A pedestrian crowd walking on a footbridge causes the footbridge to vibrate. These vibrations become an issue of serviceability and can give rise to discomfort for the pedestrians, whereby they should, to as large extent as possible, be prevented. Currently, there is a lack of reliable models to describe a dynamic load on a footbridge, due to a walking crowd. Therefore, there is a need for such models. Lately, a great amount of research has been carried out on the subject pedestrian-induced vibrations of footbridges, though most of it with focus on lateral vibrations. Conversely, this project has been performed aiming to accurately model pedestrian-induced vertical vibrations of a general footbridge. For that purpose, starting from an existing model, a somewhat improved model, comprising three sub-model, has been developed. The sub-models are: one model of the pedestrian crowd walking along the footbridge, one model describing the load from the pedestrian footstep and one model describing the interaction between the pedestrians and the footbridge. In order to get statistically reliable results, numerous simulations of the pedestrian-induced vertical vibrations of a specific footbridge have been performed, using the developed model. Averaging the results over the simulations, we could conclude that the model gives an average error of 7 %, compared to experimental data. The measured quantity giving these results was the absolute maximum value of the acceleration at the midpoint of the footbridge. The achieved dynamical response of the footbridge is qualitatively satisfying, while the quantitative error is larger than we hoped for, whereby we conclude that further improvement of the model is needed before we are able to accurately model pedestrian-induced vertical vibrations of footbridges. / När en folksamling går över en gångbro uppstår vibrationer i gångbron. Dessa vibrationer påverkar brons användbarhet och kan ge upphov till obehagskänsla hos fotgängarna, vilket gör att vibrationerna i största möjliga utsträckning bör motverkas. I nuläget saknas pålitliga modeller för att beskriva den dynamiska last en gångbro utsätts för när en folksamling går över den. Således föreligger ett behov att utveckla en sådan modell. Under de senaste decennierna har mycket forskning utförts inom området människoinducerade vibrationer i gångbroar. Dock har merparten av denna forskning berört endast laterala vibrationer. Detta projekt däremot, har genomförts med syftet att, med ett noggrant resultat, modellera människoinducerade vertikala vibrationer i en generell gångbro. För att uppnå detta har jag utgått från en befintlig modell och från den utvecklat en ny modell bestående av tre delmodeller. De tre delmodellerna är: en modell som beskriver hur folksamlingen rör sig över gångbron, en modell som beskriver den kraft det mänskliga fotsteget uträttar på gångbron och en modell som beskriver interaktionen mellan fotgängarna och gångbron. För att uppnå statistiskt tillförlitliga resultat har modellen som utvecklats i detta projekt använts för att utföra åtskilliga simuleringar av människoinducerade vertikala vibrationer i en specifik gångbro. Om vi medelvärdesbildar resultaten över simuleringarna framgår det att modellen som utvecklats ger ett resultat som avviker med 7 % från experimentellt data. Detta gäller för den maximala accelerationen vid gångbrons mittpunkt. Den resulterande dynamiska responsen ser kvalitativt sett bra ut, medan den kvantitativa avvikelsen är större än vi hoppats på. Därför drar vi slutsatsen att vidare förbättringar av modellen behövs för att den ska kunna användas till att på ett noggrant sätt modellera människoinducerade vertikala vibrationer i gångbroar.

Cette thèse propose un modèle organisationnel et holonique de l'environnement pour la simulation des déplacements de piétons dans des bâtiments. Une foule de piétons peut être considérée comme un système composé d'un grand nombre d'entités en interaction, dont la dynamique globale ne peut se réduire à la somme des comportements de ses composants. La simulation multiniveau fondée sur les modèles multiagents holoniques constitue une approche permettant d'analyser la dynamique de tels systèmes. Elle autorise leur analyse en considérant plusieurs niveaux d'observation (microscopique, mésoscopique et macroscopique) et prend en compte les ressources de calcul disponibles. Dans ces systèmes, l'environnement est considéré comme l'une des parties essentielles. La dynamique des piétons composant la foule est alors clairement distinguée de celle de l'environnement dans lequel ils se déplacent. Un modèle organisationnel décrivant la structure et la dynamique de l'environnement est proposé. L'environnement est structurellement décomposé en zones, sous-zones, etc. Les organisations et les rôles de cet environnement sont projetés dans une société d'agents ayant en charge de simuler la dynamique de l'environnement et les différentes missions qui lui sont classiquement assignées dans les systèmes multiagents. Ce modèle précise également les règles de passage entre deux niveaux d'observation. Ainsi, chaque agent appartenant au modèle de l'environnement tente d'utiliser une approximation des comportements de ses sous-zones afin de limiter la consommation de ressources durant la simulation. La qualité de l'approximation entre ces deux niveaux d'observation est évaluée avec des indicateurs énergétiques. Ils permettent de déterminer si l'agent approxime correctement les comportements des agents associés aux sous-zones. En sus du modèle organisationnel et holonique proposé, nous présentons un modèle concret de la simulation de voyageurs dans un terminal d'aéroport. Ce modèle concret est implanté sur les plateformes JaSIM et Janus. / This work presents a holonic organizational model of the environment for the simulation of pedestrians in buildings. A crowd of pedestrians is considered as a system composed of a large number of interacting entities. The global dynamics of this system cannot be reduced to the sum of the behaviors of its components, Multilevel simulation based on holonic multiagent models is one approach to analyze the dynamics of such systems. It allows their analysis by considering several levels of observation (microscopic, mesoscopic and macroscopic) and the available computing resources. In these systems, the environment is considered as an essential part. The behavior of the crowd is clearly distinguished from the behavior of the environment in which the pedestrians move. An organizational model is proposed to describe the structure and the dynamics of the indoor environment. This environment is structurally divided into areas, sub-areas, etc. Organizations and roles are mapped into a society of agents in charge of simulating the dynamics of the environment and their various missions in multiagent systems. This model also specifies the rules for changing the level of observation dynamically. Thus, each agent belonging to the model of the environment tries to use an approximation of behaviors of its sub-zones, and at the same time to minimize the resource consumption. The quality of the approximation between these two levels is evaluated with energy-based indicators. They help to determine if the agent approximates the behaviors of its sub-agents correctly. In addition to the organizational and holonic model proposed in this work, we present a concrete model of the simulation of passengers in an airport terminal. This concrete model is implemented on the platforms JaSIM and Janus.

A commonly researched problem in computer science considers the different parameters of an evacuation simulation and how they affect evacuation times. Parameters like room size, obstacles and exit layouts have proven to have an impact on evacuation times. Previous research indicates that evacuation times are not always reduced when adding exits to virtual environments, suggesting diminishing returns of adding exits in crowd evacuation simulations. This raises the question if it is always advantageous to add exits with the goal of reducing evacuation times, and if the effectiveness of adding exits is dependent on factors like room size and layout. This thesis investigates the changes in evacuation times obtained by adding exits to virtual furnished environments using an agent- based orderly crowd simulator developed in Unity3D. The virtual environments used are modeled after three classrooms at The Royal Institute of Technology (KTH): a small classroom (E34), a medium sized classroom (D32) and a large classroom (Q33). The models are modified to accommodate one through six exits with the goal of determining if there are diminishing returns of adding exits in different crowd evacuation scenarios. The results indicate that diminishing returns in crowd evacuation times occur when adding exits to virtual rooms. Diminishing returns seem to appear at different points depending on the size and/or layout of the virtual rooms, appearing at higher exit amounts the larger the room is. Several limitations could have affected the results, which means that more research within the field is required before the findings are used in real world applications. / Ett ofta undersökt problem inom datavetenskap berör hur olika parametrar i en evakueringssimulering påverkar evakueringstider. Parametrar som rumstorlek, hinder och utgångslayout har visats ha en inverkan på evakueringstider. Tidigare forskning indikerar att evakueringstider inte alltid reduceras när man adderar utgångar till virtuella miljöer, vilket tyder på avtagande avkastning av att addera utgångar i evakueringssimuleringar. Detta väcker frågan ifall det alltid är fördelaktigt att addera utgångar i syfte att reducera evakueringstider, samt ifall effektiviteten av att addera utgångar beror på faktorer som rumstorlek och layout. Detta arbete undersöker förändringarna i evakueringstider som fås av att addera utgångar till virtuella möblerade miljöer genom att använda en agentbaserad ordnad simulator utvecklad i Unity3D. De virtuella miljöerna modelleras efter tre klassrum på KTH: ett litet klassrum (E34), ett medelstort klassrum (D32) och ett stort klassrum (Q33). Modellerna modifieras för att rymma en upp till sex utgångar med målet att bestämma ifall det finns avtagande avkastning med att addera utgångar i olika evakueringsscenarion. Resultaten indikerar att avtagande avkastning i evakueringstider förekommer när utgångar adderas till virtuella rum. Avtagande avkastning verkar framträda vid olika punkter beroende på de virtuella rummens storlek och/eller layout, och de framträder vid högre antal utgångar ju större rummet är. Flertalet begränsningar kan ha påverkat resultatet, vilket innebär att mer forskning inom ämnet behövs innan resultaten appliceras och används i verkligheten.