随着中国经济的快速发展，人们生活水平不断提高，各类大型的人员密集的公共场所也日益增多。人群聚集的机会增多，给公共建筑内行人安全提出了更高的要求。如果行人设施的结构设计或者疏散管理出现问题，不仅会造成行人拥挤堵塞，甚至会导致事故的发生。因此，关于行人疏散及行人运动行为等方面的研究已成为交通工程领域的一个重点研究方向，同时具有重要的社会意义。其中，关于行人流宏观和微观模型研究成果丰富，但行人流介观模型相关研究尚不成熟，特别是关于不同活动场景、不同环境情况下行人所呈现的复杂而多变的行为特征研究成果严重欠缺。本文采用数学建模和计算机仿真的研究方法，通过建立介观层面的行人流元胞传输模型对不同情境下行人移动规律及行为特征展开研究，旨在为改善和优化公共场所结构设计及疏散方案提供理论与技术支撑。论文的主要工作如下：
　　(1)建立了介观层面改进的单向行人流元胞传输模型。在该模型中，行人行走空间被离散成一系列正六边形元胞，每一个元胞可容纳若干个行人。每个元胞被赋予一个势能值，并利用元胞势能来确定行人的路径选择。通过设置权重参数，刻画了行人对目标元胞与出口的距离以及目标元胞舒适度的不同抉择，分析结果表明不同权重参数对元胞中行人流出比例有很大的影响。利用模型模拟了一个真实的疏散实验，结果表明模型可以准确地刻画行人疏散的动态演化过程。通过详细对比行人流量、分布以及疏散时间等结果，定性、定量地验证了模型的准确性和有效性，并对模型的参数进行了校正。
　　(2)利用建立的模型模拟了阅览室场景中的行人疏散，对类似场景出口个数、位置以及障碍物摆放方式的合理设置及优化提供了理论基础。在原元胞势能的计算中增加考虑了当前时间步元胞中行人拥挤度这一因素，成功刻画了行人为避免拥堵，而采取的“绕道”行为。针对特定场景，讨论了不同动态势能参数对行人路径选择的影响。建立了一个模拟某校阅览室的仿真场景，在场景中分别设置了三种不同的出口分布以及两种不同的书架摆放方式。在出口总宽度以及书架尺寸不变的情况下，利用模型分别模拟了不同出口设置以及书架摆放方式下行人疏散的动态演化过程，比较了行人的运动特征以及疏散时间。结果表明，在类似场景中，对称设置两个出口并将书架横向摆放的结构设计更有利于提高疏散效率。
　　(3)提出了一个改进的多向行人流元胞传输模型，模拟行人在一个超市场景下的紧急疏散过程。为了提高模拟的真实性，在模型中引入了行人的三种行为特征，即：惯性效应、不冒险效应和恐慌心理。通过分析行人的密度分布、流量变化以及总疏散时间等，研究了行人对紧急出口的不同熟悉程度对行人疏散的影响。比较了两种不同的出口选择方法，得出所有行人选择就近出口的方法并不总是最有效的。分析了行人处于有限视野状态时，所呈现出的不同程度的恐慌心理、盲目从众行为以及“沿墙行为”。通过实验说明在行人设施中合理设置紧急疏散标识时，可以引导行人快速找到出口，有效提高疏散效率。
　　(4)提出了一种改进的对向行人流元胞传输模型，通过设定一个描述乘客在车厢和站台附近换乘的简化场景，对通过瓶颈的对向行人流进行了模拟研究。在“同时进出”的换乘规则下，将行人的礼让行为作为一组参数引入模型。实验说明合理设置礼让参数对行人通过瓶颈时发生“死锁”现象起到了有效的抑制作用。通过对比基本图、行人密度分布图和时空图，讨论了不同礼让参数对对向行人流的影响，揭示了行人在通过瓶颈时所呈现出的跟随、集聚、成拱以及“分道成行”等自组织现象。讨论了不同瓶颈宽度对通过瓶颈的对向行人流的影响，并将得到的结论与其他学者的结论进行了对比。讨论了在“先下后上”的换乘规则下，行人的不同行走方式和路径选择。比较了两种不同的换乘规则对通过瓶颈的对向行人流的影响，实验结果表明，对于不同的瓶颈宽度“先下后上”的换乘规则并不总是最有效的。