Voetgangers hebben een comfortzone van 75 centimeter

Voetgangers zijn onbewust constant bezig met het vermijden van botsingen met tegenliggers. Meters van tevoren veranderen ze hun looppad om elkaar te kunnen passeren. Natuurkundigen van de TU/e analyseerden, samen met Amerikaanse en Italiaanse wetenschappers, vijf miljoen voetgangersbewegingen in het treinstation van Eindhoven.

door
foto Alessandro Corbetta

De wetenschappers ontdekten dat mensen gemiddeld minimaal 75 centimeter afstand willen houden tot elkaar. Hoogleraar Federico Toshi en postdoc Alessandro Corbetta publiceerden deze resultaten vrijdag in het journal Physical Review E.

Van alle meetgegevens bleken ongeveer negenduizend voetgangersparen tegenover elkaar uit te komen, met dus kans op een botsing. Corbetta: “Ongeveer veertig paren hiervan bleken daadwerkelijk met elkaar te botsen. De overige paren pasten hun looppad aan tot ze op zijn minst honderdveertig centimeter van elkaar verwijderd waren en wisten daarmee een botsing te voorkomen.” Met deze ‘big data’ ontwikkelden de onderzoekers een statistisch model dat voetgangersbewegingen zeer nauwkeurig kan voorspellen. Zo weet je vervolgens van tevoren hoeveel voetgangers, uit bijvoorbeeld een groep van duizend personen, zullen rennen, wandelen, ontwijken, omkeren of botsen in een afgebakend gebied zoals een gang of tunnel.

Twee sociale krachten voorkomen botsingen

Corbetta: “Tijdens het bouwen van ons model vonden we twee ‘sociale krachten’: een lange-afstandskracht die gebaseerd is op zicht, en een korte-afstandskracht om echte aanraking te voorkomen. Deze krachten zorgen ervoor dat mensen hun huidige looppad aanpassen om botsingen te voorkomen.” Toschi en Corbetta proberen met hun onderzoek bredere toepassingen van stromingsleer te forceren. Stromingsleer gaat namelijk niet alleen over de bewegingen van gasdeeltjes in een ruimte, water in de zee of zandkorrels in een zandloper. Het omvat ook de dynamiek van actieve stromende materie, zoals zwermen vogels, vissen in een school of voetgangers in een menigte.

Dit onderzoek bouwt verder op hun eerder ontwikkelde model naar enkele voetgangers in een gang. “Hierbij monitorden we in 2014 voor twaalf maanden een gang richting de kantine van MetaForum op de TU/e-campus. De twee sociale krachten die we in het huidige onderzoek op station Eindhoven zien, wisten we succesvol in te bouwen in het eerdere model. Zo bouwen we het simpelste model om voetgangersbewegingen te voorspellen langzaam uit,” legt Toschi uit.

Uit beide onderzoeken blijkt dat er statistisch gezien robuuste universele eigenschappen van voetgangersbewegingen in een menigte lijken te bestaan, onafhankelijk van de meetlocatie. Toschi: “Zo zagen we dat ongeveer één persoon per duizend mensen omkeerde en aan dezelfde kant de tunnel verliet. Ook als deze persoon alleen was en onafhankelijk van de motivatie. Zowel op de campus als in het treinstation vonden we ditzelfde getal. Hier lijkt dus een patroon te zijn. Dit toont direct het belang aan van het uitvoeren van real-life experimenten. Je zou dit nooit ontdekt hebben in een laboratoriumexperiment waarbij deelnemers gevraagd worden om specifieke acties uit te voeren.”

Zelfde sensoren als spelcomputer

Toschi en Corbetta installeerden voor hun onderzoek vier sensoren boven het begin van de wandelgang onder de perrons van station Eindhoven. Gedurende zes maanden (tussen september 2014 en april 2015) observeerden ze alle voetgangers binnen het meetgebied. De sensoren maken gebruik van infrarood laserlicht om een zwart-wit ‘dieptebeeld’ te construeren. Hoofden van voetgangers zijn het dichtste bij de sensor en geven een donkergrijze schaduw op het dieptebeeld, schouders zijn iets verder weg en daarom lichter van kleur. Zo konden de onderzoekers, met behulp van hun eigen ontwikkelde algoritme, individuele voetgangers lokaliseren en hun snelheid volgen over een gebied van drie meter lengte in een negen meter brede tunnel.

Toschi: “Onze sensoren werken hetzelfde als spelcomputers die beweging registreren met een balk boven je tv. Het voordeel van deze sensoren is dat ze ook in het donker prima hun werk doen, bovendien maakt dit systeem geen inbreuk op de privacy omdat je alleen grijze schaduwen verzamelt.”

Voetgangers onbewust sturen

Toschi en Corbetta zijn nog lang niet klaar met hun onderzoek. “Ik probeer steeds een stapje verder te gaan in de complexiteit van voetgangersbewegingen. Ik droom ervan om uiteindelijk de dynamiek van een dichte menigte te begrijpen”, aldus Toschi.

“We werken nu aan het evalueren van de resultaten van ons experiment op GLOW 2017: expositie ‘moving lights’. Daar hebben we samen met het Intelligent Lighting Institue en Phillips Lighting gekeken of we mensen een bepaalde kant op kunnen sturen door middel van licht. Voetgangers moesten kiezen of ze onze expositie aan de linker of de rechterkant verlieten. Door gebruik te maken van licht met verschillende intensiteitsniveaus, probeerden we hun keuze te beïnvloeden richting één specifieke uitgang. De eerste resultaten wijzen er nu op dat het inderdaad mogelijk lijkt te zijn. Daarnaast hebben we een experiment opgezet in museum Naturalis in Leiden, waar we het gedrag van schoolkinderen onderzoeken die allemaal door één toegangspoort moeten lopen. Beide resultaten hopen we snel te kunnen publiceren.”

Deel dit artikel via je socials