opptøyer som kan involvere springande personar. Modellen bygger på ei rad modelparametrar. Standardverdiar for desse parametrane har blitt bestemt på bakgrunn av grunnleggande eigenskapar ved menneskekroppen, semianalytiske modellar av fundamental dynamikk i menneskemengder og foreinkla simuleringar av menneskemengder. Den nye modellen skildrar ikkje berre rørsla i ei menneskemengde på ein god måte. Han gjev i tillegg informasjon om storleiken på kreftene som verkar i menneskemengda. Dette er informasjon som kan vere nyttig i vurderinga av risikoen for personskader og dødsfall grunna uheldig dynamikk i menneskemengder.